分布式id生成器优化

已有实现

  • 核心代码 
    
public synchronized long nextId() {
    long timestamp = timeGen();

    // 如果当前时间小于上一次ID生成的时间戳，说明系统时钟回退过这个时候应当抛出异常
    if (timestamp < lastTimestamp) {
        throw new RuntimeException(
                String.format("Clock moved backwards.  Refusing to generate id for %d milliseconds",
        lastTimestamp - timestamp));
    }

    // 如果是同一时间生成的，则进行毫秒内序列
    if (lastTimestamp == timestamp) {
        sequence = (sequence + 1) & sequenceMask;
        // 毫秒内序列溢出
        if (sequence == 0) {
            // 阻塞到下一个毫秒,获得新的时间戳
            timestamp = tilNextMillis(lastTimestamp);
        }
    }
    // 时间戳改变，毫秒内序列重置
    else {
        sequence = 0L;
    }

    // 上次生成ID的时间截
    lastTimestamp = timestamp;

    // 移位并通过或运算拼到一起组成64位的ID
    return ((timestamp - twepoch) << timestampLeftShift)
        | (datacenterId << datacenterIdShift)
        | (workerId << workerIdShift)
        | sequence;
}
    由上述的代码可知，本质上生成一个分布式id主要包括3段：41bit时间戳 + 10bit机器标识（这里的实现是5bit的机器码+5bit数据中心码）+ 12bit的序列号

  • 已有实现的问题
    • 没有使用10bit机器标识。目前的机器码和数据中心码都是写死为1，在所有场景下这10bit完全一样，如果在分布式环境下，遇到一些机器时间漂移的情况，虽然趋势shi递增，但不是绝对递增，那么很可能生成重复的id；
    • 没有充分利用序列号。上述代码遇到不是在同一时间毫秒内，则直接写死序列号为0.同样地很大概率会导致最后的序列号都是0，如果在分布式环境，机器时间漂移，依然容易产生重复的id； 
      // 时间戳改变，毫秒内序列重置
else {
   sequence = 0L;
}
    • 对系统时钟回退的误差没有容忍度，而是直接抛出异常

测试

由上述可知，只要时间戳一样，那么生成的id就是一样的，经过测试确实也是如此。 

  /**
   * 返回以毫秒为单位的当前时间
   *
   * @return 当前时间(毫秒)
   */
  protected long timeGen() {
      return twepoch + 1;
      // return System.currentTimeMillis();
  }
为了简单，直接修改timeGen函数，让其返回时间一样，则生成的id都一样。

优化

  • 生成机器id。通过获取机器MAC地址来生成 
    /**
 * 获取机器ID，使用进程ID配合数据中心ID生成<br>
 * 机器依赖于本进程ID或进程名的Hash值。
 *
 * <p>
 * 此算法来自于mybatis-plus#Sequence
 * </p>
 *
 * @param datacenterId 数据中心ID
 * @param maxWorkerId  最大的机器节点ID
 * @return ID
 */
public static long getWorkerId(long datacenterId, long maxWorkerId) {
    final StringBuilder mpid = new StringBuilder();
    mpid.append(datacenterId);
    try {
        final String processName = ManagementFactory.getRuntimeMXBean().getName();
        if (StringUtils.isBlank(processName)) {
            throw new Exception("Process name is blank!");
        }
        final int atIndex = processName.indexOf('@');
        int pid;
        if (atIndex > 0) {
            pid = Integer.parseInt(processName.substring(0, atIndex));
        } else {
            pid = processName.hashCode();
        }
        mpid.append(pid);

    } catch (Exception ex) {
        //ignore
    }
    /*
     * MAC + PID 的 hashcode 获取16个低位
     */
    return (mpid.toString().hashCode() & 0xffff) % (maxWorkerId + 1);
}
  • 生成数据中心id。通过获取进程id，并配合机器id来生成 
          /**
       * 获取数据中心ID<br>
       * 数据中心ID依赖于本地网卡MAC地址。
       * <p>
       * 此算法来自于mybatis-plus#Sequence
       * </p>
       *
       * @param maxDatacenterId 最大的中心ID
       * @return 数据中心ID
       */
      public static long getDataCenterId(long maxDatacenterId) {
          if(maxDatacenterId == Long.MAX_VALUE){
              maxDatacenterId -= 1;
          }
          long id = 1L;
          SystemInfo systemInfo = new SystemInfo();
          String str = getDeviceId(systemInfo);
          byte[] mac = str.getBytes();
          if (null != mac) {
              id = ((0x000000FF & (long) mac[mac.length - 2])
                      | (0x0000FF00 & (((long) mac[mac.length - 1]) << 8))) >> 6;
              id = id % (maxDatacenterId + 1);
          }
    
          return id;
      }
  • 充分利用序列号段，对于不在同一毫秒内的id，随机生成一个序列号 
          public static long randomLong(final long limitExclude) {
          return ThreadLocalRandom.current().nextLong(limitExclude);
  }

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