雪花算法 Snowflake & Sonyflake

惟一ID算法Snowflake相信你們都不墨生，他是Twitter公司提出來的算法。很是普遍的應用在各類業務系統裏。也由於Snowflake的靈活性和缺點，對他的改造層出不窮，比百度的UidGenerator、美團的Leaf、索尼的Sonyflake等等。這篇帖子主要是講一下原生的Snowflake算法、缺點及改造方案，並分析索尼的Sonyflake源碼對原生Snowflake的改造，

原生Snowflake

原生Snowflake算法使用一個64 bit的整型數據，根據當前的時間來生成ID。 原生Snowflake結構以下：

• 由於最高位是標識位，爲1表示爲負數，因此最高位不使用。
• 41bit 保存時間戳，精確到毫秒。也就是說最大可以使用的年限是69年。
• 10bit 的機器位，能部屬在1024臺機器節點來生成ID。
• 12bit 的序列號，一毫秒最大生成惟一ID的數量爲4096個。

原生的Snowflake算法是徹底依賴於時間的，若是有時鐘回撥的狀況發生，會生成重複的ID，市場上的解決方案也是很是多的：

• 最簡單的方案，就是關閉生成惟一ID機器的時間同步。
• 使用阿里雲的的時間服務器進行同步，2017年1月1日的閏秒調整，阿里雲服務器NTP系統24小時「消化」閏秒，完美解決了問題。
• 若是發現有時鐘回撥，時間很短好比5毫秒,就等待，而後再生成。或者就直接報錯，交給業務層去處理。
• 能夠找2bit位做爲時鐘回撥位，發現有時鐘回撥就將回撥位加1，達到最大位後再從0開始進行循環。

我的比較推薦的是最後一個方案

找2bit位做爲時鐘回撥位，發現有時鐘回撥就將回撥位加1，達到最大位後再從0開始進行循環。

好比下圖這樣，從機器位上，均出來2位作回撥位：

Sonyflake

Snowflake算法是至關靈活的，咱們能夠根據本身的業務須要，對63 bit的的各個部分進行增減。索尼公司的Sonyflake對原生的Snowflake進行改進，從新分配了各部分的bit位:

• 39bit 來保存時間戳，與原生的Snowflake不一樣的地方是，Sonyflake是以10毫秒爲單位來保存時間的。這樣的話，可使用的年限爲 174年 比Snowflake長太多了。

const sonyflakeTimeUnit = 1e7 // nsec, i.e. 10 msec
func toSonyflakeTime(t time.Time) int64 {
	return t.UTC().UnixNano() / sonyflakeTimeUnit
}
func currentElapsedTime(startTime int64) int64 {
	return toSonyflakeTime(time.Now()) - startTime
}

• 8bit 作爲序列號，每10毫最大生成256個，1秒最多生成25600個，比原生的Snowflake少好多，若是感受不夠用，目前的解決方案是跑多個實例生成同一業務的ID來彌補。

• 16bit 作爲機器號，默認的是當前機器的私有IP的最後兩位

sf.machineID, err = lower16BitPrivateIP()

func lower16BitPrivateIP() (uint16, error) {
	ip, err := privateIPv4()
	if err != nil {
		return 0, err
	}
	return uint16(ip[2])<<8 + uint16(ip[3]), nil
}

對於時間回撥的問題Sonyflake簡單暴力，就是直接等待 :

func (sf *Sonyflake) NextID() (uint64, error) {
	const maskSequence = uint16(1<<BitLenSequence - 1)
	sf.mutex.Lock()
	defer sf.mutex.Unlock()
	current := currentElapsedTime(sf.startTime)
	if sf.elapsedTime < current {
		sf.elapsedTime = current
		sf.sequence = 0
	} else { // sf.elapsedTime >= current
		sf.sequence = (sf.sequence + 1) & maskSequence
		if sf.sequence == 0 {
			sf.elapsedTime++
			overtime := sf.elapsedTime - current
			time.Sleep(sleepTime((overtime)))
		}
	}	
	return sf.toID()
}