作者最近在实现雪花算法生成主键，看了不少文章。个人觉得雪花算法的最大的优点是有序（减少数据库的页分裂页合并）。雪花算法本身很简单，但他依赖于时间，也就是机器或容器的时间一回拨就出现问题了。网上也出现了不少关于如何解决回拨的问题。我记录一下本次实现雪花主键的过程。

先定个目标

• 实现雪花算法的主键
• 提供不同策略的时钟回拨解决方法
• 尽量避免完全自增，导致ID规则被发现

初识雪花算法

雪花算法生成的id的结果是一个64bit的整数，结构如下（引用网上的图片）：

​ 由此可以看出他是一个较大的正整数，在同一毫秒内，他可以生成4096个ID（12位序列号，12个1的二进制就是4095，再加个0）。所以适合并发量较大的有序ID。

​ 由于有41位的时间戳，所以非常依赖应用程序的时间，如果时钟发生回拨，会造成前面41位的二进制重复，从而导致ID重复，这是不可取的。

时间回拨解决思路

思路一

​ 我们的目标是想让ID有序（自增也行）。但我们的并发不可能一直很高，几乎不可能每一毫秒都是4096个插入。所以肯定有相对来说有一毫秒内用不完的序列。所以当时我就做了一个想法，我的时间戳部分能不能等这个毫秒用完了序列号再增加一毫秒。等时钟回拨的时候，我不看当前时间，我只看到了哪个时间戳。这种方式能解决时间回拨问题，但有个致命缺陷。因为你的ID永远是有规律的。太容易被爬走了。如果你以这个ID作为商家ID或其它相对公开信息的ID，很容易被人爬走信息。这种想法暂时放弃。

思路二

​ 假设一般情况下我们不会随意回拨赶时间，这也确实是的，谁也不会没事找事把时间改来改去，特别是生产上。所以我们假设时间回拨很小，回拨的几率也很小，而且这个回拨的时候在客户的忍耐范围之内。比如回拨了1秒钟，我们的应用允许有2秒的请求延迟，所以这个在我们的容忍范围内，我可以让时间过了这一秒，再生成主键。这是可取的。我们称这种策略叫"等待"，也叫WAITING

​ 这种策略仅限于客户或应用可以容忍一定时间内的时钟回拨，如果回拨超时一定时间内，我们可以抛出异常，让程序响应异常。

​ 此种策略应用于数据量大，但并发不是特别大的情况。

思路三

​ 我们仔细观察ID生成规则，会发现有一个10位的工作机器ID，我们常常把他分为两块：前5位是datacenterId，也有人叫roomId，我们这里叫他groupId；后5位是workerId，就是具体的工作ID，这两块可以有1024种组合。如果我们不是大型微服务应用，这个1024个组合用不完，那我们能不能拿出一部分作为备用组合。这样在时间回拨的时候启用备用组合。这种叫“启用备用ID”，我们叫Extra workerId

​ 这种策略仅限于工作机器的ID组合用不完，并且时钟不会回拨到同一时间点或区间的情况。如果我们在一个时间点（假设是1）一开始是由主workerId生成ID，后来由于时钟回拨，又跳回时间点1，我们启用备用extra workerId。但是又发生时钟回拨，又将时钟跳回时间点1，这个时候workerId和extra workerId都用过了，在这个时间点已经没有任何workerId可用了，所以必然会造成ID重复。

​ 这种策略可用于workerId用不完，且不会回拨至同一个时间点（区间）的情况。

思路四

​ 我们如果只是用当前时间戳，作为前41位，因为位数固定，所以相对来说这个ID使用的时间较短。但是如果我们减去一个差值（这里叫偏移量），用相对时间，这样我们使用的时候就会长很多。因为减去一部分，使ID变小，这样ID的增长空间才会变大，使用时间变长。

​ 好，我们假设也引入了偏移量这个概念。如果时钟回拨，会产生什么现象呢？时钟一回拨ID变小，导致ID会重复，所以我们这个时候只要想办法让ID再次变大，变成和回拨前一样的大小或比回拨前稍微大一点。那如何处理呢，刚刚我们引进了偏移量这个概念，时钟回拨我们会让ID变小，但减小偏移量我们会让ID变大，所以我们通过修改偏移量的方式达到让ID回到原来的轨道上来。

​ 肯定又有人说了你在内存里修改了偏移量，下次重启的时候咋办，应用肯定会重启啊。是的，如果应用重启了，如果重启的间隔时间大于回拨时间。这个时候是没有问题，如果小于，会出现ID重复的情况。这个时候我们还有办法吗？答案是有的。我们可以在时钟回拨后将偏移量存起来，然后项目重启后再加载进来。这样就可以了。

​ 这种策略可以用于并发量很大的场景。对于同一张表同一个应用他的存储一定是一个，不能乱。否则可能会出现ID重复。

总结

​ 我们提出以上几点时钟回拨的解决思路。看似解决了一些问题。可是问题又来了。对于一个应用来说有可能有不同表都需要生成ID。这个时候我们来回顾一下，雪花算法的组成部分：时间戳，机器ID，12位序列号。

• 时间戳：对于同一个应用来说只有一个，所以是共用的

  • 时间偏移量，共用，一旦时钟回拨，所有ID生成器的偏移量都要变小。理论上保存的时候只要保存一份即可。但实际上最好是多份，因为不是所有ID生成器都能发现时钟回拨，或者发现时钟回拨的时间不一样，这个时候建议保存多份。

• 机器ID：对于同一个应用来说也是一样的，所以也是共用的

  • 备用机器ID，共用，一旦时钟回拨，所有ID生成器的备用ID都要切到备用机器ID，但实际上也建议是多份，不是所有ID生成器都能发现时钟回拨。

• 序列号：不同表的序列号肯定不一样。所以为每张表（ID生成器）定义一个squence

  本次作者就写到这里。相关代码已经上传至： github.com/zhouxx/boot… 模块之boot-plus-mybatis-jpa的主键实现部分。欢迎一起讨论。