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这是《Sql Server》系列文章，每篇文章将以博主理解的角度展开讲解。
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前言
在我的印象中用到这个雪花ID比较少，可能是我接触的大型项目或者开源项目比较少，同时接触到中大型分布式也比较少，基本都是自研系统，用的是自增ID和GuidValue作为唯一编号。
最近项目上使用了一套第三方框架代码，使用了雪花ID作为表的唯一主键，并且之前表没有这个字段，需要进行表迁移的同时初始化雪花ID字段值。
因此，趁这次机会简单总结下雪花ID以及在Sql Server上如何生成雪花ID。
认识雪花ID
雪花ID是Twitter开发的一种分布式唯一ID生成算法，主要用于在分布式系统中生成全局唯一的ID标识符。它的名称来源于"自然界中没有两片完全相同的雪花"这一概念，象征着每个生成的ID都是独一无二的。
雪花ID的核心特点
- 全局唯一性：在分布式系统中生成的ID不会重复
- 时间有序性：ID按照时间顺序递增
- 高性能：本地生成，不依赖数据库等外部系统
- 可解析：ID中包含的信息可以被解析出来
雪花ID的结构（64位）
标准的雪花ID由以下三部分组成（共64位）：
| 1位符号位 | 41位时间戳 | 10位工作节点ID | 12位序列号 |具体分解：
- 符号位（1位）：始终为0，保证ID为正数
- 时间戳（41位） ：毫秒级的时间戳，可以使用约69年
- 通常从自定义纪元开始计算（如Twitter使用2010-11-04 01:42:54 UTC）
- 工作节点ID（10位） ：
- 通常分为5位数据中心ID + 5位机器ID
- 最多支持32个数据中心，每个数据中心32台机器
- 序列号（12位）：同一毫秒内的序列号，支持每毫秒生成4096个ID
雪花ID的优势
- 分布式友好：不同节点可以独立生成ID而不需要协调
- 时间有序：生成的ID按时间递增，有利于数据库索引
- 高性能：本地生成，不依赖网络或数据库
- 信息丰富：ID本身包含时间、节点等信息
雪花ID的局限性
- 时钟依赖：严重依赖系统时钟，时钟回拨会导致ID重复
- 节点ID配置：需要手动或通过外部系统分配节点ID
- 时间耗尽：41位时间戳大约69年后会耗尽
雪花ID的应用场景
- 分布式系统主键生成
- 订单号、交易号等业务编号
- 日志跟踪ID
- 任何需要全局唯一且有序ID的场景
示例ID解析
假设一个雪花ID：123456789012345678
转换为二进制后可以解析出：
- 时间戳部分：可以转换为具体的生成时间
- 工作节点部分：知道是在哪个数据中心哪台机器生成的
- 序列号部分：知道这是该毫秒内生成的第几个ID
雪花ID因其简单高效的特性，已经成为分布式系统ID生成的经典解决方案之一。
生成雪花ID
雪花ID是Twitter提出的一种分布式ID生成算法，它生成64位的唯一ID，通常包含时间戳、工作节点ID和序列号。
在SQL Server中可以通过以下几种方式实现雪花ID的生成：
使用T-SQL函数实现
sql
-- 创建配置表
CREATE TABLE SnowflakeConfig (
MachineId BIGINT NOT NULL,
DatacenterId BIGINT NOT NULL,
LastTimestamp BIGINT NOT NULL,
Sequence BIGINT NOT NULL,
CONSTRAINT PK_SnowflakeConfig PRIMARY KEY (MachineId, DatacenterId)
);
sql
-- 初始化配置 (机器ID和数据中心ID需要在每个节点上配置不同)
INSERT INTO SnowflakeConfig (MachineId, DatacenterId, LastTimestamp, Sequence)
VALUES (1, 1, 0, 0);
sql
-- 创建获取当前时间戳的函数
CREATE FUNCTION GetCurrentTimestamp()
RETURNS BIGINT
AS
BEGIN
DECLARE @epoch DATETIME2 = '1970-01-01 00:00:00';
DECLARE @now DATETIME2 = SYSUTCDATETIME();
RETURN CAST(DATEDIFF_BIG(MILLISECOND, @epoch, @now) AS BIGINT);
END;
sql
-- 创建等待下一毫秒的函数
CREATE FUNCTION TilNextMillis(@lastTimestamp BIGINT)
RETURNS BIGINT
AS
BEGIN
DECLARE @timestamp BIGINT;
SET @timestamp = dbo.GetCurrentTimestamp();
WHILE @timestamp <= @lastTimestamp
BEGIN
SET @timestamp = dbo.GetCurrentTimestamp();
END
RETURN @timestamp;
END;
GO
sql
-- 创建计算幂的函数（替代位移操作）
CREATE FUNCTION PowerOfTwo(@exponent BIGINT)
RETURNS BIGINT
AS
BEGIN
RETURN CAST(POWER(CAST(2 AS FLOAT), @exponent) AS BIGINT);
END;
GO
sql
-- 创建生成雪花ID的存储过程
CREATE PROCEDURE GenerateSnowflakeId
@MachineId BIGINT = 1,
@DatacenterId BIGINT = 1,
@SnowflakeId BIGINT OUTPUT
AS
BEGIN
SET NOCOUNT ON;
-- 常量定义
DECLARE @Twepoch BIGINT = 1700058600000;
DECLARE @MachineIdBits BIGINT = 5;
DECLARE @DatacenterIdBits BIGINT = 5;
DECLARE @SequenceBits BIGINT = 12;
-- 使用POWER计算替代位移
DECLARE @MaxMachineId BIGINT = dbo.PowerOfTwo(@MachineIdBits) - 1;
DECLARE @MaxDatacenterId BIGINT = dbo.PowerOfTwo(@DatacenterIdBits) - 1;
DECLARE @SequenceMask BIGINT = dbo.PowerOfTwo(@SequenceBits) - 1;
DECLARE @MachineIdShift BIGINT = @SequenceBits;
DECLARE @DatacenterIdShift BIGINT = @SequenceBits + @MachineIdBits;
DECLARE @TimestampLeftShift BIGINT = @SequenceBits + @MachineIdBits + @DatacenterIdBits;
-- 验证参数
IF @MachineId > @MaxMachineId OR @MachineId < 0
BEGIN
THROW 50000, 'MachineId can''t be greater than maxMachineId or less than 0', 1;
RETURN;
END
IF @DatacenterId > @MaxDatacenterId OR @DatacenterId < 0
BEGIN
THROW 50000, 'DatacenterId can''t be greater than maxDatacenterId or less than 0', 1;
RETURN;
END
-- 使用事务确保原子性
BEGIN TRANSACTION;
BEGIN TRY
DECLARE @LastTimestamp BIGINT;
DECLARE @Sequence BIGINT;
DECLARE @Timestamp BIGINT;
-- 获取当前状态
SELECT @LastTimestamp = LastTimestamp, @Sequence = Sequence
FROM SnowflakeConfig WITH (UPDLOCK)
WHERE MachineId = @MachineId AND DatacenterId = @DatacenterId;
-- 获取当前时间戳
SET @Timestamp = dbo.GetCurrentTimestamp();
-- 检查时钟回拨
IF @Timestamp < @LastTimestamp
BEGIN
ROLLBACK TRANSACTION;
THROW 50000, 'Clock moved backwards. Refusing to generate id', 1;
RETURN;
END
-- 同一毫秒内生成多个ID
IF @LastTimestamp = @Timestamp
BEGIN
SET @Sequence = (@Sequence + 1) & @SequenceMask;
IF @Sequence = 0
BEGIN
-- 序列耗尽，等待下一毫秒
SET @Timestamp = dbo.TilNextMillis(@LastTimestamp);
END
END
ELSE
BEGIN
SET @Sequence = 0;
END
-- 更新状态
UPDATE SnowflakeConfig
SET LastTimestamp = @Timestamp,
Sequence = @Sequence
WHERE MachineId = @MachineId AND DatacenterId = @DatacenterId;
-- 生成ID (使用乘法替代位移)
SET @SnowflakeId =
(@Timestamp - @Twepoch) * dbo.PowerOfTwo(@TimestampLeftShift) +
@DatacenterId * dbo.PowerOfTwo(@DatacenterIdShift) +
@MachineId * dbo.PowerOfTwo(@MachineIdShift) +
@Sequence;
COMMIT TRANSACTION;
END TRY
BEGIN CATCH
ROLLBACK TRANSACTION;
THROW;
END CATCH
END;
GO查看效果
sql
-- 使用存储过程版本
DECLARE @Id BIGINT;
EXEC GenerateSnowflakeId @MachineId = 1, @DatacenterId = 1, @SnowflakeId = @Id OUTPUT;
SELECT @Id AS SnowflakeId;
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总结：温故而知新，不同阶段重温知识点，会有不一样的认识和理解，博主将巩固一遍知识点，并以实践方式和大家分享，若能有所帮助和收获，这将是博主最大的创作动力和荣幸。也期待认识更多优秀新老博主。