淺談Java生成唯一標(biāo)識碼的三種方式

更新時間：2022年01月19日 14:14:22 作者：蹊源的奇思妙想

我們經(jīng)常會遇到這樣的場景，需要生成一個唯一的序列號來表明某一個數(shù)據(jù)的唯一性，本文主要介紹了淺談Java生成唯一標(biāo)識碼的三種方式，感興趣的可以來了解一下

前言

我們經(jīng)常會遇到這樣的場景，需要生成一個唯一的序列號來表明某一個數(shù)據(jù)的唯一性，在單節(jié)點的應(yīng)用中我們可以簡單地使用一個自增的整型來實現(xiàn)實現(xiàn)，但是在分布式情況下這個方式卻存在沖突的可能性，那么有什么辦法我們可以生成一個唯一的序列號呢，并且如果想使得這個序列號也能展示一些業(yè)務(wù)信息呢？

正文

UUID實現(xiàn)唯一標(biāo)識碼

UUID 的目的是讓分布式系統(tǒng)中的所有元素，都能有唯一的辨識資訊，而不需要透過中央控制端來做辨識資訊的指定。如此一來，每個人都可以建立不與其它人沖突的 UUID(通用唯一標(biāo)識碼)。

UUID的組成：

當(dāng)前日期和時間。
時鐘序列（數(shù)值按其發(fā)生的先后順序而排列的數(shù)列）
全局唯一的IEEE機器識別號。

UUID雖然可以保證全局唯一，但是它占用32位（十進制），而且是無序的，入庫時性能比較差。這是因為，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的索引都是B+樹結(jié)構(gòu)，如果我們按照ID遞增的順序，新的結(jié)點會插入到最后一個結(jié)點后面去，當(dāng)最后一個結(jié)點滿了，會裂變出新的結(jié)點。但如果是插入無序的，不僅會導(dǎo)致中間結(jié)點的裂變，還會產(chǎn)生很多不飽和節(jié)點，導(dǎo)致性能降低。

UUIDStringUtils：生成UUID唯一標(biāo)示碼的工具類

public class UUIDStringUtils {
    public static String randomUUID() {
        UUID uuid = UUID.randomUUID();
        return uuid.toString().replace("-", "").toUpperCase();
    }
}

驗證方法

    @org.junit.Test
    public void test(){
        System.out.println("通過UUID的方式生成的唯一序列號"+UUIDStringUtils.randomUUID());
    }

運行結(jié)果如下：

在這里插入圖片描述

SnowFlake實現(xiàn)唯一標(biāo)識碼

SnowFlake算法：分布式系統(tǒng)中生成全局唯一且趨勢遞增的Id.

總共64位2進制，換成十進制為18位

第一部分： 1位，始終為0.
第二部分：41位，精確為毫秒的時間戳。
第三部分：10位，機器碼
第四部分：12位，序列號

snowflake的優(yōu)點：

是按ID遞增，易于插入到數(shù)據(jù)庫
不依賴數(shù)據(jù)庫，在內(nèi)存中生成，性能好

SnowflakeIdWorker：生成SnowFlake唯一標(biāo)識碼的工具類

public class SnowflakeIdWorker {
    // ==============================Fields===========================================
    /** 開始時間截 (2015-01-01) */
    private final long twepoch = 1420041600000L;
    /** 機器id所占的位數(shù) */
    private final long workerIdBits = 5L;
    /** 數(shù)據(jù)標(biāo)識id所占的位數(shù) */
    private final long datacenterIdBits = 5L;
    /** 支持的最大機器id，結(jié)果是31 (這個移位算法可以很快的計算出幾位二進制數(shù)所能表示的最大十進制數(shù)) */
    private final long maxWorkerId = -1L ^ (-1L << workerIdBits);
    /** 支持的最大數(shù)據(jù)標(biāo)識id，結(jié)果是31 */
    private final long maxDatacenterId = -1L ^ (-1L << datacenterIdBits);
    /** 序列在id中占的位數(shù) */
    private final long sequenceBits = 12L;
    /** 機器ID向左移12位 */
    private final long workerIdShift = sequenceBits;
    /** 數(shù)據(jù)標(biāo)識id向左移17位(12+5) */
    private final long datacenterIdShift = sequenceBits + workerIdBits;
    /** 時間截向左移22位(5+5+12) */
    private final long timestampLeftShift = sequenceBits + workerIdBits + datacenterIdBits;
    /** 生成序列的掩碼，這里為4095 (0b111111111111=0xfff=4095) */
    private final long sequenceMask = -1L ^ (-1L << sequenceBits);
    /** 工作機器ID(0~31) */
    private long workerId;
    /** 數(shù)據(jù)中心ID(0~31) */
    private long datacenterId;
    /** 毫秒內(nèi)序列(0~4095) */
    private long sequence = 0L;
    /** 上次生成ID的時間截 */
    private long lastTimestamp = -1L;
    //==============================Constructors=====================================
    /**
     * 構(gòu)造函數(shù)
     * @param workerId 工作ID (0~31)
     * @param datacenterId 數(shù)據(jù)中心ID (0~31)
     */
    public SnowflakeIdWorker(long workerId, long datacenterId) {
        if (workerId > maxWorkerId || workerId < 0) {
            throw new IllegalArgumentException(String.format("worker Id can't be greater than %d or less than 0", maxWorkerId));
        }
        if (datacenterId > maxDatacenterId || datacenterId < 0) {
            throw new IllegalArgumentException(String.format("datacenter Id can't be greater than %d or less than 0", maxDatacenterId));
        }
        this.workerId = workerId;
        this.datacenterId = datacenterId;
    }
    // ==============================Methods==========================================
    /**
     * 獲得下一個ID (該方法是線程安全的)
     * @return SnowflakeId
     */
    public synchronized long nextId() {
        long timestamp = timeGen();
        //如果當(dāng)前時間小于上一次ID生成的時間戳，說明系統(tǒng)時鐘回退過這個時候應(yīng)當(dāng)拋出異常
        if (timestamp < lastTimestamp) {
            throw new RuntimeException(
                    String.format("Clock moved backwards.  Refusing to generate id for %d milliseconds", lastTimestamp - timestamp));
        }
        //如果是同一時間生成的，則進行毫秒內(nèi)序列
        if (lastTimestamp == timestamp) {
            sequence = (sequence + 1) & sequenceMask;
            //毫秒內(nèi)序列溢出
            if (sequence == 0) {
                //阻塞到下一個毫秒,獲得新的時間戳
                timestamp = tilNextMillis(lastTimestamp);
            }
        }
        //時間戳改變，毫秒內(nèi)序列重置
        else {
            sequence = 0L;
        }
        //上次生成ID的時間截
        lastTimestamp = timestamp;
        //移位并通過或運算拼到一起組成64位的ID
        return ((timestamp - twepoch) << timestampLeftShift) //
                | (datacenterId << datacenterIdShift) //
                | (workerId << workerIdShift) //
                | sequence;
    }
    /**
     * 阻塞到下一個毫秒，直到獲得新的時間戳
     * @param lastTimestamp 上次生成ID的時間截
     * @return 當(dāng)前時間戳
     */
    protected long tilNextMillis(long lastTimestamp) {
        long timestamp = timeGen();
        while (timestamp <= lastTimestamp) {
            timestamp = timeGen();
        }
        return timestamp;
    }
    /**
     * 返回以毫秒為單位的當(dāng)前時間
     * @return 當(dāng)前時間(毫秒)
     */
    protected long timeGen() {
        return System.currentTimeMillis();
    }
    //==============================Test=============================================
    /** 測試 */
    public static void main(String[] args) {
        SnowflakeIdWorker idWorker = new SnowflakeIdWorker(0, 0);
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            long id = idWorker.nextId();
            //轉(zhuǎn)換成二進制
            System.out.println(Long.toBinaryString(id));
            System.out.println(id);
        }
    }
}

驗證方法

    @org.junit.Test
    public void test2(){
        SnowflakeIdWorker idWorker = new SnowflakeIdWorker(0, 0);
        long id = idWorker.nextId();
        System.out.println("通過SnowFlake的方式生成的唯一序列號"+Long.toBinaryString(id) );
    }

運行結(jié)果如下：

在這里插入圖片描述

通過時間工具生成帶有業(yè)務(wù)標(biāo)示的唯一標(biāo)識碼

事實上，很多情況下在高并發(fā)沒有那么多的情況，并且我們需要通過唯一標(biāo)識碼獲取一些簡單的業(yè)務(wù)信息時，可以使用Java自帶的時間工具類生成一個帶有業(yè)務(wù)標(biāo)示的唯一標(biāo)識碼。

OrderNoUtils：生成帶有業(yè)務(wù)標(biāo)示的唯一標(biāo)識碼的工具類

public class OrderNoUtils {

    private OrderNoUtils() {
        throw new IllegalStateException("Utility class");
    }

    /**
     * 生成訂單號
     *
     * @param productNo
     *            手機號
     * @return
     */
    public static String createOrderNo(String productNo) {
        return DateTimeUtils.getTodayChar14() + productNo
                + RandomNumberUtil.createRandomNumber(6);
    }


    /**
     * @param productNo
     *            手機號
     * @return
     */
    public static String createVipBizNo(String productNo) {
        return "VIP" + DateTimeUtils.getTodayChar14() + productNo
                + RandomNumberUtil.createRandomNumber(4);
    }

    /**
     * 生成流水號
     * @param identifier
     * @param randomLength
     * @return
     */
    public static String createRequestNo(String identifier,int randomLength) {
        return DateTimeUtils.getTodayChar17() + identifier
                + RandomNumberUtil.createRandomNumber(randomLength);
    }
}

RandomNumberUtil：生成隨機數(shù)的工具類

public class RandomNumberUtil {
    private RandomNumberUtil() {
    }
    public static String createRandomNumber(int length) {
        StringBuilder strBuffer = new StringBuilder();
        Random rd = new Random();
        for (int i = 0; i < length; i++) {
            strBuffer.append(rd.nextInt(10));
        }
        return strBuffer.toString();
    }
}

DateTimeUtils：時間工具類

public class DateTimeUtils {

    // private static Logger logger = LoggerFactory.getLogger(DateTimeUtils.class);

    private static List<String> dateFormatPattern = new ArrayList<String>();

    private static SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat();

    static {
        dateFormatPattern.add("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
        dateFormatPattern.add("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.S z");
        dateFormatPattern.add("yyyy-MM-dd G HH:mm:ss.S z");
        dateFormatPattern.add("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.S 'UTC'");
        dateFormatPattern.add("yyyy-MM-dd G HH:mm:ss.S 'UTC'");
        dateFormatPattern.add("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.S z");
        dateFormatPattern.add("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.S a");
        dateFormatPattern.add("yyyy-MM-dd HH:mm:ssz");
        dateFormatPattern.add("yyyy-MM-dd HH:mm:ss z");
        dateFormatPattern.add("yyyy-MM-dd HH:mm:ss 'UTC'");
        dateFormatPattern.add("yyyy-MM-dd'T'HH:mm:ss.SX");
        dateFormatPattern.add("yyyy-MM-dd'T'HH:mm:ssX");
        dateFormatPattern.add("yyyy-MM-dd'T'HH:mmX");
        dateFormatPattern.add("yyyy-MM-dd HH:mm:ssa");
        dateFormatPattern.add("yyyy/MM/dd");
        dateFormatPattern.add("yyyy/M/d");
        dateFormatPattern.add("yyyy-MM-dd");
        dateFormatPattern.add("yyyy-M-d");
        dateFormatPattern.add("yyyy/M/d");
        dateFormatPattern.add("yyyy年M月d日");
        dateFormatPattern.add("yyyy年MM月dd日");
        dateFormatPattern.add("yyyy-MM-dd'T'HH:mm:ss.SSS+0800");
    }

    // 格式：中文星期
    private final static String[] FORMAT_WEEK_CHINESE_SIMPLE = {"周日", "周一", "周二", "周三", "周四", "周五", "周六"};
    // 格式：中文星期
    private final static String[] FORMAT_WEEK_CHINESE = {"星期日", "星期一", "星期二", "星期三", "星期四", "星期五", "星期六"};
    // 格式：英文格式簡寫
    private final static String[] FORMAT_WEEK_ENGLISH_SIMPLE = {"Sunday", "Monday", "Tuesday", "Wednesday", "Thursday", "Friday", "Saturday"};
    // 格式：英文全稱
    private final static String[] FORMAT_WEEK_ENGLISH = {"Sun", " Mon", " Tue", " Wed", " Thu", " Fri", " Sat"};

    /**
     * 獲取今日年份
     *
     * @return yyyy
     */
    public static String getCurrentYear() {
        return DateFormatUtils.format(new Date(), "yyyy");
    }

    /**
     * 獲取今日月份
     *
     * @return MM
     */
    public static String getCurrentMonth() {
        return DateFormatUtils.format(new Date(), "MM");
    }

    /**
     * 獲取今日日期
     *
     * @return dd
     */
    public static String getTodayDay() {
        return DateFormatUtils.format(new Date(), "dd");
    }


    /**
     * 返回年月
     *
     * @return yyyyMM
     */
    public static String getTodayChar6() {
        return DateFormatUtils.format(new Date(), "yyyyMM");
    }

    /**
     * 返回年月日
     *
     * @return yyyyMMdd
     */
    public static String getTodayChar8() {
        return DateFormatUtils.format(new Date(), "yyyyMMdd");
    }

    /**
     * 返回 年月日小時分
     *
     * @return yyyyMMddHHmm
     */
    public static String getTodayChar12() {
        return DateFormatUtils.format(new Date(), "yyyyMMddHHmm");
    }

    /**
     * 返回 年月日小時分秒
     *
     * @return yyyyMMddHHmmss
     */
    public static String getTodayChar14() {
        return DateFormatUtils.format(new Date(), "yyyyMMddHHmmss");
    }

    /**
     * 返回 年月日小時分秒 毫秒
     *
     * @return yyyyMMddHHmmssS
     */
    public static String getTodayChar17() {
        String dateString = DateFormatUtils.format(new Date(), "yyyyMMddHHmmssS");
        int length = dateString.length();

        if (length < 17) {
            String endStr = dateString.substring(14, length);
            int len = endStr.length();
            for (int i = 0; i < 3 - len; i++) {
                endStr = "0" + endStr;
            }
            dateString = dateString.substring(0, 14) + endStr;
        }
        return dateString;
    }

    /**
     * 返回本地系統(tǒng)當(dāng)前時間戳
     *
     * @return
     */
    public static long getSysCurrentTimeMillis() {
        return System.currentTimeMillis();
    }

    /**
     * 日期格式轉(zhuǎn)換
     *
     * @param timeMillis
     * @param format
     * @return
     */
    public static String convertTimeFormat(long timeMillis, String format) {
        return DateFormatUtils.format(timeMillis, format);
    }

    /**
     * 返回當(dāng)前系統(tǒng)時間
     *
     * @return yyyy-MM-dd HH:mm:ss
     */
    public static String getSystemTime() {
        Calendar theCa = Calendar.getInstance();
        theCa.setTime(new Date());
        return DateFormatUtils.format(theCa.getTime(), "yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
    }

    /**
     * 獲取今天星期幾
     *
     * @param type 默認(rèn)值1:中文（周一）；2:中文（星期一）；3:英文縮寫（Mon）;4:英文全稱（Monday）
     * @return
     */
    public static String getWeekName(int type) {
        String strResult = " ";
        try {
            Calendar calendar = Calendar.getInstance();
            int intWeekNum = calendar.get(Calendar.DAY_OF_WEEK);
            intWeekNum = intWeekNum - 1;
            if (type == 1) {
                strResult = FORMAT_WEEK_CHINESE_SIMPLE[intWeekNum];
            } else if (type == 2) {
                strResult = FORMAT_WEEK_CHINESE[intWeekNum];
            } else if (type == 3) {
                strResult = FORMAT_WEEK_ENGLISH_SIMPLE[intWeekNum];
            } else if (type == 4) {
                strResult = FORMAT_WEEK_ENGLISH[intWeekNum];
            } else {
                strResult = FORMAT_WEEK_CHINESE_SIMPLE[intWeekNum];
            }
        } catch (Exception ex) {
            strResult = " ";
        }
        return strResult;
    }

    /**
     * 獲取當(dāng)前月天數(shù)
     *
     * @return
     */
    public static int getCurrentMonthDays() {
        Calendar a = Calendar.getInstance();
        a.set(Calendar.DATE, 1);// 把日期設(shè)置為當(dāng)月第一天
        a.roll(Calendar.DATE, -1);// 日期回滾一天，也就是最后一天
        return a.get(Calendar.DATE);
    }

    /**
     * 判斷當(dāng)前時間是否在兩個時間之間(區(qū)間都不包含)
     *
     * @param startTime 開始時間 （格式y(tǒng)yyyMMdd24HHmmss）20160229160354
     * @param endTime   結(jié)束時間（格式y(tǒng)yyyMMdd24HHmmss）20160229160354
     * @return
     * @Auth NZF 2016-02-29
     */
    public static boolean isBetweenTwoTimes(String startTime, String endTime) {
        //當(dāng)前時間
        long nowTime = Long.parseLong(DateFormatUtils.format(new Date(), "yyyyMMddHHmmss"));
        if (StringUtils.isBlank(startTime) || StringUtils.isBlank(endTime)) {
            return false;
        }
        if (Long.parseLong(startTime) < nowTime && nowTime < Long.parseLong(endTime)) {
            return true;
        }
        return false;
    }
    /**
     * 17位格式判斷當(dāng)前時間是否在兩個時間之間(區(qū)間都不包含)
     *
     * @param startTime 開始時間 （格式y(tǒng)yyyMMddHHmmssS）20160724111924116
     * @param endTime   結(jié)束時間（格式y(tǒng)yyyMMdd24HHmmss）20160724111924116
     * @return
     * @Auth NZF 2016-02-29
     */
    public static boolean isBetweenTwoTimes17(String startTime, String endTime) {
        //當(dāng)前時間
        long nowTime = Long.parseLong(DateFormatUtils.format(new Date(), "yyyyMMddHHmmssS"));
        if (StringUtils.isBlank(startTime) || StringUtils.isBlank(endTime)) {
            return false;
        }
        if (Long.parseLong(startTime) < nowTime && nowTime < Long.parseLong(endTime)) {
            return true;
        }
        return false;
    }

    /*
     * 設(shè)置有效時間至次日00：05：00
     */
    public static long getTodayExpireTime() {
        Calendar calendar = Calendar.getInstance();
        String date = DateTimeUtils.getTodayChar8();
        calendar.set(Calendar.YEAR, Integer.parseInt(date.substring(0, 4)));
        calendar.set(Calendar.MONTH, Integer.parseInt(date.substring(4, 6)) - 1);
        calendar.set(Calendar.DAY_OF_MONTH, Integer.parseInt(date.substring(6, 8)) + 1);
        calendar.set(Calendar.HOUR_OF_DAY, 00);
        calendar.set(Calendar.MINUTE, 05);
        calendar.set(Calendar.SECOND, 00);

        Calendar ccalendar = Calendar.getInstance();// 當(dāng)前時間
        ccalendar.setTime(new Date());
        return calendar.getTimeInMillis() - ccalendar.getTimeInMillis();
    }

    /**
     * 失效時間至月底
     *
     * @return
     */
    public static long getMonthExpireTime() {
        Calendar calendar = Calendar.getInstance();
        String date = DateTimeUtils.getTodayChar8();
        calendar.set(Calendar.YEAR, Integer.parseInt(date.substring(0, 4)));
        calendar.set(Calendar.MONTH, Integer.parseInt(date.substring(4, 6)) - 1);
        calendar.set(Calendar.DAY_OF_MONTH, calendar.getActualMaximum(Calendar.DAY_OF_MONTH));
        calendar.set(Calendar.HOUR_OF_DAY, 23);
        calendar.set(Calendar.MINUTE, 59);
        calendar.set(Calendar.SECOND, 59);

        Calendar ccalendar = Calendar.getInstance();// 當(dāng)前時間
        ccalendar.setTime(new Date());
        return calendar.getTimeInMillis() - ccalendar.getTimeInMillis();
    }

    /**
     * 永久有效(方法中實現(xiàn)使用1年有效時長)
     *
     * @return
     */
    public static long getOneYearExpireTime() {
        Calendar calendar = Calendar.getInstance();
        String date = DateTimeUtils.getTodayChar8();
        calendar.set(Calendar.YEAR, Integer.parseInt(date.substring(0, 4)) + 1);
        calendar.set(Calendar.MONTH, Integer.parseInt(date.substring(4, 6)) - 1);
        calendar.set(Calendar.DAY_OF_MONTH, calendar.getActualMaximum(Calendar.DAY_OF_MONTH));
        calendar.set(Calendar.HOUR_OF_DAY, 00);
        calendar.set(Calendar.MINUTE, 00);
        calendar.set(Calendar.SECOND, 00);

        Calendar ccalendar = Calendar.getInstance();// 當(dāng)前時間
        ccalendar.setTime(new Date());
        return calendar.getTimeInMillis() - ccalendar.getTimeInMillis();
    }

    public static Date formatDate(String date){
        Date result = null;
        fp : for (String formatPattern : dateFormatPattern) {
            try {
                simpleDateFormat.applyPattern(formatPattern);
                result = simpleDateFormat.parse(date);
                if (result != null) {
                    break fp;
                }
            } catch (ParseException e) {
                // e.printStackTrace();
                //logger.info(date + " format fail");
            }
        }
        return result;
    }



}

驗證方法

    @org.junit.Test
    public void test3(){
        System.out.println("通過時間工具的方式生成的唯一序列號："+ OrderNoUtils.createOrderNo("13012345678"));
    }

運行結(jié)果如下：

在這里插入圖片描述

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淺談Java生成唯一標(biāo)識碼的三種方式

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正文

UUID實現(xiàn)唯一標(biāo)識碼

SnowFlake實現(xiàn)唯一標(biāo)識碼

通過時間工具生成帶有業(yè)務(wù)標(biāo)示的唯一標(biāo)識碼

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