以前用rand和srand生成過(guò)偽隨機(jī)數(shù)，偽隨機(jī)數(shù)的序列是固定的，今天學(xué)習(xí)生成真正的隨機(jī)數(shù)的生成。

熵池

利用/dev/urandom可以生成隨機(jī)數(shù)的值，/dev/urandomLinux下的熵池，所謂熵池就是當(dāng)前系統(tǒng)下的環(huán)境噪音，描述了一個(gè)系統(tǒng)的混亂程度，環(huán)境噪音由這幾個(gè)方面組成，如內(nèi)存的使用，文件的使用量，不同類型的進(jìn)程數(shù)量等等。

利用/dev/urandom可以生成隨機(jī)數(shù)的值，/dev/urandomLinux下的熵池，所謂熵池就是當(dāng)前系統(tǒng)下的環(huán)境噪音，描述了一個(gè)系統(tǒng)的混亂程度，環(huán)境噪音由這幾個(gè)方面組成，如內(nèi)存的使用，文件的使用量，不同類型的進(jìn)程數(shù)量等等。

#include < stdio.h >
#include < fcntl.h >


int main()
{
        int randNum = 0;
        int fd = 0;


    for(int i=0;i< 5;i++)
    {      
      fd = open("/dev/urandom", O_RDONLY);  
      read(fd, (char *)&randNum, sizeof(int));
      close(fd); 
      printf("randNum is %dn", randNum);
    }


        return 0;
}

運(yùn)行結(jié)果：

mapan@mapan-virtual-machine:~/c++$ ./a.out 
randNum is 94961710
randNum is -523780773
randNum is 1542169420
randNum is -1632410867

每次打印的5個(gè)隨機(jī)數(shù)都不一樣，其實(shí)它的隨機(jī)性也不太好。雪花算法生成的數(shù)的隨機(jī)性很好，通常在分布式系統(tǒng)中生成唯一ID。

雪花算法

SnowFlake算法產(chǎn)生的ID是一個(gè)64位的整型，結(jié)構(gòu)如下（每一部分用“-”符號(hào)分隔）：
0 - 0000000000 0000000000 0000000000 0000000000 0 - 00000 - 00000 - 00000000000

1位標(biāo)識(shí)部分，在java中由于long的最高位是符號(hào)位，正數(shù)是0，負(fù)數(shù)是1，一般生成的ID為正數(shù)，所以為0；

41位時(shí)間戳部分，這個(gè)是毫秒級(jí)的時(shí)間，一般實(shí)現(xiàn)上不會(huì)存儲(chǔ)當(dāng)前的時(shí)間戳，而是時(shí)間戳的差值（當(dāng)前時(shí)間-固定的開(kāi)始時(shí)間），這樣可以使產(chǎn)生的ID從更小值開(kāi)始；41位的時(shí)間戳可以使用69年，(1L << 41) / (1000L 60 60 24 365) = 69年；

10位節(jié)點(diǎn)部分，Twitter實(shí)現(xiàn)中使用前5位作為數(shù)據(jù)中心標(biāo)識(shí)，后5位作為機(jī)器標(biāo)識(shí)，可以部署1024個(gè)節(jié)點(diǎn)；

12位序列號(hào)部分，支持同一毫秒內(nèi)同一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以生成4096個(gè)ID；

/* 
    snowflake 


    ID 生成策略 
    毫秒級(jí)時(shí)間41位+機(jī)器ID 10位+毫秒內(nèi)序列12位。
    0 41 51 64 +-----------+------+------+ |time |pc |inc | +-----------+------+------+ 
    前41bits是以微秒為單位的timestamp。
    接著10bits是事先配置好的機(jī)器ID。
    最后12bits是累加計(jì)數(shù)器。
    macheine id(10bits)標(biāo)明最多只能有1024臺(tái)機(jī)器同時(shí)產(chǎn)生ID，sequence number(12bits)也標(biāo)明1臺(tái)機(jī)器1ms中最多產(chǎn)生4096個(gè)ID， * 
      注意點(diǎn)，因?yàn)槭褂玫轿灰七\(yùn)算，所以需要64位操作系統(tǒng)，不然生成的ID會(huì)有可能不正確 
*/  


#include < stdio.h >  
#include < pthread.h >  
#include < unistd.h >  
#include < stdlib.h >  
#include < sched.h >  
#include < linux/unistd.h >  
#include < sys/syscall.h >  
#include < errno.h >  
#include< linux/types.h >  
#include< time.h >  
#include < stdint.h >  
#include < sys/time.h >  


struct  globle  
{  
    int global_int:12;  
    uint64_t last_stamp;  
    int workid;  
    int seqid;  
};  


void set_workid(int workid);  
pid_t gettid( void );  
uint64_t get_curr_ms();  
uint64_t wait_next_ms(uint64_t lastStamp);  
int atomic_incr(int id);  
uint64_t get_unique_id();

#include "snowflake.h"


struct globle g_info;


#define   sequenceMask  (-1L ^ (-1L < < 12L))  //L表示long型     4095


void set_workid(int workid)
{
 g_info.workid = workid;
}


pid_t gettid( void )//獲取線程ID
{
  return syscall( __NR_gettid );
}


uint64_t get_curr_ms()  //獲取毫秒
{
  struct timeval time_now;
  gettimeofday(&time_now,NULL);
  uint64_t ms_time =time_now.tv_sec*1000+time_now.tv_usec/1000;
  return ms_time;
}


uint64_t wait_next_ms(uint64_t lastStamp)
{
  uint64_t cur = 0;
  do {
    cur = get_curr_ms();
  } while (cur <= lastStamp);
  return cur;
}


int atomic_incr(int id)//累加
{
  __sync_add_and_fetch(&id, 1);
  return id;
}


uint64_t get_unique_id()
{
  uint64_t  uniqueId=0;
  uint64_t nowtime = get_curr_ms();//獲取當(dāng)前毫秒數(shù)


  uniqueId = nowtime < < 22;   //填補(bǔ)時(shí)間戳部分


  //0x3ff 1023,二進(jìn)制對(duì)應(yīng)11 1111 1111 
  //100的二進(jìn)制0000 0000 0000 0000 0000 0000 0110 0100
  //先執(zhí)行移位
  uniqueId |= (g_info.workid & 0x3ff) < < 12;   //填補(bǔ)節(jié)點(diǎn)部分


  if (nowtime < g_info.last_stamp)
  {
    perror("error");
    exit(-1);
  }


  if (nowtime == g_info.last_stamp)
  {
    //4095的二進(jìn)制0000 1111 1111 1111      [long型]
    g_info.seqid = atomic_incr(g_info.seqid) & sequenceMask;
    if (g_info.seqid == 0)  //seqid=0防止沖突，修改時(shí)間
    {
      nowtime = wait_next_ms(g_info.last_stamp);//獲取大于當(dāng)前時(shí)間的time
    }
  }
  else
  {
    g_info.seqid  = 0;
  }
  g_info.last_stamp = nowtime;


  uniqueId |= g_info.seqid;//填補(bǔ)序列號(hào)部分
  return uniqueId;
}


int main()
{
  set_workid(100);
  int i;
  for(i=0;i< 10;i++)
  {
    uint64_t unquie = get_unique_id();
    printf("pthread_id:%u, id [%llu]n",gettid(),unquie);
  }


  return;  
}

運(yùn)行結(jié)果：

mapan@mapan-virtual-machine:~/c++$ ./a.out 
pthread_id:4970, id [6595660141600063488]
pthread_id:4970, id [6595660141600063489]
pthread_id:4970, id [6595660141600063490]
pthread_id:4970, id [6595660141600063491]
pthread_id:4970, id [6595660141600063492]