PHP利用雪花(SnowFlake)算法生成唯一ID

这个算法的好处很简单可以在每秒产生约400W个不同的16位数字ID(10进制)

一、雪花算法原理解析

1. 分布式ID常见生成策略

分布式ID生成策略常见的有如下几种：

• 数据库自增ID。
• UUID生成。
• Redis的原子自增方式。
• 数据库水平拆分，设置初始值和相同的自增步长。
• 批量申请自增ID。
• 雪花算法。
• 百度UidGenerator算法(基于雪花算法实现自定义时间戳)。
• 美团Leaf算法(依赖于数据库，ZK)。

本文主要介绍SnowFlake 算法，是 Twitter 开源的分布式 id 生成算法。

其核心思想就是：使用一个 64 bit 的 long 型的数字作为全局唯一 id。在分布式系统中的应用十分广泛，且ID 引入了时间戳，保持自增性且不重复。

2. 雪花算法的结构

主要分为以下几个部分：

• 是 1 个 bit：0，这个是无意义的。
• 是 41 个 bit：表示的是时间戳。
• 是 10 个 bit：表示的是机房 id，0000000000，因为我传进去的就是0。
• 是 12 个 bit：表示的序号，就是某个机房某台机器上这一毫秒内同时生成的 id 的序号，0000 0000 0000。

我们分别解释一下四个部分：

1 bit

是无意义的：

因为二进制里第一个 bit 为如果是 1，那么都是负数，但是我们生成的 id 都是正数，所以第一个 bit 统一都是 0。

41 bit

表示的是时间戳，单位是毫秒。

41 bit 可以表示的数字多达 2^41 - 1，也就是可以标识 2 ^ 41 - 1 个毫秒值，换算成年就是表示 69 年的时间。

10 bit

记录工作机器 id，代表的是这个服务最多可以部署在 2^10 台机器上，也就是 1024 台机器。

但是 10 bit 里 5 个 bit 代表机房 id，5 个 bit 代表机器 id。意思就是最多代表 2 ^ 5 个机房（32 个机房），每个机房里可以代表 2 ^ 5 个机器（32 台机器），这里可以随意拆分，比如拿出4位标识业务号，其他6位作为机器号。可以随意组合。

12 bit

这个是用来记录同一个毫秒内产生的不同 id。

12 bit 可以代表的最大正整数是 2 ^ 12 - 1 = 4096，也就是说可以用这个 12 bit 代表的数字来区分同一个毫秒内的 4096 个不同的 id。也就是同一毫秒内同一台机器所生成的最大ID数量为4096

简单来说，你的某个服务假设要生成一个全局唯一 id，那么就可以发送一个请求给部署了 SnowFlake 算法的系统，由这个 SnowFlake 算法系统来生成唯一 id。这个 SnowFlake 算法系统首先肯定是知道自己所在的机器号，（这里姑且讲10bit全部作为工作机器ID）接着 SnowFlake 算法系统接收到这个请求之后，首先就会用二进制位运算的方式生成一个 64 bit 的 long 型 id，64 个 bit 中的第一个 bit 是无意义的。接着用当前时间戳（单位到毫秒）占用41 个 bit，然后接着 10 个 bit 设置机器 id。最后再判断一下，当前这台机房的这台机器上这一毫秒内，这是第几个请求，给这次生成 id 的请求累加一个序号，作为最后的 12 个 bit。

二、PHP源码实现案例

1.demo1

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<?php   /**   * 雪花算法类   * @package app\helpers   */ class SnowFlake {      const EPOCH = 1479533469598;      const max12bit = 4095;      const max41bit = 1099511627775;        static $machineId = null;        public static function machineId( $mId = 0) {          self:: $machineId = $mId ;      }        public static function generateParticle() {          /*          * Time - 42 bits          */          $time = floor (microtime(true) * 1000);            /*          * Substract custom epoch from current time          */          $time -= self::EPOCH;            /*          * Create a base and add time to it          */          $base = decbin (self::max41bit + $time );              /*          * Configured machine id - 10 bits - up to 1024 machines          */          if (!self:: $machineId ) {              $machineid = self:: $machineId ;          } else {              $machineid = str_pad ( decbin (self:: $machineId ), 10, "0" , STR_PAD_LEFT);          }            /*          * sequence number - 12 bits - up to 4096 random numbers per machine          */          $random = str_pad ( decbin (mt_rand(0, self::max12bit)), 12, "0" , STR_PAD_LEFT);            /*          * Pack          */          $base = $base . $machineid . $random ;            /*          * Return unique time id no          */          return bindec ( $base );      }        public static function timeFromParticle( $particle ) {          /*          * Return time          */          return bindec ( substr ( decbin ( $particle ),0,41)) - self::max41bit + self::EPOCH;      } }

2.demo2

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<?php   public function createID(){          //假设一个机器id          $machineId = 1234567890;            //41bit timestamp(毫秒)          $time = floor (microtime(true) * 1000);            //0bit 未使用          $suffix = 0;            //datacenterId  添加数据的时间          $base = decbin (pow(2,40) - 1 + $time );            //workerId  机器ID          $machineid = decbin (pow(2,9) - 1 + $machineId );            //毫秒类的计数          $random = mt_rand(1, pow(2,11)-1);            $random = decbin (pow(2,11)-1 + $random );          //拼装所有数据          $base64 = $suffix . $base . $machineid . $random ;          //将二进制转换int          $base64 = bindec ( $base64 );            $id = sprintf( '%.0f' , $base64 );            return $id ;      }

SnowFlake的优点是，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(由数据中心ID和机器ID作区分)，效率较高。但是依赖与系统时间的一致性，如果系统时间被回调，或者改变，可能会造成id冲突或者重复。实际中我们的机房并没有那么多，我们可以改进改算法，将10bit的机器id优化，成业务表或者和我们系统相关的业务。

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原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/gMda7TdiD1QWgzYmJ-ztTA