迄今为止最全面的分布式主键ID生成器优化的雪花算法（SnowFlake）雪花漂移算法在缩短ID长度的同时具备高瞬时并发处理能力

# 雪花算法中非常好用的数字ID生成器 ## 💎 最佳实践（置顶） 针对大家在使用中经常出现的性能疑问，我给出以下3组最佳实践： ❄ 如果ID生成需求不超过5W个/s，不用修改任何配置参数 ❄ 如果超过5W个/s，低于50W个/s，推荐修改：SeqBitLength=10 ❄ 如果超过50W个/s，接近500W个/s，推荐修改：SeqBitLength=12 总之，增加 SeqBitLength 会让性能更高，但生成的 ID 会更长。 ## 💎 算法介绍 ❄ 这是优化的雪花算法（雪花漂移），它生成的ID更短、速度更快。 ❄ 支持 k8s 等容器环境自动扩容（自动注册 WorkerId），可在单机或分布式环境生成数字型唯一ID。 ❄ 原生支持 C#/Java/Go/C/Rust/Python/Node.js/PHP(C扩展)/SQL/ 等语言，并提供多线程安全调用动态库（FFI）。 ❄ 兼容所有雪花算法（号段模式或经典模式，大厂或小厂），将来你可做任意的升级切换。 ❄ 这是计算机历史上最全面的雪花ID生成工具。【截至2022年8月】 #### 需求来源 💧 作为架构设计的你，想要解决数据库主键唯一的问题，特别是在分布式系统多数据库中。 💧 你希望数据表主键用最少的存储空间，索引速度更快，Select、Insert 和 Update 更迅速。 💧 你要考虑在分库分表（合库合表）时，主键值可直接使用，并能反映业务时序。 💧 如果这样的主键值太长，超过前端 js Number 类型最大值，须把 Long 型转换为 String 型，你会觉得有点沮丧。 💧 尽管 Guid 能自增，但占用空间大，索引速度慢，你不想用它。 💧 应用实例可能超过50个，每个并发请求可达10W/s。 💧 要在容器环境部署应用，支持水平复制、自动扩容。 💧 不想依赖 redis 的自增操作获得连续的主键ID，因为连续的ID存在业务数据安全风险。 💧 你希望系统运行 100 年以上。 #### 传统算法问题 ❌ 生成的ID太长。 ❌ 瞬时并发量不够。 ❌ 不能解决时间回拨问题。 ❌ 不支持后补生成前序ID。 ❌ 可能依赖外部存储系统。 #### 新算法特点 ✔ 整形数字，随时间单调递增（不一定连续），长度更短，用50年都不会超过 js Number类型最大值。（默认配置） ✔ 速度更快，是传统雪花算法的2-5倍，0.1秒可生成50万个（基于8代低压i7）。 ✔ 支持时间回拨处理。比如服务器时间回拨1秒，本算法能自动适应生成临界时间的唯一ID。 ✔ 支持手工插入新ID。当业务需要在历史时间生成新ID时，用本算法的预留位能生成5000个每秒。 ✔ 不依赖任何外部缓存和数据库。（k8s环境下自动注册 WorkerId 的动态库依赖 redis） ✔ 基础功能，开箱即用，无需配置文件、数据库连接等。 #### 性能数据 (参数：10位自增序列，1000次漂移最大值) | 连续请求量 | 5K | 5W | 50W | | ---- | ---- | ---- | ---- | | 传统雪花算法 | 0.0045s | 0.053s | 0.556s | | 雪花漂移算法 | 0.0015s | 0.012s | 0.113s | 💍 极致性能：500W/s~3000W/s。（所有测试数据均基于8代低压i7计算） #### 如何处理时间回拨 🔶 当发生系统时间回拨时，算法采用过去时序的预留序数生成新的ID。 🔶 回拨生成的ID序号，默认靠前，也可以调整为靠后。 🔶 允许时间回拨至本算法预设基数（参数可调）。 ## 💎 ID组成说明 * 本算法生成的ID由3部分组成（沿用雪花算法定义）： * +-------------------------+--------------+----------+ * | 1.相对基础时间的时间差 | 2.WorkerId | 3.序列数 | * +-------------------------+--------------+----------+ * * 第1部分，时间差，是生成ID时的系统时间减去 BaseTime 的总时间差（毫秒单位）。 * 第2部分，WorkerId，是区分不同机器或不同应用的唯一ID，最大值由 WorkerIdBitLength（默认6）限定。 * 第3部分，序列数，是每毫秒下的序列数，由参数中的 SeqBitLength（默认6）限定。 #### ID示例 🟣 本算法生成的 ID ，是整数（占用空间最多8字节），以下是基于默认配置生成的ID： ``` 129053495681099 (运行1年，长度：15) 387750301904971 (运行3年，长度：15) 646093214093387 (运行5年，长度：15) 1292658282840139 (运行10年，长度：16) 9007199254740992 (运行70年，达到 js Number 最大值，长度：16) 165399880288699493 (运行1000年，等同普通雪花算法运行1年，长度：18) ``` 🟣 本算法生成的 ID 值，是 js Number 最大值的 1%-10%，是普通雪花算法值的千分之一，而生成速度却超过普通雪花算法。 🟣 js Number 类型最大数值：9007199254740992，本算法在保持并发性能（5W+/0.01s）和最大64个 WorkerId（6bit）的同时，能用70年才到 js Number Max 值。 ### 长度估算 ``` 💍 每增加 1位 WorkerIdBitLength 或 SeqBitLength，生成的ID数字值将会乘以2（基础长度可参考前一节“ID示例”），反之则除以2。 ``` ### 能用多久 能用多久的解释，是指生成的ID数字，何时能增长到超过 long（有符号64位，8字节）最大值。 🔵 在默认配置下，ID可用 71000 年不重复。 🔵 在支持 1024 个工作节点时，ID可用 4480 年不重复。 🔵 在支持 4096 个工作节点时，ID可用 1120 年不重复。 ## 💎 参数设置 ❄ ***WorkerIdBitLength***，机器码位长，决定 WorkerId 的最大值，**默认值6**，取值范围 [1, 19]，实际上有些语言采用 无符号 ushort (uint16) 类型接收该参数，所以最大值是16，如果是采用 有符号 short (int16)，则最大值为15。 ❄ **WorkerId**，机器码，**最重要参数**，无默认值，必须 **全局唯一**（或相同 DataCenterId 内唯一），必须 **程序设定**，缺省条件（WorkerIdBitLength取默认值）时最大值63，理论最大值 2^WorkerIdBitLength-1（不同实现语言可能会限定在 65535 或 32767，原理同 WorkerIdBitLength 规则）。不同机器或不同应用实例 **不能相同**，你可通过应用程序配置该值，也可通过调用外部服务获取值。针对自动注册WorkerId需求，本算法提供默认实现：通过 redis 自动注册 WorkerId 的动态库，详见“Tools\AutoRegisterWorkerId”。 **特别提示**：如果一台服务器部署多个独立服务，需要为每个服务指定不同的 WorkerId。 ❄ ***SeqBitLength***，序列数位长，**默认值6**，取值范围 [3, 21]（建议不小于4），决定每毫秒基础生成的ID个数。如果每秒请求数不超过5W，保持默认值6即可；如果超过5W，不超过50W，建议赋值10或更大，以此类推。规则要求：WorkerIdBitLength + SeqBitLength 不超过 22。 ❄ ***MinSeqNumber***，最小序列数，默认值5，取值范围 [5, MaxSeqNumber]，每毫秒的前5个序列数对应编号0-4是保留位，其中1-4是时间回拨相应预留位，0是手工新值预留位。 ❄ ***MaxSeqNumber***，最大序列数，设置范围 [MinSeqNumber, 2^SeqBitLength-1]，默认值0，真实最大序列数取最大值（2^SeqBitLength-1），不为0时，取其为真实最大序列数，一般无需设置，除非多机共享WorkerId分段生成ID（此时还要正确设置最小序列数）。 ❄ ***BaseTime***，基础时间（也称：基点时间、原点时间、纪元时间），有默认值（2020年），是毫秒时间戳（是整数，.NET是DatetTime类型），作用是：用生成ID时的系统时间与基础时间的差值（毫秒数）作为生成ID的时间戳。基础时间一般无需设置，如果觉得默认值太老，你可以重新设置，不过要注意，这个值以后最好不变。 第二版计划增加参数： ❄ ***DataCenterId***，数�