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C#利用雪花算法实现生成ID工具类

作者:rjcql

雪花算法表示生成的ID如雪花般独一无二,该算法源自Twitter,主要用于解决分布式系统的唯一Id生成问题,本文主要介绍了C#如何利用利用雪花算法实现生成ID,需要的可以参考下

写在前面

传说自然界中并不存在两片完全一样的雪花的,每一片雪花都拥有自己漂亮独特的形状、独一无二;雪花算法也表示生成的ID如雪花般独一无二,该算法源自Twitter。

雪花算法主要用于解决分布式系统的唯一Id生成问题,在生产环境中可以部署一个单独的服务来运行雪花算法,然后通过请求该服务获取全局Id。

相对于UUID来说,其长度短,生成快,做数据库主键时方便建立索引,所以整体效率要高很多。

代码实现

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
 
public class IdWorker
{
    //机器ID
    private static long workerId;
    private static long twepoch = 687888001020L; //唯一时间,这是一个避免重复的随机量,自行设定不要大于当前时间戳
    private static long sequence = 0L;
    private static int workerIdBits = 4; //机器码字节数。4个字节用来保存机器码(定义为Long类型会出现,最大偏移64位,所以左移64位没有意义)
    public static long maxWorkerId = -1L ^ -1L << workerIdBits; //最大机器ID
    private static int sequenceBits = 10; //计数器字节数,10个字节用来保存计数码
    private static int workerIdShift = sequenceBits; //机器码数据左移位数,就是后面计数器占用的位数
    private static int timestampLeftShift = sequenceBits + workerIdBits; //时间戳左移动位数就是机器码和计数器总字节数
    public static long sequenceMask = -1L ^ -1L << sequenceBits; //一微秒内可以产生计数,如果达到该值则等到下一微妙在进行生成
    private long lastTimestamp = -1L;
 
    /// <summary>
    /// 机器码
    /// </summary>
    /// <param name="workerId"></param>
    public IdWorker(long workerId)
    {
        if (workerId > maxWorkerId || workerId < 0)
            throw new Exception(string.Format("worker Id can't be greater than {0} or less than 0 ", workerId));
        IdWorker.workerId = workerId;
    }
 
    public long nextId()
    {
        lock (this)
        {
            long timestamp = timeGen();
            if (this.lastTimestamp == timestamp)
            { //同一微妙中生成ID
                IdWorker.sequence = (IdWorker.sequence + 1) & IdWorker.sequenceMask; //用&运算计算该微秒内产生的计数是否已经到达上限
                if (IdWorker.sequence == 0)
                {
                    //一微妙内产生的ID计数已达上限,等待下一微妙
                    timestamp = tillNextMillis(this.lastTimestamp);
                }
            }
            else
            { //不同微秒生成ID
                IdWorker.sequence = 0; //计数清0
            }
            if (timestamp < lastTimestamp)
            { //如果当前时间戳比上一次生成ID时时间戳还小,抛出异常,因为不能保证现在生成的ID之前没有生成过
                throw new Exception(string.Format("Clock moved backwards.  Refusing to generate id for {0} milliseconds",
                    this.lastTimestamp - timestamp));
            }
            this.lastTimestamp = timestamp; //把当前时间戳保存为最后生成ID的时间戳
            long nextId = (timestamp - twepoch << timestampLeftShift) | IdWorker.workerId << IdWorker.workerIdShift | IdWorker.sequence;
            return nextId;
        }
    }
 
    /// <summary>
    /// 获取下一微秒时间戳
    /// </summary>
    /// <param name="lastTimestamp"></param>
    /// <returns></returns>
    private long tillNextMillis(long lastTimestamp)
    {
        long timestamp = timeGen();
        while (timestamp <= lastTimestamp)
        {
            timestamp = timeGen();
        }
        return timestamp;
    }
 
    /// <summary>
    /// 生成当前时间戳
    /// </summary>
    /// <returns></returns>
    private long timeGen()
    {
        return (long)(DateTime.UtcNow - new DateTime(1970, 1, 1, 0, 0, 0, DateTimeKind.Utc)).TotalMilliseconds;
    }
}
 
/// <summary>
/// 生成雪花ID
/// </summary>
public static class SnowFlake
{
    private static long _workerId = 9;
    private static IdWorker _idWorker = null;
 
    public static string NewId()
    {
        if (_idWorker == null)
            _idWorker = new IdWorker(_workerId);
        return _idWorker.nextId().ToString();
    }
}

调用示例

    var id = SnowFlake.NewId();
    MessageBox.Show(id.ToString());

注意事项

需要注意的是雪花算法严重依赖时间,所以当发生服务器时钟回拨的问题是会导致可能产生重复的id。当然实际基本不会发生这种情况,生产环境中很少会回调服务器系统时间,如果实在要回拨时间也可以通过调整步长参数来解决。

到此这篇关于C#利用雪花算法实现生成ID工具类的文章就介绍到这了,更多相关C#雪花算法生成ID内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家!

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