幾種常見的限流算法詳解與實(shí)踐總結(jié)

限流是控制系統(tǒng)流量的一種技術(shù)，主要用于防止系統(tǒng)過載和資源耗盡。在分布式系統(tǒng)中，由于各個(gè)組件之間的依賴關(guān)系和負(fù)載差異，如果某個(gè)組件突然涌入大量請求，可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的性能下降甚至崩潰。因此，限流成為了一種重要的保護(hù)措施。

限流的實(shí)現(xiàn)方案有很多種，磊哥這里稍微理了一下，限流的分類如下所示：

合法性驗(yàn)證限流：比如驗(yàn)證碼、IP 黑名單等，這些手段可以有效的防止惡意攻擊和爬蟲采集;

容器限流：比如 Tomcat、Nginx 等限流手段，其中 Tomcat 可以設(shè)置最大線程數(shù)(maxThreads)，當(dāng)并發(fā)超過最大線程數(shù)會(huì)排隊(duì)等待執(zhí)行;而 Nginx 提供了兩種限流手段：一是控制速率，二是控制并發(fā)連接數(shù);

服務(wù)端限流：比如我們在服務(wù)器端通過限流算法實(shí)現(xiàn)限流，此項(xiàng)也是我們本文介紹的重點(diǎn)。

合法性驗(yàn)證限流為最常規(guī)的業(yè)務(wù)代碼，就是普通的驗(yàn)證碼和 IP 黑名單系統(tǒng)，本文就不做過多的敘述了，我們重點(diǎn)來看下后兩種限流的實(shí)現(xiàn)方案：容器限流和服務(wù)端限流。

常見的限流算法有以下幾種：

計(jì)數(shù)器算法：通過維護(hù)一個(gè)計(jì)數(shù)器來記錄一定時(shí)間窗口內(nèi)的請求數(shù)量。當(dāng)新請求到達(dá)時(shí)，先判斷計(jì)數(shù)器是否已滿，如果已滿則拒絕請求;否則，將計(jì)數(shù)器加1，并根據(jù)時(shí)間窗口進(jìn)行計(jì)數(shù)器重置。這種算法實(shí)現(xiàn)簡單，適用于并發(fā)量較小的情況。

滑動(dòng)窗口算法：將時(shí)間劃分為固定大小的時(shí)間窗口，并維護(hù)一個(gè)窗口內(nèi)的請求計(jì)數(shù)器。當(dāng)新請求到達(dá)時(shí)，先判斷當(dāng)前時(shí)間所在的窗口內(nèi)的計(jì)數(shù)器是否已滿，如果已滿則拒絕請求;否則，將計(jì)數(shù)器加1。在每個(gè)時(shí)間窗口結(jié)束時(shí)，將計(jì)數(shù)器清零。這種算法適用于突發(fā)流量的情況。

漏桶算法：將請求比作水，系統(tǒng)比作桶，水流入桶的速度是固定的，如果桶已滿，則水溢出。漏桶算法通過限制單位時(shí)間內(nèi)處理的請求數(shù)量來達(dá)到限流的目的。在實(shí)現(xiàn)上，可以使用令牌桶算法來模擬漏桶的行為。

令牌桶算法：維護(hù)一個(gè)令牌桶，令牌的生成速度是固定的。當(dāng)新請求到達(dá)時(shí)，先從令牌桶中獲取一個(gè)令牌，如果令牌不足則拒絕請求;否則，將令牌放回桶中。這種算法適用于突發(fā)流量的情況，并且可以靈活地調(diào)整限流策略。

在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)業(yè)務(wù)場景和需求選擇合適的限流算法。例如，對于需要限制并發(fā)請求數(shù)量的場景，可以使用計(jì)數(shù)器算法或滑動(dòng)窗口算法;對于需要限制單位時(shí)間內(nèi)請求數(shù)量的場景，可以使用漏桶算法或令牌桶算法。

為了方便實(shí)現(xiàn)限流功能，很多開源框架和中間件提供了限流相關(guān)的功能模塊。例如，Redis、Zuul、Nginx等都支持限流功能。我們可以利用這些工具快速實(shí)現(xiàn)限流功能，也可以根據(jù)具體需求進(jìn)行定制化開發(fā)。

在實(shí)際應(yīng)用中，還需要注意以下幾點(diǎn)：

合理設(shè)置限流閾值：需要根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)場景和系統(tǒng)負(fù)載情況合理設(shè)置限流閾值，避免過度限流導(dǎo)致正常請求被誤殺或限流不足導(dǎo)致系統(tǒng)過載。

監(jiān)控和報(bào)警：需要實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的流量情況，一旦發(fā)現(xiàn)異常流量及時(shí)報(bào)警和處理。

彈性擴(kuò)容：在流量高峰期，可以通過彈性擴(kuò)容來應(yīng)對突發(fā)流量，避免系統(tǒng)過載。

灰度發(fā)布：在進(jìn)行版本升級或功能上線時(shí)，可以采用灰度發(fā)布的方式逐步放量，以避免對整個(gè)系統(tǒng)造成沖擊。

容錯(cuò)處理：對于被限流的請求，需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜蒎e(cuò)處理，避免對用戶體驗(yàn)造成影響。

總之，限流是保護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要手段之一。在實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)業(yè)務(wù)場景和需求選擇合適的限流算法，并合理設(shè)置限流閾值、監(jiān)控和報(bào)警、彈性擴(kuò)容、灰度發(fā)布和容錯(cuò)處理等方面的策略。同時(shí)，也需要不斷優(yōu)化限流策略和系統(tǒng)架構(gòu)，提高系統(tǒng)的魯棒性和穩(wěn)定性。