分布式自增ID解决方案-Twitter Snowflake

原创
2015/11/27 10:51
阅读数 3.8K

背景

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。

GitHub地址:https://github.com/twitter/snowflake


核心算法

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。

根据twitter的业务需求,snowflake系统生成64位的ID。由3部分组成:

  • 41位的时间序列(精确到毫秒,41位的长度可以使用69年)

  • 10位的机器标识(10位的长度最多支持部署1024个节点)

  • 12位的计数顺序号(12位的计数顺序号支持每个节点每毫秒产生4096个ID序号)

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;
}

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。

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。

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

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;
}

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。


最高位是符号位,始终为0。

优点:高性能,低延迟;独立的应用;按时间有序。

缺点:需要独立的开发和部署。


展开阅读全文
打赏
0
10 收藏
分享
加载中
更多评论
打赏
0 评论
10 收藏
0
分享
返回顶部
顶部