1. 限流场景
在开发高并发系统时，有很多种方法可用来保护系统：缓存、降级、限流等。
- 缓存：提升系统访问速度，增大系统处理能力
- 降级：服务出现问题或影响核心流程的性能时，需要暂时屏蔽，待高峰过去或问题解决后再打开
- 限流：部分场景比如：稀缺资源（秒杀，抢购）、写服务（评论、下单）、频繁复杂查询（评论最后几页）等，需要限制这些场景的并发/请求量
限流就是通过对并发访问/请求进行限速或一个时间窗口内的请求进行限速，从而达到保护系统的目的。一般系统可以通过压测来预估能处理的峰值，一旦达到设定的峰值阀值，则可以拒绝服务（定向错误页或告知资源没有了）、排队或等待（例如：秒杀、评论、下单）、降级（返回默认数据）
限流不能乱用，否则正常流量会出现一些奇怪的问题，从而导致用户抱怨。
2. 限流算法
常见限流算法：技术器、令牌桶和漏桶算法。
2.1. 计数器
计数器是最简单粗暴的算法。例如：一个服务每秒能处理100个请求。设置一个1s的滑动窗口，窗口有10个格子，每个格子100ms，每100ms移动一次，每次移动都记录当前服务请求的次数。内存中保存最近10次的次数（LinkedList）。格子每次移动的时候判断一次，最后一个格子和第一个格子的次数是否相差100，如果超过，则进行限流。
当格子划分的越多，那么滑动窗口的滚动越平滑，限流的统计就会越精确。
计数器的实现简单，但是是平均分配1秒钟的请求，然而实际情况中的请求往往是动态的，流量不平滑的。
2.2. 令牌桶
令牌桶算法是一个存放固定容量令牌（token）的桶，按照固定速率往桶里添加令牌。令牌桶的主要概念如下：
- 令牌按固定的速率被放入令牌桶中，例如：r tokens/秒
- 桶中最多存放b个令牌，当桶满时，新添加的令牌被丢弃或拒绝
- 当一个n字节大小的数据包到达，将从桶中删除n个令牌，接着数据包被发送到网络上
- 如果桶中的令牌不足n个，则不会删除令牌，且数据包将被限流（丢弃或在缓冲区等待）
令牌桶根据放令牌的速率（r tokens/s）去控制输出的速率（to network）
令牌桶的另外一个好处是可以方便的改变速度. 一旦需要提高速率,则按需提高放入桶中的令牌的速率. 一般会定时(比如100毫秒)往桶中增加一定数量的令牌, 有些变种算法则实时的计算应该增加的令牌的数量.
2.3. 漏桶
漏桶( Leaky Bucket )算法思路很简单,水(请求)先进入到漏桶里,漏桶以一定的速度出水(接口有响应速率),当水流入速度过大会直接溢出(访问频率超过接口响应速率),然后就拒绝请求,可以看出漏桶算法能强行限制数据的传输速率。
漏桶作为计量工具时，可用于流量整形和流量控制，漏桶的主要概念如下：
- 一个固定容量的漏桶，按照常量固定速率流出水滴（流出请求）
- 如果桶是空的，则不需流出水滴
- 可以以任意速率流入水滴到漏桶（流入请求）
- 如果流入水滴超出了桶的容量，则流入的水滴溢出了（新流入的请求被拒绝），则漏桶容量是不变的
漏桶可以看做固定容量、固定流出速率的队列，漏桶限制的是请求的流出速率，漏桶中装的是请求
因为漏桶的漏出速率是固定的参数,所以,即使网络中不存在资源冲突(没有发生拥塞),漏桶算法也不能使流突发( burst )到端口速率.因此,漏桶算法对于存在突发特性的流量来说缺乏效率.
2.4. 令牌桶和漏桶的比较
| 令牌桶 |
漏桶 |
|
|---|---|---|
| 请求何时拒绝 | 固定速率往桶中添加令牌，如果桶中令牌不够，则拒绝新请求 | 流入请求速率任意，常量固定速率流出请求。当流入请求数积累到漏桶容量时，则拒绝新请求 |
| 速率限制 | 限制平均流入速率，允许一定程度的突发请求（支持一次拿多个令牌） | 限制常量流出速率（流出速率是固定值），从而平滑突发流入速率 |
参考：