using System;
using System.Threading;

/// <summary>
/// 雪花ID生成器（線程安全、支持時鐘回?fù)軝z測）
/// </summary>
public class SnowflakeIdGenerator
{
    #region 常量定義
    // 起始時間戳（UTC時間：2024-01-01 00:00:00），可自行調(diào)整，建議使用項目上線前的時間
    private const long Epoch = 1704067200000L;

    // 各部分的位長度
    private const int TimestampBits = 41; // 時間戳位長度
    private const int DataCenterIdBits = 5; // 數(shù)據(jù)中心ID位長度
    private const int MachineIdBits = 5; // 機(jī)器ID位長度
    private const int SequenceBits = 12; // 序列號位長度

    // 最大值（位運算計算）
    private const long MaxDataCenterId = (1L << DataCenterIdBits) - 1; // 31
    private const long MaxMachineId = (1L << MachineIdBits) - 1; // 31
    private const long MaxSequence = (1L << SequenceBits) - 1; // 4095

    // 位移量
    private const int MachineIdShift = SequenceBits; // 12
    private const int DataCenterIdShift = SequenceBits + MachineIdBits; // 17
    private const int TimestampShift = SequenceBits + MachineIdBits + DataCenterIdBits; // 22
    #endregion

    #region 私有字段
    private readonly long _dataCenterId; // 數(shù)據(jù)中心ID
    private readonly long _machineId; // 機(jī)器ID
    private long _lastTimestamp = -1L; // 上一次生成ID的時間戳
    private long _sequence = 0L; // 當(dāng)前毫秒內(nèi)的序列號
    private readonly object _lockObj = new(); // 鎖對象（保證線程安全）
    #endregion

    /// <summary>
    /// 構(gòu)造函數(shù)
    /// </summary>
    /// <param name="dataCenterId">數(shù)據(jù)中心ID（0-31）</param>
    /// <param name="machineId">機(jī)器ID（0-31）</param>
    /// <exception cref="ArgumentException">參數(shù)超出范圍時拋出</exception>
    public SnowflakeIdGenerator(long dataCenterId, long machineId)
    {
        // 校驗參數(shù)合法性
        if (dataCenterId < 0 || dataCenterId > MaxDataCenterId)
        {
            throw new ArgumentException($"數(shù)據(jù)中心ID必須在0-{MaxDataCenterId}之間", nameof(dataCenterId));
        }
        if (machineId < 0 || machineId > MaxMachineId)
        {
            throw new ArgumentException($"機(jī)器ID必須在0-{MaxMachineId}之間", nameof(machineId));
        }

        _dataCenterId = dataCenterId;
        _machineId = machineId;
    }

    /// <summary>
    /// 生成下一個雪花ID
    /// </summary>
    /// <returns>全局唯一的雪花ID</returns>
    /// <exception cref="Exception">時鐘回?fù)艹鋈萑谭秶鷷r拋出</exception>
    public long NextId()
    {
        lock (_lockObj) // 加鎖保證多線程安全
        {
            // 1. 獲取當(dāng)前時間戳（毫秒）
            long currentTimestamp = GetCurrentTimestamp();

            // 2. 處理時鐘回?fù)軉栴}
            if (currentTimestamp < _lastTimestamp)
            {
                long timeDiff = _lastTimestamp - currentTimestamp;
                // 容忍500ms內(nèi)的時鐘回?fù)埽ǖ却钡綍r間追上）
                if (timeDiff <= 500)
                {
                    // 自旋等待，直到時間戳追上上次的時間戳
                    while (currentTimestamp < _lastTimestamp)
                    {
                        currentTimestamp = GetCurrentTimestamp();
                    }
                }
                else
                {
                    // 超出容忍范圍，拋出異常（避免ID重復(fù)）
                    throw new Exception($"時鐘回?fù)墚惓＃‘?dāng)前時間戳：{currentTimestamp}，上次時間戳：{_lastTimestamp}，差值：{timeDiff}ms");
                }
            }

            // 3. 處理同一毫秒內(nèi)的序列號
            if (currentTimestamp == _lastTimestamp)
            {
                // 序列號自增，超過最大值則等待下一毫秒
                _sequence = (_sequence + 1) & MaxSequence;
                if (_sequence == 0)
                {
                    // 自旋等待下一毫秒
                    while (currentTimestamp <= _lastTimestamp)
                    {
                        currentTimestamp = GetCurrentTimestamp();
                    }
                }
            }
            else
            {
                // 新的毫秒，序列號重置為0
                _sequence = 0;
            }

            // 4. 更新上次時間戳
            _lastTimestamp = currentTimestamp;

            // 5. 拼接各部分生成最終ID
            return ((currentTimestamp - Epoch) << TimestampShift) // 時間戳部分
                   | (_dataCenterId << DataCenterIdShift) // 數(shù)據(jù)中心ID部分
                   | (_machineId << MachineIdShift) // 機(jī)器ID部分
                   | _sequence; // 序列號部分
        }
    }

    /// <summary>
    /// 獲取當(dāng)前UTC時間戳（毫秒）
    /// </summary>
    /// <returns>毫秒級時間戳</returns>
    private long GetCurrentTimestamp()
    {
        return (long)(DateTime.UtcNow - new DateTime(1970, 1, 1, 0, 0, 0, DateTimeKind.Utc)).TotalMilliseconds;
    }

    #region 便捷方法（可選）
    /// <summary>
    /// 生成雪花ID的字符串形式
    /// </summary>
    /// <returns>ID字符串</returns>
    public string NextIdString()
    {
        return NextId().ToString();
    }

    /// <summary>
    /// 解析雪花ID，返回各部分信息（用于調(diào)試）
    /// </summary>
    /// <param name="id">雪花ID</param>
    /// <returns>解析后的信息</returns>
    public (DateTime GenerateTime, long DataCenterId, long MachineId, long Sequence) ParseId(long id)
    {
        long timestamp = (id >> TimestampShift) + Epoch;
        DateTime generateTime = new DateTime(1970, 1, 1, 0, 0, 0, DateTimeKind.Utc).AddMilliseconds(timestamp);
        long dataCenterId = (id >> DataCenterIdShift) & MaxDataCenterId;
        long machineId = (id >> MachineIdShift) & MaxMachineId;
        long sequence = id & MaxSequence;

        return (generateTime.ToLocalTime(), dataCenterId, machineId, sequence);
    }
    #endregion
}

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        // 初始化生成器（數(shù)據(jù)中心ID=1，機(jī)器ID=1，根據(jù)實際部署環(huán)境調(diào)整）
        var idGenerator = new SnowflakeIdGenerator(1, 1);

        // 單線程生成ID
        long id1 = idGenerator.NextId();
        Console.WriteLine($"生成的雪花ID：{id1}");

        // 解析ID（調(diào)試用）
        var parseResult = idGenerator.ParseId(id1);
        Console.WriteLine($"生成時間：{parseResult.GenerateTime}");
        Console.WriteLine($"數(shù)據(jù)中心ID：{parseResult.DataCenterId}");
        Console.WriteLine($"機(jī)器ID：{parseResult.MachineId}");
        Console.WriteLine($"序列號：{parseResult.Sequence}");

        // 多線程測試（驗證線程安全）
        Parallel.For(0, 1000, i =>
        {
            long id = idGenerator.NextId();
            Console.WriteLine($"線程{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}生成ID：{id}");
        });
    }
}