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Snowflake-Me

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一个高性能、高并发、分布式的 Rust Snowflake ID 生成器实现。

此版本的实现是 无锁（Lock-Free） 的，专为在多核 CPU 上实现最大吞吐量和最低延迟而设计。

设计亮点

• 无锁并发：使用 AtomicU64 和 CAS (Compare-And-Swap) 操作来管理内部状态，完全消除了 Mutex 锁带来的线程争用和上下文切换开销。
• 高性能：由于无锁设计，ID 生成速度极快，在高并发场景下表现出色。
• 高度可定制：通过 Builder 模式，您可以灵活配置以下参数：
  • start_time: 起始时间戳，用于缩短生成 ID 的时间部分。
  • machine_id 和 data_center_id: 机器和数据中心标识符。
  • 各部分位长 (time, sequence, machine_id, data_center_id)。
• 智能 IP 地址兜底：启用 ip-fallback 特性后，如果未提供 machine_id 或 data_center_id，系统会自动从本机网络接口获取。
  • 同时支持 IPv4 和 IPv6：优先使用私有 IPv4 地址，若无则回退到私有 IPv6 地址。
  • 避免冲突：为确保唯一性，machine_id 和 data_center_id 从 IP 地址的不同部分派生：
    • IPv4: data_center_id 来自第 3 字节，machine_id 来自第 4 字节。
    • IPv6: data_center_id 来自倒数第 2 个段，machine_id 来自最后 1 个段。
• 线程安全：Snowflake 实例可以被安全地克隆（clone）并在多个线程之间共享，克隆操作非常轻量（仅增加 Arc 的引用计数）。

Snowflake ID 结构

生成的 ID 是一个 64 位整数（u64），其结构如下（默认配置）：

+-------------------------------------------------------------------------------------------------+
| 1 Bit (未用，符号位) | 41 Bits (时间戳，毫秒) | 5 Bits (数据中心 ID) | 5 Bits (机器 ID) | 12 Bits (序列号) |
+-------------------------------------------------------------------------------------------------+

• 符号位 (1 bit): 始终为 0，确保生成的 ID 为正数。
• 时间戳 (41 bits): 从您设定的 start_time 开始的毫秒数。41 位可以表示约 69 年的时间。
• 数据中心 ID (5 bits): 允许最多 32 个数据中心。
• 机器 ID (5 bits): 每个数据中心允许最多 32 台机器。
• 序列号 (12 bits): 表示在同一毫秒内，一台机器上可以生成的 ID 数量。12 位允许每毫秒生成 4096 个 ID。

注意：所有部分的位长都是可以通过 Builder 自定义的，但总和必须为 63 位。

快速开始

1. 添加依赖

将此库添加到您的 Cargo.toml 文件中：

[dependencies]
snowflake-me = "0.4.0" # 请使用最新版本

如果需要 IP 地址自动回退功能，请启用 ip-fallback 特性：

[dependencies]
snowflake-me = { version = "0.4.0", features = ["ip-fallback"] }

2. 基本用法

use snowflake_me::Snowflake;

fn main() -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
    // 使用默认配置创建一个生成器
    // 注意：默认配置需要 `ip-fallback` 特性来自动获取机器 ID 和数据中心 ID
    let sf = Snowflake::new()?;

    // 生成一个唯一的 ID
    let id = sf.next_id()?;
    println!("Generated Snowflake ID: {}", id);

    Ok(())
}

3. 多线程用法

Snowflake 实例可以被高效地克隆并在线程间共享。

use snowflake_me::Snowflake;
use std::thread;
use std::sync::Arc;
use std::collections::HashSet;

fn main() -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
    // 使用 Builder 手动配置 machine_id 和 data_center_id，这是生产环境中的推荐做法
    let sf = Snowflake::builder()
        .machine_id(&|| Ok(10))
        .data_center_id(&|| Ok(5))
        .finalize()?;

    let sf_arc = Arc::new(sf);
    let mut handles = vec![];

    for _ in 0..10 {
        let sf_clone = Arc::clone(&sf_arc);
        let handle = thread::spawn(move || {
            let mut ids = Vec::new();
            for _ in 0..10000 {
                ids.push(sf_clone.next_id().unwrap());
            }
            ids
        });
        handles.push(handle);
    }

    let mut all_ids = HashSet::new();
    for handle in handles {
        let ids = handle.join().unwrap();
        for id in ids {
            // 验证所有 ID 是否唯一
            assert!(all_ids.insert(id), "Found duplicate ID: {}", id);
        }
    }

    println!("Successfully generated {} unique IDs across 10 threads.", all_ids.len());
    Ok(())
}

4. 分解 ID

您可以将一个 Snowflake ID 分解回其组成部分，以进行调试或分析。

use snowflake_me::{Snowflake, DecomposedSnowflake};

fn main() -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
    // 确保使用与生成时相同的位长配置
    let bit_len_time = 41;
    let bit_len_sequence = 12;
    let bit_len_data_center_id = 5;
    let bit_len_machine_id = 5;

    let sf = Snowflake::builder()
        .bit_len_time(bit_len_time)
        .bit_len_sequence(bit_len_sequence)
        .bit_len_data_center_id(bit_len_data_center_id)
        .bit_len_machine_id(bit_len_machine_id)
        .machine_id(&|| Ok(15))
        .data_center_id(&|| Ok(7))
        .finalize()?;

    let id = sf.next_id()?;
    let decomposed = DecomposedSnowflake::decompose(
        id,
        bit_len_time,
        bit_len_sequence,
        bit_len_data_center_id,
        bit_len_machine_id,
    );

    println!("ID: {}", decomposed.id);
    println!("Time: {}", decomposed.time);
    println!("Data Center ID: {}", decomposed.data_center_id);
    println!("Machine ID: {}", decomposed.machine_id);
    println!("Sequence: {}", decomposed.sequence);

    assert_eq!(decomposed.machine_id, 15);
    assert_eq!(decomposed.data_center_id, 7);

    Ok(())
}

贡献

欢迎提交问题（Issues）和拉取请求（Pull Requests）。

许可证

本项目采用 MIT 和 Apache 2.0 双重许可证。

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