在现代软件开发中,生成唯一ID是一个必须掌握的技能。每个对象都应该有一个唯一的标识符。而Java作为一门流行的面向对象编程语言,提供了很多方式来生成唯一ID。本文将从以下几个方面探讨Java生成唯一ID的技术及其应用:
一、UUID
UUID (通用唯一标识符) 是指在一台机器上生成的数字,它保证了一个标识符在全球范围内的唯一性。UUID 由以下几部分的组合:
- 当前日期和时间
- 时钟序列
- 全局唯一的 IEEE 机器识别号(如果有网卡,从网卡 MAC 地址获得,没有则生成随机的IEEE 机器识别号)
Java提供了UUID类来生成唯一ID。我们可以使用UUID类的randomUUID()
静态方法,如下所示:
import java.util.UUID;
public class UUIDTest {
public static void main(String[] args) {
UUID uuid = UUID.randomUUID();
System.out.println(uuid.toString());
}
}
该段代码将会输出一个类似于“c5be9692-1f54-4701-bf51-1736e10daa8c”的UUID字符串。UUID可以用于唯一标识本地文件、数据库记录甚至是整个系统实例。
二、Snowflake算法
Snowflake算法是Twitter开源的分布式ID生成算法,采用了64位长的唯一ID;它是将一个64位的二进制数分成了五个部分,各自表示的位数如下:
- 1位标识,不用,为0
- 41位时间戳(毫秒级),注意,41位时间戳不是存储当前时间的时间戳,而是存储时间戳的差值(当前时间戳 - 开始时间戳) 的值,这样可以使用41位的时间戳使ID从 1970年至少可以使用69年。
- 10位的数据机器位,可以部署在10个数据中心
- 12位的序列号,毫秒内的计数,同一机器,同一时间戳内产生的ID序号都是相同的。
Snowflake算法需要一个开始时间戳(一般是项目开始运行的时间),这个时间戳使用后不能更改,因为这个时间戳就是确定41位时间戳的初始值的。Java代码实现如下:
public class SnowflakeIdWorker {
private final long twepoch = 1288834974657L;
private final long workerIdBits = 5L;
private final long datacenterIdBits = 5L;
private final long maxWorkerId = -1L ^ (-1L << workerIdBits);
private final long maxDatacenterId = -1L ^ (-1L << datacenterIdBits);
private final long sequenceBits = 12L;
private final long workerIdShift = sequenceBits;
private final long datacenterIdShift = sequenceBits + workerIdBits;
private final long timestampLeftShift = sequenceBits + workerIdBits + datacenterIdBits;
private final long sequenceMask = -1L ^ (-1L << sequenceBits);
private long workerId;
private long datacenterId;
private long sequence = 0L;
private long lastTimestamp = -1L;
public SnowflakeIdWorker(long workerId, long datacenterId) {
if (workerId > maxWorkerId || workerId < 0) {
throw new IllegalArgumentException(String.format("worker Id can't be greater than %d or less than 0", maxWorkerId));
}
if (datacenterId > maxDatacenterId || datacenterId < 0) {
throw new IllegalArgumentException(String.format("datacenter Id can't be greater than %d or less than 0", maxDatacenterId));
}
this.workerId = workerId;
this.datacenterId = datacenterId;
}
public synchronized long nextId() {
long timestamp = timeGen();
if (timestamp < lastTimestamp) {
throw new RuntimeException(String.format("Clock moved backwards. Refusing to generate id for %d milliseconds",
lastTimestamp - timestamp));
}
if (lastTimestamp == timestamp) {
sequence = (sequence + 1) & sequenceMask;
if (sequence == 0) {
timestamp = tilNextMillis(lastTimestamp);
}
} else {
sequence = 0L;
}
lastTimestamp = timestamp;
return ((timestamp - twepoch) << timestampLeftShift) |
(datacenterId << datacenterIdShift) |
(workerId << workerIdShift) |
sequence;
}
protected long tilNextMillis(long lastTimestamp) {
long timestamp = timeGen();
while (timestamp <= lastTimestamp) {
timestamp = timeGen();
}
return timestamp;
}
protected long timeGen() {
return System.currentTimeMillis();
}
}
使用Snowflake算法,需要先初始化一个SnowflakeIdWorker
对象,然后可以使用它的nextId()
方法生成新的ID。例如:
SnowflakeIdWorker idWorker = new SnowflakeIdWorker(0, 0);
long id = idWorker.nextId();
System.out.println(id);
该段代码将会输出一个唯一ID整数。
三、Redis生成唯一ID
除了生成唯一ID的Java代码,我们还可以使用Redis实现唯一ID。Redis是一个流行的Key-Value存储数据库,除了对数据进行缓存,它也提供了很多不同的数据结构和功能。我们可以使用Redis的incr
命令来生成唯一ID。
我们可以使用以下方法在Java中使用Redis生成唯一ID:
import redis.clients.jedis.Jedis;
public class RedisTest {
public static void main(String[] args) {
Jedis jedis = new Jedis("localhost");
long id = jedis.incr("unique_id");
System.out.println(id);
}
}
该段代码将会输出一个唯一ID整数,它的值将比上一个唯一ID整数大1。
四、分布式ID生成器
随着分布式计算和云计算的盛行,单一节点的ID生成方式已经不能满足现代应用的需求。分布式ID生成器可以在多个节点和服务之间生成全局唯一的ID,例如Leaf-segment和Leaf-snowflake。我们可以使用这些生成器生成唯一ID,并将其用于分布式系统架构中。 以Leaf-snowflake为例,在Java中使用方法如下:
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Service;
@Service
public class LeafSnowflakeService {
@Autowired
private SnowflakeService snowflakeService;
public Long nextId() {
return snowflakeService.nextId();
}
}
Leaf-snowflake在内部使用了Snowflake算法来生成唯一ID,同时也考虑了分布式部署等问题。通过上述代码,我们可以在Spring应用中使用分布式ID生成器生成唯一ID。
五、总结
本文从多个方面探讨了Java生成唯一ID的方法及其应用。使用UUID、Snowflake算法、Redis和分布式ID生成器,我们可以在Java中生成全局唯一的ID。在实际应用中,需要根据自己的需求和现有系统架构选择合适的唯一ID生成方式。在分布式应用系统中,使用分布式ID生成器可以保证全局唯一性,并且可以让开发者自由控制节点数和序列长度,是一种较为通用的解决方案。