使用雪花算法(Snowflake Algorithm)在Python中生成唯一ID
使用雪花算法Snowflake Algorithm在Python中生成唯一ID
- 使用雪花算法(Snowflake Algorithm)在Python中生成唯一ID
- 雪花算法简介
- Python实现
- 代码解析
- 使用示例
- 优势
- 注意事项
- 适用场景
- 结论
使用雪花算法(Snowflake Algorithm)在Python中生成唯一ID
在分布式系统中生成唯一ID是一个常见的需求。Twitter的雪花算法(Snowflake Algorithm)是一种优秀的解决方案,它可以生成64位的唯一ID,包含时间戳、工作机器ID和序列号。今天,我们将探讨如何在Python中实现雪花算法。
雪花算法简介
雪花算法生成的ID结构如下:
- 1位符号位(始终为0)
- 41位时间戳(毫秒级)
- 5位数据中心ID
- 5位工作机器ID
- 12位序列号
这种结构允许在同一毫秒内生成4096个唯一ID,并支持多个数据中心和工作机器。
Python实现
import time
import threadingclass SnowflakeGenerator:def __init__(self, datacenter_id, worker_id):self.datacenter_id = datacenter_idself.worker_id = worker_idself.sequence = 0self.last_timestamp = -1# Bit lengths for different partsself.datacenter_id_bits = 5self.worker_id_bits = 5self.sequence_bits = 12# Maximum valuesself.max_datacenter_id = -1 ^ (-1 << self.datacenter_id_bits)self.max_worker_id = -1 ^ (-1 << self.worker_id_bits)self.max_sequence = -1 ^ (-1 << self.sequence_bits)# Shift amountsself.worker_id_shift = self.sequence_bitsself.datacenter_id_shift = self.sequence_bits + self.worker_id_bitsself.timestamp_shift = self.sequence_bits + self.worker_id_bits + self.datacenter_id_bitsself.lock = threading.Lock()def _current_milliseconds(self):return int(time.time() * 1000)def _til_next_millis(self, last_timestamp):timestamp = self._current_milliseconds()while timestamp <= last_timestamp:timestamp = self._current_milliseconds()return timestampdef generate_id(self):with self.lock:timestamp = self._current_milliseconds()if timestamp < self.last_timestamp:raise ValueError("Clock moved backwards. Refusing to generate id.")if timestamp == self.last_timestamp:self.sequence = (self.sequence + 1) & self.max_sequenceif self.sequence == 0:timestamp = self._til_next_millis(self.last_timestamp)else:self.sequence = 0self.last_timestamp = timestampreturn ((timestamp - 1288834974657) << self.timestamp_shift) | \(self.datacenter_id << self.datacenter_id_shift) | \(self.worker_id << self.worker_id_shift) | \self.sequencedef generate_unique_id(prefix: str, datacenter_id: int, worker_id: int) -> str:generator = SnowflakeGenerator(datacenter_id, worker_id)snowflake_id = generator.generate_id()return f"{prefix}{snowflake_id}"
代码解析
-
SnowflakeGenerator类:
- 初始化方法设置数据中心ID和工作机器ID,并定义各部分的位长度和最大值。
_current_milliseconds()
方法获取当前时间戳(毫秒级)。_til_next_millis()
方法等待直到下一毫秒。generate_id()
方法是核心,它生成唯一的雪花ID。
-
generate_id()方法:
- 使用锁确保线程安全。
- 获取当前时间戳。
- 处理时钟回拨问题(抛出异常)。
- 处理同一毫秒内的序列号。
- 组合各部分生成最终的ID。
-
generate_unique_id()函数:
- 创建SnowflakeGenerator实例。
- 生成雪花ID并添加前缀。
使用示例
# 创建一个生成器,指定数据中心ID和工作机器ID
datacenter_id = 1
worker_id = 1# 生成用户ID
user_id = generate_unique_id("USER_", datacenter_id, worker_id)
print(f"生成的用户ID: {user_id}")# 生成订单ID
order_id = generate_unique_id("ORDER_", datacenter_id, worker_id)
print(f"生成的订单ID: {order_id}")# 生成多个产品ID
for i in range(5):product_id = generate_unique_id("PROD_", datacenter_id, worker_id)print(f"产品 {i+1} ID: {product_id}")
输出可能如下:
生成的用户ID: USER_6791951648483729408
生成的订单ID: ORDER_6791951648483729409
产品 1 ID: PROD_6791951648483729410
产品 2 ID: PROD_6791951648483729411
产品 3 ID: PROD_6791951648483729412
产品 4 ID: PROD_6791951648483729413
产品 5 ID: PROD_6791951648483729414
优势
- 高性能:雪花算法可以快速生成ID,不需要网络请求或数据库操作。
- 唯一性:在正确配置的情况下,可以保证全局唯一性。
- 有序性:生成的ID大致按时间顺序递增,有利于数据库索引。
- 包含信息:ID中包含时间戳、数据中心和工作机器信息,便于追踪和调试。
- 可定制:可以根据需求调整各部分的位数。
注意事项
- 时钟同步:雪花算法依赖系统时钟,在分布式系统中需要确保时钟同步。
- 时钟回拨:代码中包含了对时钟回拨的处理,但在实际应用中可能需要更复杂的处理逻辑。
- 数据中心和工作机器ID:需要确保这些ID在整个分布式系统中是唯一的。
- 64位限制:如果使用的语言或系统不支持64位整数,可能需要调整算法。
适用场景
雪花算法特别适用于以下场景:
- 分布式系统中需要生成全局唯一ID
- 需要按时间顺序对数据进行排序
- 高并发系统,需要快速生成大量唯一ID
- 微服务架构,每个服务需要独立生成ID
结论
雪花算法提供了一种优雅的方式来在分布式系统中生成唯一ID。这个Python实现简单易用,同时保持了雪花算法的核心优势。在实际应用中,您可能需要根据具体需求进行进一步的调整和优化,例如处理时钟回拨的更复杂情况,或者调整各部分的位数分配。
通过使用这种方法,您可以在Python项目中轻松实现高效、唯一且信息丰富的ID生成。无论是用于用户ID、订单编号还是其他需要唯一标识符的场景,雪花算法都能提供可靠的解决方案。
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开源之夏|祝贺MatrixOne开源社区项目中选同学!
在本届「开源之夏 2024」活动中,MatrixOne开源社区共计上线3个项目任务,最终有 3位同学成功突围。接下来让我们看看每个项目的详细中选情况: 中选学生公示 项目名称:基于大语言模型的操作系统任务自动识别,拆解&#…...
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数据库自动备份到gitee上,实现数据自动化备份
本人有个不太好的习惯,每次项目的数据库都是在线上创建,Navicat 连接线上数据库进行处理,最近有一个项目需要二次升级,发现老项目部署的服务器到期了,完蛋,数据库咩了!!!…...
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pdf拆分,pdf拆分在线使用,pdf拆分多个pdf
在数字化的时代,pdf文件已经成为我们日常办公、学习不可或缺的文档格式。然而,有时候我们可能需要对一个大的pdf文件进行拆分,以方便管理和分享。那么,如何将一个pdf文件拆分成多个pdf呢?本文将为你推荐一种好用的拆分…...
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GfK中国联合上海市眼镜行业协会举办高层论坛:探索眼镜市场机遇共筑视觉健
中国与上海市眼镜行业协会联合主办的 “视界之窗:瞰见全球及中国眼镜市场未来”高层论坛5月16日在上海成功举行。本次论坛汇聚了上海市眼病防治中心视光中心、上海健康医学院医学技术学院等三十余家专业机构和协会专家,以及上海三联有限公司、上海依视路光学有限公司、卡尔蔡司…...
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摩尔线程MTT S4000 AI GPU助力30亿参数大模型训练,性能比肩英伟达同类解决方案
中国国产GPU制造商摩尔线程(Moore Threads)在AI加速器领域取得了显著进展,其最新推出的MTT S4000 AI GPU在训练大规模语言模型时表现突出,据称相较于其前代产品有着显著的性能提升。根据cnBeta的报道,搭载S4000 GPU的全新“酷鹅千卡智能计算集…...
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css卡片翻转 父元素翻转子元素不翻转效果
css卡片翻转 父元素翻转子元素不翻转效果 vue <div class"moduleBox"><div class"headTitle"><span class"headName">大额案例</span></div><div class"moduleItem"><span class"module…...
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shell脚本:将一维数组以二维数组显示
shell脚本:将一维数组改成二维数组显示 1.编辑脚本文件 vi output_array.sh2.编写脚本 #!/bin/bash# 假设一维数组one_array已经包含9个元素 one_array=(1 2 3 4 5 6 7 8 9) # 获取数组长度 length=...
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MFC CList<CRect, CRect> m_listRect;的用法
CList<CRect, CRect&> 是 MFC(Microsoft Foundation Classes)中定义的一个双向链表模板类,用于存储 CRect 对象。在使用 CList 时,你可以执行多种操作,比如添加、移除、查找和遍历元素。以下是一些常见的用法…...
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牛客热题:数据流中的中位数
📟作者主页:慢热的陕西人 🌴专栏链接:力扣刷题日记 📣欢迎各位大佬👍点赞🔥关注🚓收藏,🍉留言 文章目录 牛客热题:数据流中的中位数题目链接方法一…...