Rumah pembangunan bahagian belakang tutorial php Twitter的分布式自增ID算法snowflake

Twitter的分布式自增ID算法snowflake

Jan 24, 2017 pm 02:28 PM

Twitter-Snowflake算法产生的背景相当简单,为了满足Twitter每秒上万条消息的请求,每条消息都必须分配一条唯一的id,这些id还需要一些大致的顺序(方便客户端排序),并且在分布式系统中不同机器产生的id必须不同。

Snowflake算法核心

把时间戳,工作机器id,序列号组合在一起。

snowflake-64bit.jpg

除了最高位bit标记为不可用以外,其余三组bit占位均可浮动,看具体的业务需求而定。默认情况下41bit的时间戳可以支持该算法使用到2082年,10bit的工作机器id可以支持1023台机器,序列号支持1毫秒产生4095个自增序列id。下文会具体分析。


Snowflake – 时间戳

这里时间戳的细度是毫秒级,具体代码如下,建议使用64位linux系统机器,因为有vdso,gettimeofday()在用户态就可以完成操作,减少了进入内核态的损耗。

uint64_t generateStamp()
{
    timeval tv;
    gettimeofday(&tv, 0);
    return (uint64_t)tv.tv_sec * 1000 + (uint64_t)tv.tv_usec / 1000;
}
Salin selepas log masuk

默认情况下有41个bit可以供使用,那么一共有T(1llu << 41)毫秒供你使用分配,年份 = T / (3600 * 24 * 365 * 1000) = 69.7年。如果你只给时间戳分配39个bit使用,那么根据同样的算法最后年份 = 17.4年。

Snowflake – 工作机器id

严格意义上来说这个bit段的使用可以是进程级,机器级的话你可以使用MAC地址来唯一标示工作机器,工作进程级可以使用IP+Path来区分工作进程。如果工作机器比较少,可以使用配置文件来设置这个id是一个不错的选择,如果机器过多配置文件的维护是一个灾难性的事情。

这里的解决方案是需要一个工作id分配的进程,可以使用自己编写一个简单进程来记录分配id,或者利用Mysql auto_increment机制也可以达到效果。

snowflake-工作id.jpg

工作进程与工作id分配器只是在工作进程启动的时候交互一次,然后工作进程可以自行将分配的id数据落文件,下一次启动直接读取文件里的id使用。

PS:这个工作机器id的bit段也可以进一步拆分,比如用前5个bit标记进程id,后5个bit标记线程id之类:D

Snowflake – 序列号

序列号就是一系列的自增id(多线程建议使用atomic),为了处理在同一毫秒内需要给多条消息分配id,若同一毫秒把序列号用完了,则“等待至下一毫秒”。

uint64_t waitNextMs(uint64_t lastStamp)
{
    uint64_t cur = 0;
    do {
        cur = generateStamp();
    } while (cur <= lastStamp);
    return cur;
}
Salin selepas log masuk

总体来说,是一个很高效很方便的GUID产生算法,一个int64_t字段就可以胜任,不像现在主流128bit的GUID算法,即使无法保证严格的id序列性,但是对于特定的业务,比如用做游戏服务器端的GUID产生会很方便。另外,在多线程的环境下,序列号使用atomic可以在代码实现上有效减少锁的密度。

在分布式系统中,需要生成全局UID的场合还是比较多的,twitter的snowflake解决了这种需求,实现也还是很简单的,除去配置信息,核心代码就是毫秒级时间41位+机器ID 10位+毫秒内序列12位。

核心代码为其IdWorker这个类实现,其原理结构如下,我分别用一个0表示一位,用—分割开部分的作用:

0---0000000000 0000000000 0000000000 0000000000 0 --- 00000 ---00000 ---000000000000
Salin selepas log masuk

在上面的字符串中,第一位为未使用(实际上也可作为long的符号位),接下来的41位为毫秒级时间,然后5位datacenter标识位,5位机器ID(并不算标识符,实际是为线程标识),然后12位该毫秒内的当前毫秒内的计数,加起来刚好64位,为一个Long型。

这样的好处是,整体上按照时间自增排序,并且整个分布式系统内不会产生ID碰撞(由datacenter和机器ID作区分),并且效率较高,经测试,snowflake每秒能够产生26万ID左右,完全满足需要。

且看其核心代码:

/** Copyright 2010-2012 Twitter, Inc.*/
package com.twitter.service.snowflake

import com.twitter.ostrich.stats.Stats
import com.twitter.service.snowflake.gen._
import java.util.Random
import com.twitter.logging.Logger

/**
 * An object that generates IDs.
 * This is broken into a separate class in case
 * we ever want to support multiple worker threads
 * per process
 */
class IdWorker(val workerId: Long, val datacenterId: Long, private val reporter: Reporter, var sequence: Long = 0L)
extends Snowflake.Iface {
  private[this] def genCounter(agent: String) = {
    Stats.incr("ids_generated")
    Stats.incr("ids_generated_%s".format(agent))
  }
  private[this] val exceptionCounter = Stats.getCounter("exceptions")
  private[this] val log = Logger.get
  private[this] val rand = new Random

  val twepoch = 1288834974657L

 //机器标识位数

  private[this] val workerIdBits = 5L

//数据中心标识位数
  private[this] val datacenterIdBits = 5L

//机器ID最大值
  private[this] val maxWorkerId = -1L ^ (-1L << workerIdBits)

//数据中心ID最大值
  private[this] val maxDatacenterId = -1L ^ (-1L << datacenterIdBits)

//毫秒内自增位
  private[this] val sequenceBits = 12L

//机器ID偏左移12位

  private[this] val workerIdShift = sequenceBits

//数据中心ID左移17位
  private[this] val datacenterIdShift = sequenceBits + workerIdBits

//时间毫秒左移22位
  private[this] val timestampLeftShift = sequenceBits + workerIdBits + datacenterIdBits
  private[this] val sequenceMask = -1L ^ (-1L << sequenceBits)

  private[this] var lastTimestamp = -1L

  // sanity check for workerId
  if (workerId > maxWorkerId || workerId < 0) {
    exceptionCounter.incr(1)
    throw new IllegalArgumentException("worker Id can&#39;t be greater than %d or less than 0".format(maxWorkerId))
  }

  if (datacenterId > maxDatacenterId || datacenterId < 0) {
    exceptionCounter.incr(1)
    throw new IllegalArgumentException("datacenter Id can&#39;t be greater than %d or less than 0".format(maxDatacenterId))
  }

  log.info("worker starting. timestamp left shift %d, datacenter id bits %d, worker id bits %d, sequence bits %d, workerid %d",
    timestampLeftShift, datacenterIdBits, workerIdBits, sequenceBits, workerId)

  def get_id(useragent: String): Long = {
    if (!validUseragent(useragent)) {
      exceptionCounter.incr(1)
      throw new InvalidUserAgentError
    }

    val id = nextId()
    genCounter(useragent)

    reporter.report(new AuditLogEntry(id, useragent, rand.nextLong))
    id
  }

  def get_worker_id(): Long = workerId
  def get_datacenter_id(): Long = datacenterId
  def get_timestamp() = System.currentTimeMillis

  protected[snowflake] def nextId(): Long = synchronized {
    var timestamp = timeGen()

 //时间错误

    if (timestamp < lastTimestamp) {
      exceptionCounter.incr(1)
      log.error("clock is moving backwards.  Rejecting requests until %d.", lastTimestamp);
      throw new InvalidSystemClock("Clock moved backwards.  Refusing to generate id for %d milliseconds".format(
        lastTimestamp - timestamp))
    }

    if (lastTimestamp == timestamp) {
//当前毫秒内,则+1
      sequence = (sequence + 1) & sequenceMask
      if (sequence == 0) {
//当前毫秒内计数满了,则等待下一秒
        timestamp = tilNextMillis(lastTimestamp)
      }
    } else {
      sequence = 0
    }

    lastTimestamp = timestamp
//ID偏移组合生成最终的ID,并返回ID   

((timestamp - twepoch) << timestampLeftShift) |
      (datacenterId << datacenterIdShift) |
      (workerId << workerIdShift) |
      sequence
  }

//等待下一个毫秒的到来 

protected def tilNextMillis(lastTimestamp: Long): Long = {
    var timestamp = timeGen()
    while (timestamp <= lastTimestamp) {
      timestamp = timeGen()
    }
    timestamp
  }

  protected def timeGen(): Long = System.currentTimeMillis()

  val AgentParser = """([a-zA-Z][a-zA-Z\-0-9]*)""".r

  def validUseragent(useragent: String): Boolean = useragent match {
    case AgentParser(_) => true
    case _ => false
  }
}
Salin selepas log masuk

上述为twitter的实现,下面且看一个Java实现,貌似为淘宝的朋友写的。

public class IdWorker {
 private final long workerId;
 private final static long twepoch = 1361753741828L;
 private long sequence = 0L;
 private final static long workerIdBits = 4L;
 public final static long maxWorkerId = -1L ^ -1L << workerIdBits;
 private final static long sequenceBits = 10L;
 private final static long workerIdShift = sequenceBits;
 private final static long timestampLeftShift = sequenceBits + workerIdBits;
 public final static long sequenceMask = -1L ^ -1L << sequenceBits;
 private long lastTimestamp = -1L;
 public IdWorker(final long workerId) {
  super();
  if (workerId > this.maxWorkerId || workerId < 0) {
   throw new IllegalArgumentException(String.format(
     "worker Id can&#39;t be greater than %d or less than 0",
     this.maxWorkerId));
  }
  this.workerId = workerId;
 }
 public synchronized long nextId() {
  long timestamp = this.timeGen();
  if (this.lastTimestamp == timestamp) {
   this.sequence = (this.sequence + 1) & this.sequenceMask;
   if (this.sequence == 0) {
    System.out.println("###########" + sequenceMask);
    timestamp = this.tilNextMillis(this.lastTimestamp);
   }
  } else {
   this.sequence = 0;
  }
  if (timestamp < this.lastTimestamp) {
   try {
    throw new Exception(
      String.format(
        "Clock moved backwards.  Refusing to generate id for %d milliseconds",
        this.lastTimestamp - timestamp));
   } catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
   }
  }
  this.lastTimestamp = timestamp;
  long nextId = ((timestamp - twepoch << timestampLeftShift))
    | (this.workerId << this.workerIdShift) | (this.sequence);
//  System.out.println("timestamp:" + timestamp + ",timestampLeftShift:"
//    + timestampLeftShift + ",nextId:" + nextId + ",workerId:"
//    + workerId + ",sequence:" + sequence);
  return nextId;
 }
 private long tilNextMillis(final long lastTimestamp) {
  long timestamp = this.timeGen();
  while (timestamp <= lastTimestamp) {
   timestamp = this.timeGen();
  }
  return timestamp;
 }
 private long timeGen() {
  return System.currentTimeMillis();
 }
 
 
 public static void main(String[] args){
  IdWorker worker2 = new IdWorker(2);
  System.out.println(worker2.nextId());
  
 }
}
Salin selepas log masuk

再来看一个php的实现

<?php
class Idwork
{
const debug = 1;
static $workerId;
static $twepoch = 1361775855078;
static $sequence = 0;
const workerIdBits = 4;
static $maxWorkerId = 15;
const sequenceBits = 10;
static $workerIdShift = 10;
static $timestampLeftShift = 14;
static $sequenceMask = 1023;
private  static $lastTimestamp = -1;
function __construct($workId){
if($workId > self::$maxWorkerId || $workId< 0 )
{
throw new Exception("worker Id can&#39;t be greater than 15 or less than 0");
}
self::$workerId=$workId;
echo &#39;logdebug->__construct()->self::$workerId:&#39;.self::$workerId;
echo &#39;</br>&#39;;
}
function timeGen(){
//获得当前时间戳
$time = explode(&#39; &#39;, microtime());
$time2= substr($time[0], 2, 3);
$timestramp = $time[1].$time2;
echo &#39;logdebug->timeGen()->$timestramp:&#39;.$time[1].$time2;
echo &#39;</br>&#39;;
return  $time[1].$time2;
}
function  tilNextMillis($lastTimestamp) {
$timestamp = $this->timeGen();
while ($timestamp <= $lastTimestamp) {
$timestamp = $this->timeGen();
}
echo &#39;logdebug->tilNextMillis()->$timestamp:&#39;.$timestamp;
echo &#39;</br>&#39;;
return $timestamp;
}
function  nextId()
{
$timestamp=$this->timeGen();
echo &#39;logdebug->nextId()->self::$lastTimestamp1:&#39;.self::$lastTimestamp;
echo &#39;</br>&#39;;
if(self::$lastTimestamp == $timestamp) {
self::$sequence = (self::$sequence + 1) & self::$sequenceMask;
if (self::$sequence == 0) {
    echo "###########".self::$sequenceMask;
    $timestamp = $this->tilNextMillis(self::$lastTimestamp);
    echo &#39;logdebug->nextId()->self::$lastTimestamp2:&#39;.self::$lastTimestamp;
    echo &#39;</br>&#39;;
  }
} else {
self::$sequence  = 0;
    echo &#39;logdebug->nextId()->self::$sequence:&#39;.self::$sequence;
    echo &#39;</br>&#39;;
}
if ($timestamp < self::$lastTimestamp) {
   throw new Excwption("Clock moved backwards.  Refusing to generate id for ".(self::$lastTimestamp-$timestamp)." milliseconds");
   }
self::$lastTimestamp  = $timestamp;
echo &#39;logdebug->nextId()->self::$lastTimestamp3:&#39;.self::$lastTimestamp;
echo &#39;</br>&#39;;
echo &#39;logdebug->nextId()->(($timestamp - self::$twepoch << self::$timestampLeftShift )):&#39;.((sprintf(&#39;%.0f&#39;, $timestamp) - sprintf(&#39;%.0f&#39;, self::$twepoch) ));
echo &#39;</br>&#39;;
$nextId = ((sprintf(&#39;%.0f&#39;, $timestamp) - sprintf(&#39;%.0f&#39;, self::$twepoch)  )) | ( self::$workerId << self::$workerIdShift ) | self::$sequence;
echo &#39;timestamp:&#39;.$timestamp.&#39;-----&#39;;
echo &#39;twepoch:&#39;.sprintf(&#39;%.0f&#39;, self::$twepoch).&#39;-----&#39;;
echo &#39;timestampLeftShift =&#39;.self::$timestampLeftShift.&#39;-----&#39;;
echo &#39;nextId:&#39;.$nextId.&#39;----&#39;;
echo &#39;workId:&#39;.self::$workerId.&#39;-----&#39;;
echo &#39;workerIdShift:&#39;.self::$workerIdShift.&#39;-----&#39;;
return $nextId;
}
}
$Idwork = new Idwork(1);
$a= $Idwork->nextId();
$Idwork = new Idwork(2);
$a= $Idwork->nextId();
?>
Salin selepas log masuk
Kenyataan Laman Web ini
Kandungan artikel ini disumbangkan secara sukarela oleh netizen, dan hak cipta adalah milik pengarang asal. Laman web ini tidak memikul tanggungjawab undang-undang yang sepadan. Jika anda menemui sebarang kandungan yang disyaki plagiarisme atau pelanggaran, sila hubungi admin@php.cn

Alat AI Hot

Undresser.AI Undress

Undresser.AI Undress

Apl berkuasa AI untuk mencipta foto bogel yang realistik

AI Clothes Remover

AI Clothes Remover

Alat AI dalam talian untuk mengeluarkan pakaian daripada foto.

Undress AI Tool

Undress AI Tool

Gambar buka pakaian secara percuma

Clothoff.io

Clothoff.io

Penyingkiran pakaian AI

AI Hentai Generator

AI Hentai Generator

Menjana ai hentai secara percuma.

Artikel Panas

R.E.P.O. Kristal tenaga dijelaskan dan apa yang mereka lakukan (kristal kuning)
2 minggu yang lalu By 尊渡假赌尊渡假赌尊渡假赌
Repo: Cara menghidupkan semula rakan sepasukan
4 minggu yang lalu By 尊渡假赌尊渡假赌尊渡假赌
Hello Kitty Island Adventure: Cara mendapatkan biji gergasi
3 minggu yang lalu By 尊渡假赌尊渡假赌尊渡假赌

Alat panas

Notepad++7.3.1

Notepad++7.3.1

Editor kod yang mudah digunakan dan percuma

SublimeText3 versi Cina

SublimeText3 versi Cina

Versi Cina, sangat mudah digunakan

Hantar Studio 13.0.1

Hantar Studio 13.0.1

Persekitaran pembangunan bersepadu PHP yang berkuasa

Dreamweaver CS6

Dreamweaver CS6

Alat pembangunan web visual

SublimeText3 versi Mac

SublimeText3 versi Mac

Perisian penyuntingan kod peringkat Tuhan (SublimeText3)

11 skrip pemendek URL terbaik PHP (percuma dan premium) 11 skrip pemendek URL terbaik PHP (percuma dan premium) Mar 03, 2025 am 10:49 AM

URL panjang, sering berantakan dengan kata kunci dan parameter penjejakan, boleh menghalang pelawat. Skrip pemendekan URL menawarkan penyelesaian, mewujudkan pautan ringkas yang sesuai untuk media sosial dan platform lain. Skrip ini sangat berharga untuk laman web individu a

Pengenalan kepada API Instagram Pengenalan kepada API Instagram Mar 02, 2025 am 09:32 AM

Berikutan pengambilalihan berprofil tinggi oleh Facebook pada tahun 2012, Instagram mengadopsi dua set API untuk kegunaan pihak ketiga. Ini adalah API Grafik Instagram dan API Paparan Asas Instagram. Sebagai pemaju membina aplikasi yang memerlukan maklumat dari a

Bekerja dengan Data Sesi Flash di Laravel Bekerja dengan Data Sesi Flash di Laravel Mar 12, 2025 pm 05:08 PM

Laravel memudahkan mengendalikan data sesi sementara menggunakan kaedah flash intuitifnya. Ini sesuai untuk memaparkan mesej ringkas, makluman, atau pemberitahuan dalam permohonan anda. Data hanya berterusan untuk permintaan seterusnya secara lalai: $ permintaan-

Respons HTTP yang dipermudahkan dalam ujian Laravel Respons HTTP yang dipermudahkan dalam ujian Laravel Mar 12, 2025 pm 05:09 PM

Laravel menyediakan sintaks simulasi respons HTTP ringkas, memudahkan ujian interaksi HTTP. Pendekatan ini dengan ketara mengurangkan redundansi kod semasa membuat simulasi ujian anda lebih intuitif. Pelaksanaan asas menyediakan pelbagai jenis pintasan jenis tindak balas: Gunakan Illuminate \ Support \ Facades \ http; Http :: palsu ([ 'Google.com' => 'Hello World', 'github.com' => ['foo' => 'bar'], 'forge.laravel.com' =>

Bina aplikasi React dengan hujung belakang Laravel: Bahagian 2, React Bina aplikasi React dengan hujung belakang Laravel: Bahagian 2, React Mar 04, 2025 am 09:33 AM

Ini adalah bahagian kedua dan terakhir siri untuk membina aplikasi React dengan back-end Laravel. Di bahagian pertama siri ini, kami mencipta API RESTful menggunakan Laravel untuk aplikasi penyenaraian produk asas. Dalam tutorial ini, kita akan menjadi dev

Curl dalam PHP: Cara Menggunakan Pelanjutan PHP Curl dalam API REST Curl dalam PHP: Cara Menggunakan Pelanjutan PHP Curl dalam API REST Mar 14, 2025 am 11:42 AM

Pelanjutan URL Pelanggan PHP (CURL) adalah alat yang berkuasa untuk pemaju, membolehkan interaksi lancar dengan pelayan jauh dan API rehat. Dengan memanfaatkan libcurl, perpustakaan pemindahan fail multi-protokol yang dihormati, php curl memudahkan execu yang cekap

12 skrip sembang php terbaik di codecanyon 12 skrip sembang php terbaik di codecanyon Mar 13, 2025 pm 12:08 PM

Adakah anda ingin memberikan penyelesaian segera, segera kepada masalah yang paling mendesak pelanggan anda? Sembang langsung membolehkan anda mempunyai perbualan masa nyata dengan pelanggan dan menyelesaikan masalah mereka dengan serta-merta. Ia membolehkan anda memberikan perkhidmatan yang lebih pantas kepada adat anda

Pengumuman Penyiasatan Situasi PHP 2025 Pengumuman Penyiasatan Situasi PHP 2025 Mar 03, 2025 pm 04:20 PM

Tinjauan Landskap PHP 2025 menyiasat trend pembangunan PHP semasa. Ia meneroka penggunaan rangka kerja, kaedah penempatan, dan cabaran, yang bertujuan memberi gambaran kepada pemaju dan perniagaan. Tinjauan ini menjangkakan pertumbuhan dalam PHP Versio moden

See all articles