限流的實(shí)現(xiàn)算法有很多,但常見(jiàn)的限流算法有三種:計(jì)數(shù)器算法、漏桶算法和令牌桶算法。
計(jì)數(shù)器算法是在一定的時(shí)間間隔里,記錄請(qǐng)求次數(shù),當(dāng)請(qǐng)求次數(shù)超過(guò)該時(shí)間限制時(shí),就把計(jì)數(shù)器清零,然后重新計(jì)算。當(dāng)請(qǐng)求次數(shù)超過(guò)間隔內(nèi)的最大次數(shù)時(shí),拒絕訪問(wèn)。
計(jì)數(shù)器算法的實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單,但存在“突刺現(xiàn)象”。
突刺現(xiàn)象是指,比如限流 QPS(每秒查詢率)為 100,算法的實(shí)現(xiàn)思路就是從第一個(gè)請(qǐng)求進(jìn)來(lái)開(kāi)始計(jì)時(shí),在接下來(lái)的 1 秒內(nèi),每來(lái)一個(gè)請(qǐng)求,就把計(jì)數(shù)加 1,如果累加的數(shù)字達(dá)到了 100,后續(xù)的請(qǐng)求就會(huì)被全部拒絕。等到 1 秒結(jié)束后,把計(jì)數(shù)恢復(fù)成 0,重新開(kāi)始計(jì)數(shù)。如果在單位時(shí)間 1 秒內(nèi)的前 10 毫秒處理了 100 個(gè)請(qǐng)求,那么后面的 990 毫秒會(huì)請(qǐng)求拒絕所有的請(qǐng)求,我們把這種現(xiàn)象稱為“突刺現(xiàn)象”。
計(jì)數(shù)器算法的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)代碼如下:
import java.util.Calendar;import java.util.Date;import java.util.Random;public class CounterLimit { // 記錄上次統(tǒng)計(jì)時(shí)間 static Date lastDate = new Date(); // 初始化值 static int counter = 0; // 限流方法 static boolean countLimit() { // 獲取當(dāng)前時(shí)間 Date now = new Date(); Calendar calendar = Calendar.getInstance(); calendar.setTime(now); // 當(dāng)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(jì)數(shù)器是否大于每分鐘限定的值。 } // 測(cè)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(nèi)請(qǐng)求1次 if (i == 1) { if (countLimit()) { System.out.println("限流了" + counter); } else { System.out.println("沒(méi)限流" + counter); } } else if (i == 2) { // 模擬1秒內(nèi)請(qǐng)求2次 for (int j = 0; j < 2; j++) { if (countLimit()) { System.out.println("限流了" + counter); } else { System.out.println("沒(méi)限流" + counter); } } } else { // 模擬1秒內(nèi)請(qǐng)求10次 for (int j = 0; j < 10; j++) { if (countLimit()) { System.out.println("限流了" + counter); } else { System.out.println("沒(méi)限流" + counter); } } } } }}
漏桶算法的實(shí)現(xiàn)思路是,有一個(gè)固定容量的漏桶,水流(請(qǐng)求)可以按照任意速率先進(jìn)入到漏桶里,但漏桶總是以固定的速率勻速流出,當(dāng)流入量過(guò)大的時(shí)候(超過(guò)桶的容量),則多余水流(請(qǐng)求)直接溢出。如下圖所示:
漏桶算法提供了一種機(jī)制,通過(guò)它可以讓突發(fā)流量被整形,以便為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的請(qǐng)求,比如 Sentinel 中流量整形(勻速排隊(duì)功能)就是此算法實(shí)現(xiàn)的,如下圖所示:
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令牌按固定的速率被放入令牌桶中,桶中最多存放 N 個(gè)令牌(Token),當(dāng)桶裝滿時(shí),新添加的令牌被丟棄或拒絕。當(dāng)請(qǐng)求到達(dá)時(shí),將從桶中刪除 1 個(gè)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(shí)有數(shù)據(jù)通過(guò),必須不停地往桶里加令牌。由此可見(jiàn),往桶里加令牌的速度就決定了數(shù)據(jù)通過(guò)接口的速度。我們通過(guò)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(shí)現(xiàn)原理如下圖所示:
漏桶算法是按照常量固定速率流出請(qǐng)求的,流入請(qǐng)求速率任意,當(dāng)流入的請(qǐng)求數(shù)累積到漏桶容量時(shí),新流入的請(qǐng)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(qǐng)求是否被處理需要看桶中的令牌是否足夠,當(dāng)令牌數(shù)減為零時(shí),拒絕新的請(qǐng)求。令牌桶算法允許突發(fā)請(qǐng)求,只要有令牌就可以處理,允許一定程度的突發(fā)流量。漏桶算法限制的是常量流出速率,從而使突發(fā)流入速率平滑。
比如服務(wù)器空閑時(shí),理論上使用漏桶算法服務(wù)器可以直接處理一次洪峰(一次洪水過(guò)程的最大流量),但是漏桶算法處理請(qǐng)求的速率是恒定的,因此,前期服務(wù)器資源只能根據(jù)恒定的漏水速度逐步處理請(qǐng)求,無(wú)法直接處理這次洪峰。而使用令牌桶算法就不存在這個(gè)問(wèn)題,因?yàn)樗梢韵劝蚜钆仆耙淮涡匝b滿,處理一次洪峰之后再走限流。
限流的常見(jiàn)算法有以下 3 種:
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