C# Snowflake算法的源码解析

Snowflake 算法是 Twitter 开源的一种分布式 ID 生成策略，它可以在不依赖数据库或其他存储设备的情况下生成全局唯一的 ID。Snowflake 算法的 ID 结构包括时间戳、数据中心 ID、机器 ID 和序列号等部分。

以下是一个简单的 C# 实现 Snowflake 算法的示例代码：

using System;
using System.Threading;

public class Snowflake
{
    private const long Twepoch = 1288834974657L;
    private const int WorkerIdBits = 5;
    private const int DatacenterIdBits = 5;
    private const int SequenceBits = 12;
    private const long MaxWorkerId = -1L ^ (-1L<< WorkerIdBits);
    private const long MaxDatacenterId = -1L ^ (-1L<< DatacenterIdBits);
    private const int WorkerIdShift = SequenceBits;
    private const int DatacenterIdShift = SequenceBits + WorkerIdBits;
    private const int TimestampLeftShift = SequenceBits + WorkerIdBits + DatacenterIdBits;
    private const long SequenceMask = -1L ^ (-1L << SequenceBits);

    private static long _sequence = 0L;
    private static long _lastTimestamp = -1L;

    private readonly long _workerId;
    private readonly long _datacenterId;
    private readonly object _lock = new object();

    public Snowflake(long workerId, long datacenterId)
    {
        if (workerId > MaxWorkerId || workerId < 0)
        {
            throw new ArgumentException($"Worker Id can't be greater than {MaxWorkerId} or less than 0");
        }

        if (datacenterId > MaxDatacenterId || datacenterId < 0)
        {
            throw new ArgumentException($"Datacenter Id can't be greater than {MaxDatacenterId} or less than 0");
        }

        _workerId = workerId;
        _datacenterId = datacenterId;
    }

    public long NextId()
    {
        lock (_lock)
        {
            var timestamp = GetCurrentTimestamp();

            if (timestamp > _lastTimestamp)
            {
                _sequence = 0;
                _lastTimestamp = timestamp;
            }
            else
            {
                _sequence = (_sequence + 1) & SequenceMask;

                if (_sequence == 0)
                {
                    timestamp = WaitNextMillis(_lastTimestamp);
                    _lastTimestamp = timestamp;
                }
            }

            return ((timestamp - Twepoch)<< TimestampLeftShift) |
                   (_datacenterId<< DatacenterIdShift) |
                   (_workerId<< WorkerIdShift) |
                   _sequence;
        }
    }

    private long GetCurrentTimestamp()
    {
        return (long)(DateTime.UtcNow - new DateTime(1970, 1, 1, 0, 0, 0, DateTimeKind.Utc)).TotalMilliseconds;
    }

    private long WaitNextMillis(long lastTimestamp)
    {
        var timestamp = GetCurrentTimestamp();

        while (timestamp <= lastTimestamp)
        {
            Thread.Sleep(1);
            timestamp = GetCurrentTimestamp();
        }

        return timestamp;
    }
}

这个实现中，我们定义了一个 Snowflake 类，它包含了 Twepoch、WorkerIdBits、DatacenterIdBits、SequenceBits 等常量，用于计算 ID 的各个部分。同时，我们还定义了一些私有变量，如 _sequence、_lastTimestamp、_workerId 和 _datacenterId，用于存储当前的序列号、最后一次生成 ID 的时间戳、工作节点 ID 和数据中心 ID。

Snowflake 类的构造函数接收两个参数，分别是工作节点 ID 和数据中心 ID，并进行合法性检查。NextId 方法用于生成下一个 ID，它首先获取当前的时间戳，然后根据时间戳、工作节点 ID、数据中心 ID 和序列号计算出一个新的 ID。如果当前时间戳小于上一次生成 ID 的时间戳，说明系统时钟回拨，此时需要等待下一毫秒再生成 ID。

GetCurrentTimestamp 方法用于获取当前的时间戳（毫秒级），WaitNextMillis 方法用于等待下一毫秒。

这个实现是线程安全的，因为我们使用了 lock 关键字来确保在生成 ID 时不会被其他线程打断。