資訊專(zhuān)欄INFORMATION COLUMN
摘要：分布式生成算法的有很多種，的就是其中經(jīng)典的一種。負(fù)數(shù)的二進(jìn)制表示在計(jì)算機(jī)中，負(fù)數(shù)的二進(jìn)制是用補(bǔ)碼來(lái)表示的。
分布式id生成算法的有很多種，Twitter的SnowFlake就是其中經(jīng)典的一種。概述
SnowFlake算法生成id的結(jié)果是一個(gè)64bit大小的整數(shù)，它的結(jié)構(gòu)如下圖：
1位，不用。二進(jìn)制中最高位為1的都是負(fù)數(shù)，但是我們生成的id一般都使用整數(shù)，所以這個(gè)最高位固定是0
41位，用來(lái)記錄時(shí)間戳（毫秒）。
41位可以表示$2^{41}-1$個(gè)數(shù)字，
如果只用來(lái)表示正整數(shù)（計(jì)算機(jī)中正數(shù)包含0），可以表示的數(shù)值范圍是：0 至 $2^{41}-1$，減1是因?yàn)榭杀硎镜臄?shù)值范圍是從0開(kāi)始算的，而不是1。
也就是說(shuō)41位可以表示$2^{41}-1$個(gè)毫秒的值，轉(zhuǎn)化成單位年則是$(2^{41}-1) / (1000 * 60 * 60 * 24 * 365) = 69$年
10位，用來(lái)記錄工作機(jī)器id。
可以部署在$2^{10} = 1024$個(gè)節(jié)點(diǎn)，包括5位datacenterId和5位workerId
5位（bit）可以表示的最大正整數(shù)是$2^{5}-1 = 31$，即可以用0、1、2、3、....31這32個(gè)數(shù)字，來(lái)表示不同的datecenterId或workerId
12位，序列號(hào)，用來(lái)記錄同毫秒內(nèi)產(chǎn)生的不同id。
12位（bit）可以表示的最大正整數(shù)是$2^{12}-1 = 4095$，即可以用0、1、2、3、....4094這4095個(gè)數(shù)字，來(lái)表示同一機(jī)器同一時(shí)間截（毫秒)內(nèi)產(chǎn)生的4095個(gè)ID序號(hào)
由于在Java中64bit的整數(shù)是long類(lèi)型，所以在Java中SnowFlake算法生成的id就是long來(lái)存儲(chǔ)的。
SnowFlake可以保證：
所有生成的id按時(shí)間趨勢(shì)遞增
整個(gè)分布式系統(tǒng)內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生重復(fù)id（因?yàn)橛衐atacenterId和workerId來(lái)做區(qū)分）
Talk is cheap, show you the code以下是Twitter官方原版的，用Scala寫(xiě)的，（我也不懂Scala，當(dāng)成Java看即可）：
/** 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
private[this] val workerIdBits = 5L
private[this] val datacenterIdBits = 5L
private[this] val maxWorkerId = -1L ^ (-1L << workerIdBits)
private[this] val maxDatacenterId = -1L ^ (-1L << datacenterIdBits)
private[this] val sequenceBits = 12L
private[this] val workerIdShift = sequenceBits
private[this] val datacenterIdShift = sequenceBits + workerIdBits
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"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"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()
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) {
sequence = (sequence + 1) & sequenceMask
if (sequence == 0) {
timestamp = tilNextMillis(lastTimestamp)
}
} else {
sequence = 0
}
lastTimestamp = timestamp
((timestamp - twepoch) << timestampLeftShift) |
(datacenterId << datacenterIdShift) |
(workerId << workerIdShift) |
sequence
}
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
}
}
Scala是一門(mén)可以編譯成字節(jié)碼的語(yǔ)言，簡(jiǎn)單理解是在Java語(yǔ)法基礎(chǔ)上加上了很多語(yǔ)法糖，例如不用每條語(yǔ)句后寫(xiě)分號(hào)，可以使用動(dòng)態(tài)類(lèi)型等等。抱著試一試的心態(tài)，我把Scala版的代碼“翻譯”成Java版本的，對(duì)scala代碼改動(dòng)的地方如下：
/** 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, // |<--這部分改成Java的構(gòu)造函數(shù)形式
private val reporter: Reporter,//日志相關(guān)，刪 // |
var sequence: Long = 0L) // |
extends Snowflake.Iface { //接口找不到，刪 // |
private[this] def genCounter(agent: String) = { // |
Stats.incr("ids_generated") // |
Stats.incr("ids_generated_%s".format(agent)) // |<--錯(cuò)誤、日志處理相關(guān)，刪
} // |
private[this] val exceptionCounter = Stats.getCounter("exceptions") // |
private[this] val log = Logger.get // |
private[this] val rand = new Random // |
val twepoch = 1288834974657L
private[this] val workerIdBits = 5L
private[this] val datacenterIdBits = 5L
private[this] val maxWorkerId = -1L ^ (-1L << workerIdBits)
private[this] val maxDatacenterId = -1L ^ (-1L << datacenterIdBits)
private[this] val sequenceBits = 12L
private[this] val workerIdShift = sequenceBits
private[this] val datacenterIdShift = sequenceBits + workerIdBits
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) //<--錯(cuò)誤處理相關(guān)，刪 //
throw new IllegalArgumentException("worker Id can"t be greater than %d or less than 0".format(maxWorkerId)) //這
// |-->改成：throw new IllegalArgumentException //部
// (String.format("worker Id can"t be greater than %d or less than 0",maxWorkerId)) //分
} //放
//到
if (datacenterId > maxDatacenterId || datacenterId < 0) { //構(gòu)
exceptionCounter.incr(1) //<--錯(cuò)誤處理相關(guān)，刪 //造
throw new IllegalArgumentException("datacenter Id can"t be greater than %d or less than 0".format(maxDatacenterId)) //函
// |-->改成：throw new IllegalArgumentException //數(shù)
// (String.format("datacenter Id can"t be greater than %d or less than 0",maxDatacenterId)) //中
} //
//
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) //
// |-->改成：System.out.printf("worker...%d...",timestampLeftShift,...); //
//----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------//
//-------------------------------------------------------------------//
//這個(gè)函數(shù)刪除錯(cuò)誤處理相關(guān)的代碼后，剩下一行代碼：val id = nextId() //
//所以我們直接調(diào)用nextId()函數(shù)可以了，所以在“翻譯”時(shí)可以刪除這個(gè)函數(shù) //
def get_id(useragent: String): Long = { //
if (!validUseragent(useragent)) { //
exceptionCounter.incr(1) //
throw new InvalidUserAgentError //刪
} //除
//
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 // |<--改成Java函數(shù)
def get_timestamp() = System.currentTimeMillis // |
protected[snowflake] def nextId(): Long = synchronized { // 改成Java函數(shù)
var timestamp = timeGen()
if (timestamp < lastTimestamp) {
exceptionCounter.incr(1) // 錯(cuò)誤處理相關(guān)，刪
log.error("clock is moving backwards. Rejecting requests until %d.", lastTimestamp); // 改成System.err.printf(...)
throw new InvalidSystemClock("Clock moved backwards. Refusing to generate id for %d milliseconds".format(
lastTimestamp - timestamp)) // 改成RumTimeException
}
if (lastTimestamp == timestamp) {
sequence = (sequence + 1) & sequenceMask
if (sequence == 0) {
timestamp = tilNextMillis(lastTimestamp)
}
} else {
sequence = 0
}
lastTimestamp = timestamp
((timestamp - twepoch) << timestampLeftShift) | // |<--加上關(guān)鍵字return
(datacenterId << datacenterIdShift) | // |
(workerId << workerIdShift) | // |
sequence // |
}
protected def tilNextMillis(lastTimestamp: Long): Long = { // 改成Java函數(shù)
var timestamp = timeGen()
while (timestamp <= lastTimestamp) {
timestamp = timeGen()
}
timestamp // 加上關(guān)鍵字return
}
protected def timeGen(): Long = System.currentTimeMillis() // 改成Java函數(shù)
val AgentParser = """([a-zA-Z][a-zA-Z-0-9]*)""".r // |
// |
def validUseragent(useragent: String): Boolean = useragent match { // |<--日志相關(guān)，刪
case AgentParser(_) => true // |
case _ => false // |
} // |
}
改出來(lái)的Java版：
public class IdWorker{
private long workerId;
private long datacenterId;
private long sequence;
public IdWorker(long workerId, long datacenterId, long sequence){
// sanity check for workerId
if (workerId > maxWorkerId || workerId < 0) {
throw new IllegalArgumentException(String.format("worker Id can"t be greater than %d or less than 0",maxWorkerId));
}
if (datacenterId > maxDatacenterId || datacenterId < 0) {
throw new IllegalArgumentException(String.format("datacenter Id can"t be greater than %d or less than 0",maxDatacenterId));
}
System.out.printf("worker starting. timestamp left shift %d, datacenter id bits %d, worker id bits %d, sequence bits %d, workerid %d",
timestampLeftShift, datacenterIdBits, workerIdBits, sequenceBits, workerId);
this.workerId = workerId;
this.datacenterId = datacenterId;
this.sequence = sequence;
}
private long twepoch = 1288834974657L;
private long workerIdBits = 5L;
private long datacenterIdBits = 5L;
private long maxWorkerId = -1L ^ (-1L << workerIdBits);
private long maxDatacenterId = -1L ^ (-1L << datacenterIdBits);
private long sequenceBits = 12L;
private long workerIdShift = sequenceBits;
private long datacenterIdShift = sequenceBits + workerIdBits;
private long timestampLeftShift = sequenceBits + workerIdBits + datacenterIdBits;
private long sequenceMask = -1L ^ (-1L << sequenceBits);
private long lastTimestamp = -1L;
public long getWorkerId(){
return workerId;
}
public long getDatacenterId(){
return datacenterId;
}
public long getTimestamp(){
return System.currentTimeMillis();
}
public synchronized long nextId() {
long timestamp = timeGen();
if (timestamp < lastTimestamp) {
System.err.printf("clock is moving backwards. Rejecting requests until %d.", lastTimestamp);
throw new RuntimeException(String.format("Clock moved backwards. Refusing to generate id for %d milliseconds",
lastTimestamp - timestamp));
}
if (lastTimestamp == timestamp) {
sequence = (sequence + 1) & sequenceMask;
if (sequence == 0) {
timestamp = tilNextMillis(lastTimestamp);
}
} else {
sequence = 0;
}
lastTimestamp = timestamp;
return ((timestamp - twepoch) << timestampLeftShift) |
(datacenterId << datacenterIdShift) |
(workerId << workerIdShift) |
sequence;
}
private long tilNextMillis(long lastTimestamp) {
long timestamp = timeGen();
while (timestamp <= lastTimestamp) {
timestamp = timeGen();
}
return timestamp;
}
private long timeGen(){
return System.currentTimeMillis();
}
//---------------測(cè)試---------------
public static void main(String[] args) {
IdWorker worker = new IdWorker(1,1,1);
for (int i = 0; i < 30; i++) {
System.out.println(worker.nextId());
}
}
}
代碼理解
上面的代碼中，有部分位運(yùn)算的代碼，如：
sequence = (sequence + 1) & sequenceMask;
private long maxWorkerId = -1L ^ (-1L << workerIdBits);
return ((timestamp - twepoch) << timestampLeftShift) |
(datacenterId << datacenterIdShift) |
(workerId << workerIdShift) |
sequence;
為了能更好理解，我對(duì)相關(guān)知識(shí)研究了一下。
負(fù)數(shù)的二進(jìn)制表示在計(jì)算機(jī)中，負(fù)數(shù)的二進(jìn)制是用補(bǔ)碼來(lái)表示的。
假設(shè)我是用Java中的int類(lèi)型來(lái)存儲(chǔ)數(shù)字的，
int類(lèi)型的大小是32個(gè)二進(jìn)制位（bit），即4個(gè)字節(jié)（byte）。（1 byte = 8 bit）
那么十進(jìn)制數(shù)字3在二進(jìn)制中的表示應(yīng)該是這樣的：
00000000 00000000 00000000 00000011 // 3的二進(jìn)制表示，就是原碼
那數(shù)字-3在二進(jìn)制中應(yīng)該如何表示？
我們可以反過(guò)來(lái)想想，因?yàn)?3+3=0，
在二進(jìn)制運(yùn)算中把-3的二進(jìn)制看成未知數(shù)x來(lái)求解，
求解算式的二進(jìn)制表示如下：
00000000 00000000 00000000 00000011 //3，原碼 + xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx //-3，補(bǔ)碼 ----------------------------------------------- 00000000 00000000 00000000 00000000
反推x的值，3的二進(jìn)制加上什么值才使結(jié)果變成00000000 00000000 00000000 00000000？：
00000000 00000000 00000000 00000011 //3，原碼 + 11111111 11111111 11111111 11111101 //-3，補(bǔ)碼 ----------------------------------------------- 1 00000000 00000000 00000000 00000000
反推的思路是3的二進(jìn)制數(shù)從最低位開(kāi)始逐位加1，使溢出的1不斷向高位溢出，直到溢出到第33位。然后由于int類(lèi)型最多只能保存32個(gè)二進(jìn)制位，所以最高位的1溢出了，剩下的32位就成了（十進(jìn)制的）0。
補(bǔ)碼的意義就是可以拿補(bǔ)碼和原碼（3的二進(jìn)制）相加，最終加出一個(gè)“溢出的0”
以上是理解的過(guò)程，實(shí)際中記住公式就很容易算出來(lái)：
補(bǔ)碼 = 反碼 + 1
補(bǔ)碼 = （原碼 - 1）再取反碼
因此-1的二進(jìn)制應(yīng)該這樣算：
00000000 00000000 00000000 00000001 //原碼：1的二進(jìn)制 11111111 11111111 11111111 11111110 //取反碼：1的二進(jìn)制的反碼 11111111 11111111 11111111 11111111 //加1：-1的二進(jìn)制表示（補(bǔ)碼）用位運(yùn)算計(jì)算n個(gè)bit能表示的最大數(shù)值
比如這樣一行代碼：
private long workerIdBits = 5L;
private long maxWorkerId = -1L ^ (-1L << workerIdBits);
上面代碼換成這樣看方便一點(diǎn)：
long maxWorkerId = -1L ^ (-1L << 5L)
咋一看真的看不準(zhǔn)哪個(gè)部分先計(jì)算，于是查了一下Java運(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)表:
所以上面那行代碼中，運(yùn)行順序是：
-1 左移 5，得結(jié)果a
-1 異或 a
long maxWorkerId = -1L ^ (-1L << 5L)的二進(jìn)制運(yùn)算過(guò)程如下：
-1 左移 5，得結(jié)果a ：
11111111 11111111 11111111 11111111 //-1的二進(jìn)制表示（補(bǔ)碼）
11111 11111111 11111111 11111111 11100000 //高位溢出的不要，低位補(bǔ)0
11111111 11111111 11111111 11100000 //結(jié)果a
-1 異或 a ：
11111111 11111111 11111111 11111111 //-1的二進(jìn)制表示（補(bǔ)碼）
^ 11111111 11111111 11111111 11100000 //兩個(gè)操作數(shù)的位中，相同則為0，不同則為1
---------------------------------------------------------------------------
00000000 00000000 00000000 00011111 //最終結(jié)果31
最終結(jié)果是31，二進(jìn)制00000000 00000000 00000000 00011111轉(zhuǎn)十進(jìn)制可以這么算：
$$ 2^4 + 2^3 + 2^2 + 2^1 + 2^0 = 16 + 8 + 4 + 2 + 1 =31 $$
那既然現(xiàn)在知道算出來(lái)long maxWorkerId = -1L ^ (-1L << 5L)中的maxWorkerId = 31，有什么含義？為什么要用左移5來(lái)算？如果你看過(guò)概述部分，請(qǐng)找到這段內(nèi)容看看：
5位（bit）可以表示的最大正整數(shù)是$2^{5}-1 = 31$，即可以用0、1、2、3、....31這32個(gè)數(shù)字，來(lái)表示不同的datecenterId或workerId
-1L ^ (-1L << 5L)結(jié)果是31，$2^{5}-1$的結(jié)果也是31，所以在代碼中，-1L ^ (-1L << 5L)的寫(xiě)法是利用位運(yùn)算計(jì)算出5位能表示的最大正整數(shù)是多少
用mask防止溢出有一段有趣的代碼：
sequence = (sequence + 1) & sequenceMask;
分別用不同的值測(cè)試一下，你就知道它怎么有趣了：
long seqMask = -1L ^ (-1L << 12L); //計(jì)算12位能耐存儲(chǔ)的最大正整數(shù)，相當(dāng)于：2^12-1 = 4095
System.out.println("seqMask: "+seqMask);
System.out.println(1L & seqMask);
System.out.println(2L & seqMask);
System.out.println(3L & seqMask);
System.out.println(4L & seqMask);
System.out.println(4095L & seqMask);
System.out.println(4096L & seqMask);
System.out.println(4097L & seqMask);
System.out.println(4098L & seqMask);
/**
seqMask: 4095
1
2
3
4
4095
0
1
2
*/
這段代碼通過(guò)位與運(yùn)算保證計(jì)算的結(jié)果范圍始終是 0-4095 ！
用位運(yùn)算匯總結(jié)果還有另外一段詭異的代碼：
return ((timestamp - twepoch) << timestampLeftShift) |
(datacenterId << datacenterIdShift) |
(workerId << workerIdShift) |
sequence;
為了弄清楚這段代碼，
首先 需要計(jì)算一下相關(guān)的值：
private long twepoch = 1288834974657L; //起始時(shí)間戳，用于用當(dāng)前時(shí)間戳減去這個(gè)時(shí)間戳，算出偏移量
private long workerIdBits = 5L; //workerId占用的位數(shù)：5
private long datacenterIdBits = 5L; //datacenterId占用的位數(shù)：5
private long maxWorkerId = -1L ^ (-1L << workerIdBits); // workerId可以使用的最大數(shù)值：31
private long maxDatacenterId = -1L ^ (-1L << datacenterIdBits); // datacenterId可以使用的最大數(shù)值：31
private long sequenceBits = 12L;//序列號(hào)占用的位數(shù)：12
private long workerIdShift = sequenceBits; // 12
private long datacenterIdShift = sequenceBits + workerIdBits; // 12+5 = 17
private long timestampLeftShift = sequenceBits + workerIdBits + datacenterIdBits; // 12+5+5 = 22
private long sequenceMask = -1L ^ (-1L << sequenceBits);//4095
private long lastTimestamp = -1L;
其次 寫(xiě)個(gè)測(cè)試，把參數(shù)都寫(xiě)死，并運(yùn)行打印信息，方便后面來(lái)核對(duì)計(jì)算結(jié)果：
//---------------測(cè)試---------------
public static void main(String[] args) {
long timestamp = 1505914988849L;
long twepoch = 1288834974657L;
long datacenterId = 17L;
long workerId = 25L;
long sequence = 0L;
System.out.printf("
timestamp: %d
",timestamp);
System.out.printf("twepoch: %d
",twepoch);
System.out.printf("datacenterId: %d
",datacenterId);
System.out.printf("workerId: %d
",workerId);
System.out.printf("sequence: %d
",sequence);
System.out.println();
System.out.printf("(timestamp - twepoch): %d
",(timestamp - twepoch));
System.out.printf("((timestamp - twepoch) << 22L): %d
",((timestamp - twepoch) << 22L));
System.out.printf("(datacenterId << 17L): %d
" ,(datacenterId << 17L));
System.out.printf("(workerId << 12L): %d
",(workerId << 12L));
System.out.printf("sequence: %d
",sequence);
long result = ((timestamp - twepoch) << 22L) |
(datacenterId << 17L) |
(workerId << 12L) |
sequence;
System.out.println(result);
}
/** 打印信息：
timestamp: 1505914988849
twepoch: 1288834974657
datacenterId: 17
workerId: 25
sequence: 0
(timestamp - twepoch): 217080014192
((timestamp - twepoch) << 22L): 910499571845562368
(datacenterId << 17L): 2228224
(workerId << 12L): 102400
sequence: 0
910499571847892992
*/
代入位移的值得之后，就是這樣：
return ((timestamp - 1288834974657) << 22) |
(datacenterId << 17) |
(workerId << 12) |
sequence;
對(duì)于尚未知道的值，我們可以先看看概述 中對(duì)SnowFlake結(jié)構(gòu)的解釋?zhuān)俅朐诤戏ǚ秶闹?windows系統(tǒng)可以用計(jì)算器方便計(jì)算這些值的二進(jìn)制)，來(lái)了解計(jì)算的過(guò)程。
當(dāng)然，由于我的測(cè)試代碼已經(jīng)把這些值寫(xiě)死了，那直接用這些值來(lái)手工驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果即可：
long timestamp = 1505914988849L;
long twepoch = 1288834974657L;
long datacenterId = 17L;
long workerId = 25L;
long sequence = 0L;
設(shè)：timestamp = 1505914988849，twepoch = 1288834974657
1505914988849 - 1288834974657 = 217080014192 (timestamp相對(duì)于起始時(shí)間的毫秒偏移量)，其(a)二進(jìn)制左移22位計(jì)算過(guò)程如下：
|<--這里開(kāi)始左右22位 ?
00000000 00000000 000000|00 00110010 10001010 11111010 00100101 01110000 // a = 217080014192
00001100 10100010 10111110 10001001 01011100 00|000000 00000000 00000000 // a左移22位后的值(la)
|<--這里后面的位補(bǔ)0
設(shè)：datacenterId = 17，其（b）二進(jìn)制左移17位計(jì)算過(guò)程如下：
|<--這里開(kāi)始左移17位
00000000 00000000 0|0000000 ?00000000 00000000 00000000 00000000 00010001 // b = 17
0000000?0 00000000 00000000 00000000 00000000 0010001|0 00000000 00000000 // b左移17位后的值(lb)
|<--這里后面的位補(bǔ)0
設(shè)：workerId = 25，其（c）二進(jìn)制左移12位計(jì)算過(guò)程如下：
|<--這里開(kāi)始左移12位
?00000000 0000|0000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00011001? // c = 25
00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 1001|0000 00000000? // c左移12位后的值(lc)
|<--這里后面的位補(bǔ)0
設(shè)：sequence = 0，其二進(jìn)制如下： 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 0000?0000 00000000? // sequence = 0
現(xiàn)在知道了每個(gè)部分左移后的值(la,lb,lc)，代碼可以簡(jiǎn)化成下面這樣去理解：
return ((timestamp - 1288834974657) << 22) |
(datacenterId << 17) |
(workerId << 12) |
sequence;
-----------------------------
|
|簡(jiǎn)化
|/
-----------------------------
return (la) |
(lb) |
(lc) |
sequence;
上面的管道符號(hào)|在Java中也是一個(gè)位運(yùn)算符。其含義是：
x的第n位和y的第n位 只要有一個(gè)是1，則結(jié)果的第n位也為1，否則為0，因此，我們對(duì)四個(gè)數(shù)的位或運(yùn)算如下：
1 | 41 | 5 | 5 | 12
0|0001100 10100010 10111110 10001001 01011100 00|00000|0 0000|0000 00000000 //la
0|000000?0 00000000 00000000 00000000 00000000 00|10001|0 0000|0000 00000000 //lb
0|0000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00|00000|1 1001|0000 00000000 //lc
or 0|0000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00|00000|0 0000|?0000 00000000? //sequence
------------------------------------------------------------------------------------------
0|0001100 10100010 10111110 10001001 01011100 00|10001|1 1001|?0000 00000000? //結(jié)果：910499571847892992
結(jié)果計(jì)算過(guò)程：
1) 從至左列出1出現(xiàn)的下標(biāo)（從0開(kāi)始算）：
0000 1 1 00 1 0 1 000 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 000 1 00 1 0 1 0 1 1 1 0000 1 000 1 1 1 00 1? 0000 0000 0000
59 58 55 53 49 47 45 44 43 42 41 39 35 32 30 28 27 26 21 17 16 15 12
2) 各個(gè)下標(biāo)作為2的冪數(shù)來(lái)計(jì)算，并相加：
$ 2^{59}+2^{58}+2^{55}+2^{53}+2^{49}+2^{47}+2^{45}+2^{44}+2^{43}+
2^{42}+2^{41}+2^{39}+2^{35}+2^{32}+2^{30}+2^{28}+2^{27}+2^{26}+
2^{21}+2^{17}+2^{16}+2^{15}+2^{2} $
2^59} : 576460752303423488
2^58} : 288230376151711744
2^55} : 36028797018963968
2^53} : 9007199254740992
2^49} : 562949953421312
2^47} : 140737488355328
2^45} : 35184372088832
2^44} : 17592186044416
2^43} : 8796093022208
2^42} : 4398046511104
2^41} : 2199023255552
2^39} : 549755813888
2^35} : 34359738368
2^32} : 4294967296
2^30} : 1073741824
2^28} : 268435456
2^27} : 134217728
2^26} : 67108864
2^21} : 2097152
2^17} : 131072
2^16} : 65536
2^15} : 32768
+ 2^12} : 4096
----------------------------------------
910499571847892992
計(jì)算截圖：
跟測(cè)試程序打印出來(lái)的結(jié)果一樣，手工驗(yàn)證完畢！
觀察 1 | 41 | 5 | 5 | 12
0|0001100 10100010 10111110 10001001 01011100 00| | | //la
0| |10001| | //lb
0| | |1 1001| //lc
or 0| | | |?0000 00000000? //sequence
------------------------------------------------------------------------------------------
0|0001100 10100010 10111110 10001001 01011100 00|10001|1 1001|?0000 00000000? //結(jié)果：910499571847892992
上面的64位我按1、41、5、5、12的位數(shù)截開(kāi)了，方便觀察。
縱向觀察發(fā)現(xiàn):
在41位那一段，除了la一行有值，其它行（lb、lc、sequence）都是0，（我爸其它）
在左起第一個(gè)5位那一段，除了lb一行有值，其它行都是0
在左起第二個(gè)5位那一段，除了lc一行有值，其它行都是0
按照這規(guī)律，如果sequence是0以外的其它值，12位那段也會(huì)有值的，其它行都是0
橫向觀察發(fā)現(xiàn):
在la行，由于左移了5+5+12位，5、5、12這三段都補(bǔ)0了，所以la行除了41那段外，其它肯定都是0
同理，lb、lc、sequnece行也以此類(lèi)推
正因?yàn)樽笠频牟僮?，使四個(gè)不同的值移到了SnowFlake理論上相應(yīng)的位置，然后四行做位或運(yùn)算（只要有1結(jié)果就是1），就把4段的二進(jìn)制數(shù)合并成一個(gè)二進(jìn)制數(shù)。
結(jié)論：
所以，在這段代碼中
return ((timestamp - 1288834974657) << 22) |
(datacenterId << 17) |
(workerId << 12) |
sequence;
左移運(yùn)算是為了將數(shù)值移動(dòng)到對(duì)應(yīng)的段(41、5、5，12那段因?yàn)楸緛?lái)就在最右，因此不用左移)。
然后對(duì)每個(gè)左移后的值(la、lb、lc、sequence)做位或運(yùn)算，是為了把各個(gè)短的數(shù)據(jù)合并起來(lái)，合并成一個(gè)二進(jìn)制數(shù)。
最后轉(zhuǎn)換成10進(jìn)制，就是最終生成的id
擴(kuò)展在理解了這個(gè)算法之后，其實(shí)還有一些擴(kuò)展的事情可以做：
根據(jù)自己業(yè)務(wù)修改每個(gè)位段存儲(chǔ)的信息。算法是通用的，可以根據(jù)自己需求適當(dāng)調(diào)整每段的大小以及存儲(chǔ)的信息。
解密id，由于id的每段都保存了特定的信息，所以拿到一個(gè)id，應(yīng)該可以嘗試反推出原始的每個(gè)段的信息。反推出的信息可以幫助我們分析。比如作為訂單，可以知道該訂單的生成日期，負(fù)責(zé)處理的數(shù)據(jù)中心等等。
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