Java中生成唯一ID的方法

有时我们不依赖数据库中自动递增的字段产生唯一ID，比如多表同一字段需要统一一个唯一ID，这时就需要用程序来生成一个唯一的全局ID。

1、UUID

从Java 5开始， UUID 类提供了一种生成唯一ID的简单方法。UUID是通用唯一识别码 (Universally Unique Identifier)的缩写，UUID来源于OSF(Open Software Foundation，开源软件基金会)的DCE(Distributed Computing Environment，分布式计算环境)规范。UUID 的目的，是让分布式系统中的所有元素，都能有唯一的辨识资讯，而不需要透过中央控制端来做辨识资讯的指定。如此一来，每个人都可以建立不与其它人冲突的 UUID。

UUID是一个128bit的数字，也可以表现为32个16进制的字符（每个字符0-F的字符代表4bit），中间用-分割。

1）时间戳＋UUID版本号： 分三段占16个字符(60bit+4bit)，

2）Clock Sequence号与保留字段：占4个字符(13bit＋3bit)，

3）节点标识：占12个字符(48bit)，

UUID的唯一缺陷在于生成的结果串会比较长。

public class GenerateUUID {\n\tpublic static final void main(String... args) {\n\t\t// generate random UUIDs\n\t\tUUID idOne = UUID.randomUUID();\n\t\tUUID idTwo = UUID.randomUUID();\n\t\tlog(UUID One: + idOne);\n\t\tlog(UUID Two: + idTwo);\n\t}\n\n\tprivate static void log(Object object) {\n\t\tSystem.out.println(String.valueOf(object));\n\t}\n}

结果为：

UUID One: 6b193443-b95d-4462-9902-a6455ebc56d6\nUUID Two: 4ef9b375-839b-4150-8f31-1ed85fab63fd

2、随机数的哈希值

此方法使用SecureRandom和MessageDigest：

1）启动时，初始化SecureRandom （这可能是一个冗长的操作）

2）使用 SecureRandom生成一个随机数

3）创建一个MessageDigest，使用某种摘要算法

4）将MessageDigest返回的byte[]编码为某种可接受的文本形式

5）检查结果是否已经被使用；如果尚未使用，则适合作为唯一标识符

MessageDigest类是适合于产生任意数据的“单向散列”。

public class GenerateId {\n\tpublic static void main(String... arguments) {\n\t\ttry {\n\t\t\tSecureRandom prng = SecureRandom.getInstance(SHA1PRNG);\n\n\t\t\tString randomNum = Integer.valueOf(prng.nextInt()).toString();\n\n\t\t\tMessageDigest sha = MessageDigest.getInstance(SHA-1);\n\t\t\tbyte[] result = sha.digest(randomNum.getBytes());\n\n\t\t\tSystem.out.println(Random number: + randomNum);\n\t\t\tSystem.out.println(Message digest: + hexEncode(result));\n\t\t} catch (NoSuchAlgorithmException ex) {\n\t\t\tSystem.err.println(ex);\n\t\t}\n\t}\n\n\tstatic private String hexEncode(byte[] input) {\n\t\tStringBuilder result = new StringBuilder();\n\t\tchar[] digits = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, a,\n\t\t\t\tb, c, d, e, f};\n\t\tfor (int idx = 0; idx < input.length; ++idx) {\n\t\t\tbyte b = input[idx];\n\t\t\tresult.append(digits[(b & 0xf0) >> 4]);\n\t\t\tresult.append(digits[b & 0x0f]);\n\t\t}\n\t\treturn result.toString();\n\t}\n}

结果为：

Random number: -2017013782\nMessage digest: 2c3bba8d4dbd3699648c5909685d21f9c64b6a8a

3、Twitter的snowflake

twitter的一个全局唯一id生成器，结果是一个long型的ID。

1）正数位(1bit)：一个符号位，永远是0。

2）时间戳(41bit) ：自从2012年以来的毫秒数，能撑139年。

3）自增序列(12bit，最大值4096)：毫秒之内的自增，过了一毫秒会重新置0。

4）DataCenter ID (5 bit, 最大值32）：配置值，支持多机房。

5）Worker ID ( 5 bit, 最大值32)，配置值，一个机房里最多32个机器。

4、Snowflake算法的变化

Snowflake算法生成的唯一ID为long型数值，但如果想在应用中使用int类型的自增ID的话可以做些调整。

时间戳改为分钟（25bit），自增序列（7bit）。自增序列最大值128，在一分钟内会不够使用。可以采用预支方式取下一分钟。

此方式只适用于一个单体应用，不适合分布式系统。

/**\n * @ClassName: SnowflakeIdWorker3rd\n * @Description:snowflake算法改进\n * @author: wanghao\n * @date: 2019年12月13日 下午12:50:47\n * @version V1.0\n * \n * 将产生的Id类型更改为Integer 32bit <br>\n * 把时间戳的单位改为分钟,使用25个比特的时间戳（分钟） <br>\n * 去掉机器ID和数据中心ID <br> \n * 7个比特作为自增值，即2的7次方等于128。\n */\npublic class SnowflakeIdWorker3rd {\n\t/** 开始时间戳 (2019-01-01) */\n\tprivate final int twepoch = 25771200;// 1546272000000L/1000/60;\n\n\t/** 序列在id中占的位数 */\n\tprivate final long sequenceBits = 7L;\n\n\t/** 时间截向左移7位 */\n\tprivate final long timestampLeftShift = sequenceBits;\n\n\t/** 生成序列的掩码，这里为127 */\n\tprivate final int sequenceMask = -1 ^ (-1 << sequenceBits);\n\n\t/** 分钟内序列(0~127) */\n\tprivate int sequence = 0;\n\tprivate int laterSequence = 0;\n\n\t/** 上次生成ID的时间戳 */\n\tprivate int lastTimestamp = -1;\n\n\tprivate final MinuteCounter counter = new MinuteCounter();\n\t\n\t/** 预支时间标志位 */\n\tboolean isAdvance = false;\n\n\t// ==============================Constructors=====================================\n\tpublic SnowflakeIdWorker3rd() {\n\n\t}\n\n\t// ==============================Methods==========================================\n\t/**\n\t * 获得下一个ID (该方法是线程安全的)\n\t * \n\t * @return SnowflakeId\n\t */\n\tpublic synchronized int nextId() {\n\t\t\n\t\t\n\t\tint timestamp = timeGen();\n\t\t// 如果当前时间小于上一次ID生成的时间戳，说明系统时钟回退过这个时候应当抛出异常\n\t\tif (timestamp < lastTimestamp) {\n\t\t\tthrow new RuntimeException(String.format(\n\t\t\t\t\tClock moved backwards. Refusing to generate id for %d milliseconds, lastTimestamp - timestamp));\n\t\t}\n\t\t\n\t\tif(timestamp > counter.get()) {\n\t\t\tcounter.set(timestamp);\n\t\t\tisAdvance = false;\n\t\t}\n\n\t\t// 如果是同一时间生成的，则进行分钟内序列\n\t\tif (lastTimestamp == timestamp || isAdvance) {\n\t\t\tif(!isAdvance) {\n\t\t\t\tsequence = (sequence + 1) & sequenceMask;\n\t\t\t}\n\n\t\t\t// 分钟内自增列溢出\n\t\t\tif (sequence == 0) {\n\t\t\t\t// 预支下一个分钟,获得新的时间戳\n\t\t\t\tisAdvance = true;\n\t\t\t\tint laterTimestamp = counter.get();\n\t\t\t\tif (laterSequence == 0) {\n\t\t\t\t\tlaterTimestamp = counter.incrementAndGet();\n\t\t\t\t}\n\n\t\t\t\tint nextId = ((laterTimestamp - twepoch) << timestampLeftShift) //\n\t\t\t\t\t\t| laterSequence;\n\t\t\t\tlaterSequence = (laterSequence + 1) & sequenceMask;\n\t\t\t\treturn nextId;\n\t\t\t}\n\t\t}\n\t\t// 时间戳改变，分钟内序列重置\n\t\telse {\n\t\t\tsequence = 0;\n\t\t\tlaterSequence = 0;\n\t\t}\n\n\t\t// 上次生成ID的时间截\n\t\tlastTimestamp = timestamp;\n\n\t\t// 移位并通过或运算拼到一起组成32位的ID\n\t\treturn ((timestamp - twepoch) << timestampLeftShift) //\n\t\t\t\t| sequence;\n\t}\n\n\t/**\n\t * 返回以分钟为单位的当前时间\n\t * \n\t * @return 当前时间(分钟)\n\t */\n\tprotected int timeGen() {\n\t\tString timestamp = String.valueOf(System.currentTimeMillis() / 1000 / 60);\n\t\treturn Integer.valueOf(timestamp);\n\t}\n\n\t// ==============================Test=============================================\n\t/** 测试 */\n\tpublic static void main(String[] args) {\n\t\tSnowflakeIdWorker3rd idWorker = new SnowflakeIdWorker3rd();\n\t\tfor (int i = 0; i < 1000; i++) {\n\t\t\tlong id = idWorker.nextId();\n\t\t\tSystem.out.println(i + : + id);\n\t\t}\n\t}\n}

public class MinuteCounter {\n\tprivate static final int MASK = 0x7FFFFFFF;\n private final AtomicInteger atom;\n \n public MinuteCounter() {\n atom = new AtomicInteger(0);\n }\n \n public final int incrementAndGet() {\n return atom.incrementAndGet() & MASK;\n }\n \n public int get() {\n return atom.get() & MASK;\n }\n \n public void set(int newValue) {\n \tatom.set(newValue & MASK);\n }\n}