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程序員的成長(zhǎng)之路

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來(lái)自：http://gwrld.cn/UG48Q

# 簡(jiǎn)介

限流顧名思義是限制流量，限制流量的目的是為了保障服務(wù)穩(wěn)定運(yùn)行，避免服務(wù)被流量沖垮。當(dāng)流量超出服務(wù)處理能力時(shí)，部分請(qǐng)求將會(huì)被限流組件攔截。

被攔截的請(qǐng)求可能會(huì)被丟棄，如果是 C 端請(qǐng)求，那么這個(gè)請(qǐng)求可能會(huì)被導(dǎo)向指定的錯(cuò)誤頁(yè)上，而不是生硬的拒絕。這里我們丟棄掉一部分請(qǐng)求，以保證大部分請(qǐng)求可以正常響應(yīng)。

如果我們不這樣做，那么服務(wù)崩潰后，所有請(qǐng)求都將無(wú)法響應(yīng)了。當(dāng)一臺(tái)機(jī)器崩潰后，該機(jī)器的所有流量將由其他機(jī)器承擔(dān)，這樣就會(huì)造成剩余機(jī)器壓力增大，進(jìn)而導(dǎo)致奔潰，最后形成雪崩。

除此之外，服務(wù)崩潰還會(huì)造成數(shù)據(jù)不一致的嚴(yán)重問(wèn)題，特別是一些敏感數(shù)據(jù)。比如對(duì)于電商網(wǎng)站，如果后臺(tái)服務(wù)準(zhǔn)備將某筆訂單數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，服務(wù)突然崩潰，導(dǎo)致數(shù)據(jù)沒(méi)有落庫(kù)。這個(gè)時(shí)候，開(kāi)發(fā)同學(xué)就要想辦法修訂數(shù)據(jù)了。

綜上，我們可以看出來(lái)限流的重要性。接下來(lái)，我將向大家介紹三種常用的限流算法，分別是計(jì)數(shù)器、漏桶算法和令牌桶算法。下面我們從最簡(jiǎn)單的計(jì)數(shù)器開(kāi)始說(shuō)起。

# 限流算法

計(jì)數(shù)器

計(jì)數(shù)器算法的思想很簡(jiǎn)單，每當(dāng)一個(gè)請(qǐng)求到來(lái)時(shí)，我們就將計(jì)數(shù)器加一，當(dāng)計(jì)數(shù)器數(shù)值超過(guò)閾值后，就拒絕余下請(qǐng)求。一秒鐘后，我們將計(jì)數(shù)器清零，開(kāi)始新一輪的計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器算法簡(jiǎn)單粗暴，易于實(shí)現(xiàn)。但是缺點(diǎn)也是有的，也就是所謂的"突刺現(xiàn)象"。

舉例說(shuō)明一下，假如我們給計(jì)數(shù)器設(shè)置的閾值為100。系統(tǒng)瞬間內(nèi)（比如10毫秒內(nèi)）有200個(gè)請(qǐng)求到來(lái)，這個(gè)時(shí)候計(jì)數(shù)器只能放過(guò)其中的100個(gè)請(qǐng)求，余下的100個(gè)請(qǐng)求全部被拒絕掉。如果第二秒內(nèi)沒(méi)有請(qǐng)求到來(lái)，那么系統(tǒng)就處于空閑狀態(tài)。也就是上一秒忙的要死，這一秒又閑的要死。

如果我們能用一個(gè)容器將剩余的100個(gè)請(qǐng)求緩存起來(lái)，待計(jì)數(shù)器重置后再將這些請(qǐng)求放出來(lái)。這樣系統(tǒng)在這兩秒內(nèi)的吞吐量就由100變成了200，提升了一倍。基于這個(gè)思考，下面我們?cè)賮?lái)看看漏桶算法。

漏桶算法

漏桶算法由流量容器、流量入口和出口組成。其中流量出口流速即為我們期望的限速值，比如 100 QPS。漏桶算法除了具備限流能力，還具備流量整型功能。下面我們通過(guò)一張圖來(lái)了解漏桶算法。

如上圖，流入漏桶流量的流速是不恒定的，經(jīng)過(guò)漏桶限速后，流出流量的速度是恒定的。需要說(shuō)明的是，漏桶的容量是有限的，一旦流入流量超出漏桶容量，這部分流量只能被丟棄了。

漏桶是一個(gè)比較好的限流整型工具，不過(guò)漏桶不能處理突發(fā)流量，一些觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為這是它的一個(gè)缺點(diǎn)。不過(guò)如果較起真來(lái)，我覺(jué)得這個(gè)缺點(diǎn)是不成立的。畢竟漏桶本就是用來(lái)平滑流量的，如果支持突發(fā)，那么輸出流量反而不平滑了。如果要找一種能夠支持突發(fā)流量的限流算法，那么令牌桶算法可以滿(mǎn)足需求。

令牌桶算法

令牌桶和漏桶頗有幾分相似，只不過(guò)令牌通里存放的是令牌。它的運(yùn)行過(guò)程是這樣的，一個(gè)令牌工廠(chǎng)按照設(shè)定值定期向令牌桶發(fā)放令牌。當(dāng)令牌桶滿(mǎn)了后，多出的令牌會(huì)被丟棄掉。每當(dāng)一個(gè)請(qǐng)求到來(lái)時(shí)，該請(qǐng)求對(duì)應(yīng)的線(xiàn)程會(huì)從令牌桶中取令牌。

初期由于令牌桶中存放了很多個(gè)令牌，因此允許多個(gè)請(qǐng)求同時(shí)取令牌。當(dāng)桶中沒(méi)有令牌后，無(wú)法獲取到令牌的請(qǐng)求可以丟棄，或者重試。

下面我們來(lái)看一下的令牌桶示意圖：

盡管令牌桶允許突發(fā)流量，但突發(fā)流量速率 R1 + 限流速率 R2 不能超過(guò)系統(tǒng)最大的處理能力 Rt，即 R1 + R2 ≤ Rt,否則會(huì)沖垮系統(tǒng)。

# 總結(jié)

以上就是本篇文章的全部?jī)?nèi)容。本篇文章簡(jiǎn)單分析幾種常見(jiàn)限流算法的運(yùn)行過(guò)程，限于能力原因，文章若有錯(cuò)誤不妥之處還請(qǐng)指明。除了文字性描述，這里也把三種算法的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)代碼貼出來(lái) RateLimiter，有興趣的同學(xué)自取。

好了，本篇文章到這里就結(jié)束了，感謝大家的閱讀。

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