PHP利用雪花(SnowFlake)算法生成唯一ID
這個算法的好處很簡單可以在每秒產(chǎn)生約400W個不同的16位數(shù)字ID(10進制)
一、雪花算法原理解析
1. 分布式ID常見生成策略
分布式ID生成策略常見的有如下幾種:
- 數(shù)據(jù)庫自增ID。
- UUID生成。
- Redis的原子自增方式。
- 數(shù)據(jù)庫水平拆分,設(shè)置初始值和相同的自增步長。
- 批量申請自增ID。
- 雪花算法。
- 百度UidGenerator算法(基于雪花算法實現(xiàn)自定義時間戳)。
- 美團Leaf算法(依賴于數(shù)據(jù)庫,ZK)。
本文主要介紹SnowFlake 算法,是 Twitter 開源的分布式 id 生成算法。
其核心思想就是:使用一個 64 bit 的 long 型的數(shù)字作為全局唯一 id。在分布式系統(tǒng)中的應(yīng)用十分廣泛,且ID 引入了時間戳,保持自增性且不重復(fù)。
2. 雪花算法的結(jié)構(gòu)

主要分為以下幾個部分:
- 是 1 個 bit:0,這個是無意義的。
- 是 41 個 bit:表示的是時間戳。
- 是 10 個 bit:表示的是機房 id,0000000000,因為我傳進去的就是0。
- 是 12 個 bit:表示的序號,就是某個機房某臺機器上這一毫秒內(nèi)同時生成的 id 的序號,0000 0000 0000。
我們分別解釋一下四個部分:
1 bit
是無意義的:
因為二進制里第一個 bit 為如果是 1,那么都是負數(shù),但是我們生成的 id 都是正數(shù),所以第一個 bit 統(tǒng)一都是 0。
41 bit
表示的是時間戳,單位是毫秒。
41 bit 可以表示的數(shù)字多達 2^41 - 1,也就是可以標識 2 ^ 41 - 1 個毫秒值,換算成年就是表示 69 年的時間。
10 bit
記錄工作機器 id,代表的是這個服務(wù)最多可以部署在 2^10 臺機器上,也就是 1024 臺機器。
但是 10 bit 里 5 個 bit 代表機房 id,5 個 bit 代表機器 id。意思就是最多代表 2 ^ 5 個機房(32 個機房),每個機房里可以代表 2 ^ 5 個機器(32 臺機器),這里可以隨意拆分,比如拿出4位標識業(yè)務(wù)號,其他6位作為機器號??梢噪S意組合。
12 bit
這個是用來記錄同一個毫秒內(nèi)產(chǎn)生的不同 id。
12 bit 可以代表的最大正整數(shù)是 2 ^ 12 - 1 = 4096,也就是說可以用這個 12 bit 代表的數(shù)字來區(qū)分同一個毫秒內(nèi)的 4096 個不同的 id。也就是同一毫秒內(nèi)同一臺機器所生成的最大ID數(shù)量為4096
簡單來說,你的某個服務(wù)假設(shè)要生成一個全局唯一 id,那么就可以發(fā)送一個請求給部署了 SnowFlake 算法的系統(tǒng),由這個 SnowFlake 算法系統(tǒng)來生成唯一 id。這個 SnowFlake 算法系統(tǒng)首先肯定是知道自己所在的機器號,(這里姑且講10bit全部作為工作機器ID)接著 SnowFlake 算法系統(tǒng)接收到這個請求之后,首先就會用二進制位運算的方式生成一個 64 bit 的 long 型 id,64 個 bit 中的第一個 bit 是無意義的。接著用當前時間戳(單位到毫秒)占用41 個 bit,然后接著 10 個 bit 設(shè)置機器 id。最后再判斷一下,當前這臺機房的這臺機器上這一毫秒內(nèi),這是第幾個請求,給這次生成 id 的請求累加一個序號,作為最后的 12 個 bit。
二、PHP源碼實現(xiàn)案例
1.demo1
<?php
/**
* 雪花算法類
* @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
<?php
public function createID(){
//假設(shè)一個機器id
$machineId = 1234567890;
//41bit timestamp(毫秒)
$time = floor(microtime(true) * 1000);
//0bit 未使用
$suffix = 0;
//datacenterId 添加數(shù)據(jù)的時間
$base = decbin(pow(2,40) - 1 + $time);
//workerId 機器ID
$machineid = decbin(pow(2,9) - 1 + $machineId);
//毫秒類的計數(shù)
$random = mt_rand(1, pow(2,11)-1);
$random = decbin(pow(2,11)-1 + $random);
//拼裝所有數(shù)據(jù)
$base64 = $suffix.$base.$machineid.$random;
//將二進制轉(zhuǎn)換int
$base64 = bindec($base64);
$id = sprintf('%.0f', $base64);
return $id;
}SnowFlake的優(yōu)點是,整體上按照時間自增排序,并且整個分布式系統(tǒng)內(nèi)不會產(chǎn)生ID碰撞(由數(shù)據(jù)中心ID和機器ID作區(qū)分),效率較高。但是依賴與系統(tǒng)時間的一致性,如果系統(tǒng)時間被回調(diào),或者改變,可能會造成id沖突或者重復(fù)。實際中我們的機房并沒有那么多,我們可以改進改算法,將10bit的機器id優(yōu)化,成業(yè)務(wù)表或者和我們系統(tǒng)相關(guān)的業(yè)務(wù)。
到此這篇關(guān)于PHP利用雪花(SnowFlake)算法生成唯一ID的文章就介紹到這了,更多相關(guān)PHP生成唯一ID內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!
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