常用4种限流算法介绍及比较

1、计数器(固定窗口)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redisincr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。

2、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的越多,那么滑动窗口的滚动就越平滑,限流的统计就会越精确。

此算法可以很好的解决固定窗口算法的临界问题。


3、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。

4、令牌桶算法
令牌桶算法是程序以rr=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

 

各个算法比较

算法

确定参数

空间复杂度

时间复杂度

限制突发流量

平滑限流

分布式环境下实现难度

固定窗口

计数周期T、

周期内最大访问数N

低O(1)

(记录周期内访问次数及周期开始时间)

低O(1)

滑动窗口

计数周期T、

周期内最大访问数N

高O(N)

(记录每个小周期中的访问数量)

中O(N)

相对实现。滑动窗口的格子划分的越多,那么滑动窗口的滚动就越平滑

漏桶

漏桶流出速度r、漏桶容量N

低O(1)

(记录当前漏桶中容量)

高O(N)

令牌桶

令牌产生速度r、令牌桶容量N

低O(1)

(记录当前令牌桶中令牌数)

高O(N)

 

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