限流的實現算法有很多,但常見的限流算法有三種:計數器算法、漏桶算法和令牌桶算法。
計數器算法是在一定的時間間隔里,記錄請求次數,當請求次數超過該時間限制時,就把計數器清零,然后重新計算。當請求次數超過間隔內的最大次數時,拒絕訪問。
計數器算法的實現比較簡單,但存在“突刺現象”。
突刺現象是指,比如限流 QPS(每秒查詢率)為 100,算法的實現思路就是從第一個請求進來開始計時,在接下來的 1 秒內,每來一個請求,就把計數加 1,如果累加的數字達到了 100,后續的請求就會被全部拒絕。等到 1 秒結束后,把計數恢復成 0,重新開始計數。如果在單位時間 1 秒內的前 10 毫秒處理了 100 個請求,那么后面的 990 毫秒會請求拒絕所有的請求,我們把這種現象稱為“突刺現象”。
計數器算法的簡單實現代碼如下:
import java.util.Calendar;import java.util.Date;import java.util.Random;public class CounterLimit { // 記錄上次統計時間 static Date lastDate = new Date(); // 初始化值 static int counter = 0; // 限流方法 static boolean countLimit() { // 獲取當前時間 Date now = new Date(); Calendar calendar = Calendar.getInstance(); calendar.setTime(now); // 當前分 int minute = calendar.get(Calendar.MINUTE); calendar.setTime(lastDate); int lastMinute = calendar.get(Calendar.MINUTE); if (minute != lastMinute) { lastDate = now; counter = 0; } ++counter; return counter >= 100; // 判斷計數器是否大于每分鐘限定的值。 } // 測試方法 public static void main(String[] args) { for (; ; ) { // 模擬一秒 try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } Random random = new Random(); int i = random.nextInt(3); // 模擬1秒內請求1次 if (i == 1) { if (countLimit()) { System.out.println("限流了" + counter); } else { System.out.println("沒限流" + counter); } } else if (i == 2) { // 模擬1秒內請求2次 for (int j = 0; j < 2; j++) { if (countLimit()) { System.out.println("限流了" + counter); } else { System.out.println("沒限流" + counter); } } } else { // 模擬1秒內請求10次 for (int j = 0; j < 10; j++) { if (countLimit()) { System.out.println("限流了" + counter); } else { System.out.println("沒限流" + counter); } } } } }}
漏桶算法的實現思路是,有一個固定容量的漏桶,水流(請求)可以按照任意速率先進入到漏桶里,但漏桶總是以固定的速率勻速流出,當流入量過大的時候(超過桶的容量),則多余水流(請求)直接溢出。如下圖所示:
漏桶算法提供了一種機制,通過它可以讓突發流量被整形,以便為系統提供穩定的請求,比如 Sentinel 中流量整形(勻速排隊功能)就是此算法實現的,如下圖所示:
更多 Sentinel 內容詳見:https://mp.weixin.qq.com/s/nF5f18BP8hscqIEmIFRN8Q
令牌按固定的速率被放入令牌桶中,桶中最多存放 N 個令牌(Token),當桶裝滿時,新添加的令牌被丟棄或拒絕。當請求到達時,將從桶中刪除 1 個令牌。令牌桶中的令牌不僅可以被移除,還可以往里添加,所以為了保證接口隨時有數據通過,必須不停地往桶里加令牌。由此可見,往桶里加令牌的速度就決定了數據通過接口的速度。我們通過控制往令牌桶里加令牌的速度從而控制接口的流量。令牌桶的實現原理如下圖所示:
漏桶算法是按照常量固定速率流出請求的,流入請求速率任意,當流入的請求數累積到漏桶容量時,新流入的請求被拒絕。令牌桶算法是按照固定速率往桶中添加令牌的,請求是否被處理需要看桶中的令牌是否足夠,當令牌數減為零時,拒絕新的請求。令牌桶算法允許突發請求,只要有令牌就可以處理,允許一定程度的突發流量。漏桶算法限制的是常量流出速率,從而使突發流入速率平滑。
比如服務器空閑時,理論上使用漏桶算法服務器可以直接處理一次洪峰(一次洪水過程的最大流量),但是漏桶算法處理請求的速率是恒定的,因此,前期服務器資源只能根據恒定的漏水速度逐步處理請求,無法直接處理這次洪峰。而使用令牌桶算法就不存在這個問題,因為它可以先把令牌桶一次性裝滿,處理一次洪峰之后再走限流。
限流的常見算法有以下 3 種:
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