分佈式惟一ID：雪花ID Snowflake .Net版

先抄個雪花ID介紹，雪花算法：

雪花算法的原始版本是scala版，用於生成分佈式ID（純數字，時間順序）,訂單編號等。

自增ID：對於數據敏感場景不宜使用，且不適合於分佈式場景。
GUID：採用無心義字符串，數據量增大時形成訪問過慢，且不宜排序。

算法描述：

• 最高位是符號位，始終爲0，不可用。
• 41位的時間序列，精確到毫秒級，41位的長度可使用69年。時間位還有一個很重要的做用是能夠根據時間進行排序。
• 10位的機器標識，10位的長度最多支持部署1024個節點。
• 12位的計數序列號，序列號即一系列的自增id，能夠支持同一節點同一毫秒生成多個ID序號，12位的計數序列號支持每一個節點每毫秒產生4096個ID序號。

 

好了,迴歸本人本身介紹:時鐘回撥

雪花ID嚴重依賴系統當前時間，當系統時間被人爲反後調整時，算法會出問題，可能會出重複ID．Snowflake原算法是在檢測到系統時間被回調後直接拋異常．本代碼在時鐘回撥後,會將生成的ID時間戳停留在最後一次時間戳上(當序列溢出時會往前走一毫秒),等待系統時間追上後便可以避過期鍾回撥問題.

這種處理方式的優勢是時鐘回撥後不會異常，能一直生成出雪花ID，但缺點是雪花ID中的時間戳不是系統的當前時間，會是回撥前的最後記錄的一次時間戳，但相差也不大．不知道有沒有什麼生產系統會對這個時間戳要求很是嚴格，沒法使用這種補救方式的？

固然停掉系統後的時鐘回撥是沒法處理的,這種仍是會有可能出現重複ID的．

 

介紹完畢,下面直接上源碼吧,,本源碼除了生成雪花ID外,還提供解析雪花ID的方法. 

源碼git地址: https://gitee.com/itsm/learning_example/tree/master/snowflake-雪花Id

  1  public class SnowflakeId
  2     {
  3 
  4         // 開始時間截((new DateTime(2020, 1, 1, 0, 0, 0, DateTimeKind.Utc)-Jan1st1970).TotalMilliseconds)
  5         private const long twepoch = 1577836800000L;
  6 
  7         // 機器id所佔的位數
  8         private const int workerIdBits = 5;
  9 
 10         // 數據標識id所佔的位數
 11         private const int datacenterIdBits = 5;
 12 
 13         // 支持的最大機器id，結果是31 (這個移位算法能夠很快的計算出幾位二進制數所能表示的最大十進制數) 
 14         private const long maxWorkerId = -1L ^ (-1L << workerIdBits);
 15 
 16         // 支持的最大數據標識id，結果是31 
 17         private const long maxDatacenterId = -1L ^ (-1L << datacenterIdBits);
 18 
 19         // 序列在id中佔的位數 
 20         private const int sequenceBits = 12;
 21 
 22         // 數據標識id向左移17位(12+5) 
 23         private const int datacenterIdShift = sequenceBits + workerIdBits;
 24 
 25         // 機器ID向左移12位 
 26         private const int workerIdShift = sequenceBits;
 27 
 28 
 29         // 時間截向左移22位(5+5+12) 
 30         private const int timestampLeftShift = sequenceBits + workerIdBits + datacenterIdBits;
 31 
 32         // 生成序列的掩碼，這裏爲4095 (0b111111111111=0xfff=4095) 
 33         private const long sequenceMask = -1L ^ (-1L << sequenceBits);
 34 
 35         // 數據中心ID(0~31) 
 36         public long datacenterId { get; private set; }
 37 
 38         // 工做機器ID(0~31) 
 39         public long workerId { get; private set; }
 40 
 41         // 毫秒內序列(0~4095) 
 42         public long sequence { get; private set; }
 43 
 44         // 上次生成ID的時間截 
 45         public long lastTimestamp { get; private set; }
 46 
 47 
 48         /// <summary>
 49         /// 雪花ID
 50         /// </summary>
 51         /// <param name="datacenterId">數據中心ID</param>
 52         /// <param name="workerId">工做機器ID</param>
 53         public SnowflakeId(long datacenterId,long workerId )
 54         {
 55             if (datacenterId > maxDatacenterId || datacenterId < 0)
 56             {
 57                 throw new Exception(string.Format("datacenter Id can't be greater than {0} or less than 0", maxDatacenterId));
 58             }
 59             if (workerId > maxWorkerId || workerId < 0)
 60             {
 61                 throw new Exception(string.Format("worker Id can't be greater than {0} or less than 0", maxWorkerId));
 62             }
 63             this.workerId = workerId;
 64             this.datacenterId = datacenterId;
 65             this.sequence = 0L;
 66             this.lastTimestamp = -1L;
 67         }
 68 
 69         /// <summary>
 70         /// 得到下一個ID
 71         /// </summary>
 72         /// <returns></returns>
 73         public long NextId()
 74         {
 75             lock (this)
 76             {
 77                 long timestamp = GetCurrentTimestamp();
 78                 if (timestamp > lastTimestamp) //時間戳改變，毫秒內序列重置
 79                 {
 80                     sequence = 0L;
 81                 }
 82                 else if (timestamp == lastTimestamp) //若是是同一時間生成的，則進行毫秒內序列
 83                 {
 84                     sequence = (sequence + 1) & sequenceMask;
 85                     if (sequence == 0) //毫秒內序列溢出
 86                     {
 87                         timestamp = GetNextTimestamp(lastTimestamp); //阻塞到下一個毫秒,得到新的時間戳
 88                     }
 89                 }
 90                 else   //當前時間小於上一次ID生成的時間戳，證實系統時鐘被回撥，此時須要作回撥處理
 91                 {                   
 92                     sequence = (sequence + 1) & sequenceMask;
 93                     if (sequence > 0) 
 94                     {
 95                         timestamp = lastTimestamp;     //停留在最後一次時間戳上，等待系統時間追上後即徹底度過了時鐘回撥問題。
 96                     }
 97                     else   //毫秒內序列溢出
 98                     {
 99                         timestamp = lastTimestamp + 1;   //直接進位到下一個毫秒                          
100                     }
101                     //throw new Exception(string.Format("Clock moved backwards.  Refusing to generate id for {0} milliseconds", lastTimestamp - timestamp));
102                 }
103 
104                 lastTimestamp = timestamp;       //上次生成ID的時間截
105 
106                 //移位並經過或運算拼到一塊兒組成64位的ID
107                 var id= ((timestamp - twepoch) << timestampLeftShift)
108                         | (datacenterId << datacenterIdShift)
109                         | (workerId << workerIdShift)
110                         | sequence;
111                 return id;
112             }
113         }
114 
115         /// <summary>
116         /// 解析雪花ID
117         /// </summary>
118         /// <returns></returns>
119         public static string AnalyzeId(long Id)
120         {
121             StringBuilder sb = new StringBuilder();
122 
123             var timestamp = (Id >> timestampLeftShift)  ;
124             var time = Jan1st1970.AddMilliseconds(timestamp + twepoch);
125             sb.Append(time.ToLocalTime().ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss:fff"));
126 
127             var datacenterId = (Id ^ (timestamp  << timestampLeftShift)) >> datacenterIdShift;
128             sb.Append("_" + datacenterId);
129 
130             var workerId = (Id ^ ((timestamp  << timestampLeftShift) | (datacenterId << datacenterIdShift))) >> workerIdShift;
131             sb.Append("_" + workerId);
132 
133             var sequence = Id & sequenceMask;
134             sb.Append("_" + sequence);
135 
136             return sb.ToString();
137         }
138 
139         /// <summary>
140         /// 阻塞到下一個毫秒，直到得到新的時間戳
141         /// </summary>
142         /// <param name="lastTimestamp">上次生成ID的時間截</param>
143         /// <returns>當前時間戳</returns>
144         private static long GetNextTimestamp(long lastTimestamp)
145         {
146             long timestamp = GetCurrentTimestamp();
147             while (timestamp <= lastTimestamp)
148             {
149                 timestamp = GetCurrentTimestamp();
150             }
151             return timestamp;
152         }
153 
154         /// <summary>
155         /// 獲取當前時間戳
156         /// </summary>
157         /// <returns></returns>
158         private static long GetCurrentTimestamp()
159         {
160             return (long)(DateTime.UtcNow - Jan1st1970).TotalMilliseconds; 
161         }
162 
163         private static readonly DateTime Jan1st1970 = new DateTime(1970, 1, 1, 0, 0, 0, DateTimeKind.Utc);
164     }