接着上一篇 php + redis + lua 实现一个简单的发号器（1）-- 原理篇，本篇讲一下发号器的具体实现。
1、基础知识
发号器的实现主要用到了下面的一些知识点：
如果你对这些知识已经熟悉，直接往下看即可, 不了解的话就猛戳。
2、具体实现
先上代码吧，然后再慢慢分析
class SignGenerator
{
CONST BITS_FULL = 64;
CONST BITS_PRE = 1;//固定
CONST BITS_TIME = 41;//毫秒时间戳 可以最多支持69年
CONST BITS_SERVER = 5; //服务器最多支持32台
CONST BITS_WORKER = 5; //最多支持32种业务
CONST BITS_SEQUENCE = 12; //一毫秒内支持4096个请求
CONST OFFSET_TIME = "2019-05-05 00:00:00";//时间戳起点时间
/**
* 服务器id
*/
protected $serverId;
/**
* 业务id
*/
protected $workerId;
/**
* 实例
*/
protected static $instance;
/**
* redis 服务
*/
protected static $redis;
/**
* 获取单个实例
*/
public static function getInstance($redis)
{
if (isset(self::$instance)) {
return self::$instance;
} else {
return self::$instance = new self($redis);
}
}
/**
* 构造初始化实例
*/
protected function __construct($redis)
{
if ($redis instanceof \Redis || $redis instanceof \Predis\Client) {
self::$redis = $redis;
} else {
throw new \Exception("redis service is lost");
}
}
/**
* 获取唯一值
*/
public function getNumber()
{
if (!isset($this->serverId)) {
throw new \Exception("serverId is lost");
}
if (!isset($this->workerId)) {
throw new \Exception("workerId is lost");
}
do {
$id = pow(2, self::BITS_FULL - self::BITS_PRE) << self::BITS_PRE;
//时间戳 41位
$nowTime = (int)(microtime(true) * 1000);
$startTime = (int)(strtotime(self::OFFSET_TIME) * 1000);
$diffTime = $nowTime - $startTime;
$shift = self::BITS_FULL - self::BITS_PRE - self::BITS_TIME;
$id |= $diffTime << $shift;
$uuidItem['segment']['diffTime'] = $diffTime;
//服务器
$shift = $shift - self::BITS_SERVER;
$id |= $this->serverId << $shift;
$uuidItem['segment']['serverId'] = $this->serverId;
//业务
$shift = $shift - self::BITS_WORKER;
$id |= $this->workerId << $shift;
$uuidItem['segment']['workerId'] = $this->workerId;
//自增值
$sequenceNumber = $this->getSequence($id);
$uuidItem['segment']['sequenceNumber'] = $sequenceNumber;
if ($sequenceNumber > pow(2, self::BITS_SEQUENCE) - 1) {
usleep(1000);
} else {
$id |= $sequenceNumber;
$uuidItem['uuid'] = strval($id);
return $uuidItem;
}
} while (true);
}
/**
* 反解获取业务数据
*/
public function reverseNumber($number)
{
$uuidItem = [];
$shift = self::BITS_FULL - self::BITS_PRE - self::BITS_TIME;
$uuidItem['diffTime'] = ($number >> $shift) & (pow(2, self::BITS_TIME) - 1);
$shift -= self::BITS_SERVER;
$uuidItem['serverId'] = ($number >> $shift) & (pow(2, self::BITS_SERVER) - 1);
$shift -= self::BITS_WORKER;
$uuidItem['workerId'] = ($number >> $shift) & (pow(2, self::BITS_WORKER) - 1);
$shift -= self::BITS_SEQUENCE;
$uuidItem['sequenceNumber'] = ($number >> $shift) & (pow(2, self::BITS_SEQUENCE) - 1);
$time = (int)($uuidItem['diffTime'] / 1000) + strtotime(self::OFFSET_TIME);
$uuidItem['generateTime'] = date("Y-m-d H:i:s", $time);
return $uuidItem;
}
/**
* 获取自增序列
*/
protected function getSequence($id)
{
$lua = <<<LUA
local sequenceKey = KEYS[1]
local sequenceNumber = redis.call("incr", sequenceKey);
redis.call("pexpire", sequenceKey, 100);
return sequenceNumber
LUA;
$sequence = self::$redis->eval($lua, [$id], 1);
$luaError = self::$redis->getLastError();
if (isset($luaError)) {
throw new \ErrorException($luaError);
} else {
return $sequence;
}
}
/**
* @return mixed
*/
public function getServerId()
{
return $this->serverId;
}
/**
* @param mixed $serverId
*/
public function setServerId($serverId)
{
$this->serverId = $serverId;
return $this;
}
/**
* @return mixed
*/
public function getWorkerId()
{
return $this->workerId;
}
/**
* @param mixed $workerId
*/
public function setWorkerId($workerId)
{
$this->workerId = $workerId;
return $this;
}
}
3、运行一把
获取uuid
$redis = new Redis;
$redis->connect("127.0.0.1", 6379);
$instance = SignGenerator::getInstance($redis);
$instance->setWorkerId(2)->setServerId(1);
$number = $instance->getNumber();
//于此同时，为了方便同可反解操作做对别，分别记录下来 diffTime,serverId,workerId,sequenceNumber, 运行结果如下图
反解uuid
$redis = new Redis;
$redis->connect("127.0.0.1", 6379);
$instance = SignGenerator::getInstance($redis);
$item = $instance->reverseNumber(1369734562062337);
var_dump($item);die();
打印结果如下， 通过对比发现和之前的一致
4、代码解析
从上面的代码上看，里面大量的使用了php的位运算操作，可能有些同学接触的不多，这里以getNumber为例，简单解释一下上面的代码，如果你已经很清楚了，那就请直接忽略本段。
首先明白一个基础的概念，计算机所有的数据都是以二进制补码的形式进行存储的，正数的原码 = 反码 = 补码
分析getNumber方法的实现过程：
1、初始化发号器
$id = pow(2,self::BITS_FULL - self::BITS_PRE) << self::BITS_PRE;
我们可以认为：pow(2,self::BITS_FULL - self::BITS_PRE)我们向计算机申请了一块内存，它大概长下面这个样子：
高位 <---------------------------------------------------------- 低位
10000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000
执行位运算，由低位向高位移动，空位使用0补齐，变成了现在的这个样子
高位 <---------------------------------------------------------- 低位
00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000
这不就是0么，对的，经过实验测试，直接将$id = 0,效果是一样的
所以$id 的初始化有下面三种
// $id = pow(2, self::BITS_FULL);
// $id = pow(2,self::BITS_FULL - self::BITS_PRE) << self::BITS_PRE;
// $id = 0;
2、为发号器添加时间属性
//时间戳 41位
$nowTime = (int)(microtime(true) * 1000);
$startTime = (int)(strtotime(self::OFFSET_TIME) * 1000);
//计算毫秒差，基于上图，这里 diffTime=326570168
$diffTime = $nowTime - $startTime;
//计算出位移 的偏移量
$shift = self::BITS_FULL - self::BITS_PRE - self::BITS_TIME;
//改变uuid的时间bit位
$id |= $diffTime << $shift;
$id 与 $diffTime 执行位移前的二进制形式
|-------------BITS_PRE + BITS_TIME------------||--------shift---------|
00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000
10011 01110111 00010000 10111000
$diffTime 执行位移后的二进制形式
|-------------BITS_PRE + BITS_TIME------------||--------shift---------|
00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000
100 11011101 11000100 00101110 00|--------shift---------|
紧接着同$id进行或操作，得到如下结果
|-------------BITS_PRE + BITS_TIME------------||--------shift---------|
00000000 00000100 11011101 11000100 00101110 00000000 00000000 00000000
3、为发号器添加服务器编号
//在新的$shift 计算出位移 的偏移量
$shift = $shift - self::BITS_SERVER;
//改变uuid的服务器bit位
$id |= $this->serverId << $shift;
$id 与 $serverId 执行位移前的二进制形式
|-------BITS_PRE + BITS_TIME + BITS_SERVER---------||------shift------|
00000000 00000100 11011101 11000100 00101110 00000000 00000000 00000000
1
$serverId 执行位移后的二进制形式
|-------BITS_PRE + BITS_TIME + BITS_SERVER---------||------shift------|
00000000 00000100 11011101 11000100 00101110 00000000 00000000 00000000
10 00000000 00000000
紧接着同$id进行或操作，得到如下结果
|-------BITS_PRE + BITS_TIME + BITS_SERVER---------||------shift------|
00000000 00000100 11011101 11000100 00101110 00000010 00000000 00000000
4、为发号器添加业务编号
//在新的$shift 计算出位移 的偏移量
$shift = $shift - self::BITS_WORKER;
//改变uuid的业务编号bit位
$id |= $this->workerId << $shift;
$id 与 $workerId 执行位移前的二进制形式, $workerId = 2
|---BITS_PRE + BITS_TIME + BITS_SERVER + BITS_WORKDER----||---shift---|
00000000 00000100 11011101 11000100 00101110 00000010 00000000 00000000
10
$workerId 执行位移后的二进制形式
|---BITS_PRE + BITS_TIME + BITS_SERVER + BITS_WORKDER----||---shift---|
00000000 00000100 11011101 11000100 00101110 00000010 00000000 00000000
100000 00000000
紧接着同$id进行或操作，得到如下结果
|---BITS_PRE + BITS_TIME + BITS_SERVER + BITS_WORKDER----||---shift---|
00000000 00000100 11011101 11000100 00101110 00000010 00100000 00000000
5、为发号器添加sequence
//这里$sequenceNumber = 1
$id |= $sequenceNumber;
|--BITS_PRE + BITS_TIME + BITS_SERVER + BITS_WORKDER + BITS_SEQUENCE--|
00000000 00000100 11011101 11000100 00101110 00000010 00100000 00000000
1
紧接着同$id进行或操作，得到如下结果
|--BITS_PRE + BITS_TIME + BITS_SERVER + BITS_WORKDER + BITS_SEQUENCE--|
00000000 00000100 11011101 11000100 00101110 00000010 00100000 00000001
最后我们得出二进制数据为：100 11011101 11000100 00101110 00000010 00100000 00000001，通过进制转换得到对应的数字就是：1369734562062337。
反解获取业务数据的方法，原理相同，不再解释
5、测试
测试方法很简单，循环写入5万次，看看是否有重复的uuid出现？
<?php
require "./SignGenerator.php";
$redis = new Redis();
$redis->connect('127.0.0.1', 6379);
$instance = SignGenerator::getInstance($redis);
$instance->setServerId(1)->setWorkerId(2);
//循环写入10万次
for($count = 1; $count <= 100000; $count++) {
$uuidItem = $instance->getNumber();
$segment = $uuidItem['segment'];
$uuid = $uuidItem['uuid'];
echo implode("\t", $segment), "\t", $uuid, "\n";
}
执行 php ./SignTest.php >> /tmp/SignTest.log命令，所有的运行结果讲会被保存在/tmp/SignTest.log中。统计最后一列的总数量和去重后的数量是否一致即可。
6、发现的问题
需要注意的是，由于网络情况的不同，建议将redis中key的过期时间进行调整，这里是100毫秒，否则可能会出现相同的uuid
具体原因如下，相同的key值（相同的diffTime + 相同的workerId + 相同的serverId 会产生相同的key），去获取sequence， 第一个请求者执行完毕后，返回得到1后返回，此时redis 将key过期回收。第二个请求过去，key不存在，返回也得到1，此时会造成相同的uuid
7、参考资料
分布式ID生成器PHP+Swoole实现(下) - 代码实现
由于能力和水平的有限，难免会有错误，希望读者及时支出！
**粗体** _斜体_ [链接](http://example.com) `代码` - 列表 > 引用。你还可以使用@来通知其他用户。