PHP雪花算法

雪花算法（Snowflake Algorithm）是一种分布式唯一ID生成算法，旨在满足分布式系统中对唯一标识的需求。它由Twitter公司的工程师Snowman（Snowflake的创造者）设计，用于生成全局唯一的ID，以应对分布式系统中唯一性标识的需求。

雪花算法的特点是简单、高效，且生成的ID是递增的，具有一定的时间顺序性。它的核心思想是将64位的ID划分为不同的部分，分别表示时间戳、机器节点ID和序列号，保证生成的ID在不同节点之间不冲突，且在同一节点上保持唯一性。

以下是雪花算法的组成部分：

1. 时间戳（41位）： 使用当前时间戳减去一个固定的起始时间戳，可以获得一个相对于起始时间的时间差，用41位来表示这个差值，精确到毫秒级别。

2. 机器节点ID（10位）： 分配给每个节点的唯一标识，可以手动配置或通过一定的分配算法生成。

3. 序列号（12位）： 在同一毫秒内产生的ID的序列号，支持每个节点每毫秒产生4096个唯一ID。

雪花算法生成的ID格式如下：

| 时间戳（41位） | 机器节点ID（10位） | 序列号（12位） |

由于时间戳占据了大部分位数，所以生成的ID在一定程度上是有序的，方便在数据库索引上的排序。雪花算法的分布式特性使得各个节点生成的ID不会冲突，同时保持了一定的时序性。

使用雪花算法时需要注意的是，节点ID的分配需要保证唯一性，且序列号需要在同一毫秒内不重复。当系统中的节点数量较大或者ID生成速度较快时，可能需要对算法进行一些调整，以确保其稳定性和性能。

<?php

/**
 * 雪花ID算法
 */
class Snowflake
{
    // 定义雪花ID的各部分位数
    private static $TIMESTAMP_BITS = 41; // 时间戳位数
    private static $NODE_ID_BITS = 10;    // 节点ID位数
    private static $SEQUENCE_BITS = 12;   // 序列号位数

    // 定义起始时间戳（这里以2020-01-01为例）
    private static $EPOCH = 1577836800000;

    // 定义最大取值范围
    private static $MAX_NODE_ID;
    private static $MAX_SEQUENCE;

    // 定义偏移量
    private static $TIMESTAMP_SHIFT;
    private static $NODE_ID_SHIFT;

    private $nodeId;
    private $lastTimestamp = -1;
    private $sequence = 0;

    public function __construct($nodeId)
    {
        // 初始化静态属性
        self::$MAX_NODE_ID = (1 << self::$NODE_ID_BITS) - 1;
        self::$MAX_SEQUENCE = (1 << self::$SEQUENCE_BITS) - 1;
        self::$TIMESTAMP_SHIFT = self::$NODE_ID_BITS + self::$SEQUENCE_BITS;
        self::$NODE_ID_SHIFT = self::$SEQUENCE_BITS;
        
        if ($nodeId < 0 || $nodeId > self::$MAX_NODE_ID) {
            throw new InvalidArgumentException("Invalid node ID");
        }
        $this->nodeId = $nodeId;
    }

    public function generateId()
    {
        $currentTimestamp = $this->timestamp();
        if ($currentTimestamp < $this->lastTimestamp) {
            throw new RuntimeException("Clock moved backwards");
        }
        if ($currentTimestamp == $this->lastTimestamp) {
            $this->sequence = ($this->sequence + 1) & self::$MAX_SEQUENCE;
            if ($this->sequence == 0) {
                $currentTimestamp = $this->untilNextMillis($this->lastTimestamp);
            }
        } else {
            $this->sequence = 0;
        }
        $this->lastTimestamp = $currentTimestamp;

        return (($currentTimestamp - self::$EPOCH) << self::$TIMESTAMP_SHIFT) |
            ($this->nodeId << self::$NODE_ID_SHIFT) |
            $this->sequence;
    }

    private function timestamp()
    {
        return round(microtime(true) * 1000);
    }

    private function untilNextMillis($lastTimestamp)
    {
        $currentTimestamp = $this->timestamp();
        while ($currentTimestamp <= $lastTimestamp) {
            $currentTimestamp = $this->timestamp();
        }
        return $currentTimestamp;
    }
}

// 例子使用
$nodeId = 1; // 设置节点 ID
$snowflake = new Snowflake($nodeId);
$id = $snowflake->generateId();

echo '<pre>';
var_dump($id);