限流算法

没有哪种算法是最好的或者是最差的，具体要根据实际业务场景决定使用哪种实现方式，本质都是提高功能的性价比，利用尽可能小的开发成本，产生尽可能大的收益。今天主要介绍的是目前比较常见的限流算法：

• 固定窗口（计算器法）
• 滑动窗口
• 漏桶算法
• 令牌桶算法

一、固定窗口算法（计算器算法）

计数器算法是使用计数器在周期内累加访问次数，当达到设定的限流值时，触发限流策略。下一个周期开始时，进行清零，重新计数。

此算法在单机还是分布式环境下实现都非常简单，使用redis的incr原子自增性和线程安全即可轻松实现。

这个算法通常用于QPS限流和统计总访问量，对于秒级以上的时间周期来说，会存在一个非常严重的问题，那就是临界问题，如下图：

假设1min内服务器的负载能力为100，因此一个周期的访问量限制在100，然而在第一个周期的最后5秒和下一个周期的开始5秒时间段内，分别涌入100的访问量，虽然没有超过每个周期的限制量，但是整体上10秒内已达到200的访问量，已远远超过服务器的负载能力，由此可见，计数器算法方式限流对于周期比较长的限流，存在很大的弊端。

二、滑动窗口算法

滑动窗口算法是将时间周期分为N个小周期，分别记录每个小周期内访问次数，并且根据时间滑动删除过期的小周期。

如下图，假设时间周期为1min，将1min再分为2个小周期，统计每个小周期的访问数量，则可以看到，第一个时间周期内，访问数量为75，第二个时间周期内，访问数量为100，超过100的访问则被限流掉了

由此可见，当滑动窗口的格子划分地越多，那么滑动窗口的滚动就越平滑，限流的统计就会越精确。

此算法可以很好地解决固定窗口算法的临界问题。

三、漏桶算法

漏桶算法是访问请求到达时直接放入漏桶，如当前容量已达到上限（限流值），则进行丢弃（触发限流策略）。漏桶以固定的速率进行释放访问请求（即请求通过），直到漏桶为空。

四、令牌桶算法

令牌桶算法是程序以r（r=时间周期/限流值）的速度向令牌桶中增加令牌，直到令牌桶满，请求到达时向令牌桶请求令牌，如获取到令牌则通过请求，否则触发限流策略。

总结：

1. 所有的请求在处理之前都需要拿到一个可用的令牌才会被处理；

2. 根据限流大小，设置按照一定的速率往桶里添加令牌；

3. 桶设置最大的放置令牌限制，当桶满时、新添加的令牌就被丢弃或者拒绝；

4. 请求达到后首先要获取令牌桶中的令牌，拿着令牌才可以进行其他的业务逻辑，处理完业务逻辑之后，将令牌直接删除；

5. 令牌桶有最低限额，当桶中的令牌达到最低限额的时候，请求处理完之后将不会删除令牌，以此保证足够的限流。