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Snowflake

算法介紹

Snowflake 是由 Twitter 提出的一個分佈式全局唯一 ID 生成算法，算法生成 ID 的結果是一個 64bit 大小的長整，標準算法下它的結構如下圖：

• 1 位，不用。

  • 二進制中最高位為符號位，我們生成的 ID 一般都是正整數，所以這個最高位固定是 0。

• 41 位，用來記錄時間戳（毫秒）。

  • 41 位 可以表示 2^41 - 1 個數字。
  • 也就是説 41 位 可以表示 2^41 - 1 個毫秒的值，轉化成單位年則是 (2^41 - 1) / (1000 * 60 * 60 * 24 * 365) 約為 69 年。

• 10 位，用來記錄工作機器 ID。

  • 可以部署在 2^10 共 1024 個節點，包括 5 位 DatacenterId 和 5 位 WorkerId。

• 12 位，序列號，用來記錄同毫秒內產生的不同 id。

  • 12 位 可以表示的最大正整數是 2^12 - 1 共 4095 個數字，來表示同一機器同一時間截（毫秒)內產生的 4095 個 ID 序號。

Snowflake 可以保證：

• 所有生成的 ID 按時間趨勢遞增。
• 整個分佈式系統內不會產生重複 ID（因為有 DatacenterId (5 bits) 和 WorkerId (5 bits) 來做區分）。

Hyperf 的 hyperf/snowflake 組件在設計上提供了很好的可擴展性，允許您通過簡單的擴展就能實現其它基於 Snowflake 的變體算法。

安裝

composer require hyperf/snowflake

使用

框架提供了 MetaGeneratorInterface 和 IdGeneratorInterface，MetaGeneratorInterface 會生成 ID 的 Meta 文件，IdGeneratorInterface 則會根據對應的 Meta 文件生成 分佈式 ID。

框架默認使用的 MetaGeneratorInterface 是基於 Redis 實現的 毫秒級別生成器。
配置文件位於 config/autoload/snowflake.php，如配置文件不存在可通過執行 php bin/hyperf.php vendor:publish hyperf/snowflake 命令創建默認配置，配置文件內容如下：

<?php

declare(strict_types=1);

use Hyperf\Snowflake\MetaGenerator\RedisMilliSecondMetaGenerator;
use Hyperf\Snowflake\MetaGenerator\RedisSecondMetaGenerator;
use Hyperf\Snowflake\MetaGeneratorInterface;

return [
    'begin_second' => MetaGeneratorInterface::DEFAULT_BEGIN_SECOND,
    RedisMilliSecondMetaGenerator::class => [
        // Redis Pool
        'pool' => 'default',
        // 用於計算 WorkerId 的 Key 鍵
        'key' => RedisMilliSecondMetaGenerator::DEFAULT_REDIS_KEY
    ],
    RedisSecondMetaGenerator::class => [
        // Redis Pool
        'pool' => 'default',
        // 用於計算 WorkerId 的 Key 鍵
        'key' => RedisMilliSecondMetaGenerator::DEFAULT_REDIS_KEY
    ],
];

框架中使用 Snowflake 十分簡單，只需要從 DI 中取出 IdGeneratorInterface 對象即可。

<?php
use Hyperf\Snowflake\IdGeneratorInterface;
use Hyperf\Utils\ApplicationContext;

$container = ApplicationContext::getContainer();
$generator = $container->get(IdGeneratorInterface::class);

$id = $generator->generate();

當知道 ID 需要反推對應的 Meta 時，只需要調用 degenerate 即可。

<?php
use Hyperf\Snowflake\IdGeneratorInterface;
use Hyperf\Utils\ApplicationContext;

$container = ApplicationContext::getContainer();
$generator = $container->get(IdGeneratorInterface::class);

$meta = $generator->degenerate($id);

重寫 Meta 生成器

分佈式全局唯一 ID 的實現方式多種多樣，也有很多基於 Snowflake 算法的變體算法，雖然都是 Snowflake 算法，但也不盡相同。比如有人可能會根據 UserId 生成 Meta，而非 WorkerId。接下來，讓我們實現一個簡單的 MetaGenerator。 簡單的來講，UserId 絕對會超過 10 bit，所以默認的 DataCenterId 和 WorkerId 肯定是裝不過來的，所以就需要對 UserId 取模。

<?php

declare(strict_types=1);

use Hyperf\Snowflake\IdGenerator;

class UserDefinedIdGenerator
{
    /**
     * @var IdGenerator\SnowflakeIdGenerator
     */
    protected $idGenerator;

    public function __construct(IdGenerator\SnowflakeIdGenerator $idGenerator)
    {
        $this->idGenerator = $idGenerator;
    }

    public function generate(int $userId)
    {
        $meta = $this->idGenerator->getMetaGenerator()->generate();

        return $this->idGenerator->generate($meta->setWorkerId($userId % 31));
    }

    public function degenerate(int $id)
    {
        return $this->idGenerator->degenerate($id);
    }
}

use Hyperf\Utils\ApplicationContext;

$container = ApplicationContext::getContainer();
$generator = $container->get(UserDefinedIdGenerator::class);
$userId = 20190620;

$id = $generator->generate($userId);

在數據庫模型中應用

配置好 Snowflake 以後，我們可以讓數據庫模型直接使用雪花 id 作為主鍵。

<?php

class User extends \Hyperf\Database\Model\Model {
    use \Hyperf\Snowflake\Concern\Snowflake;
}

上述 User 模型在創建時便會默認使用 Snowflake 算法生成主鍵。