Java 實現滑動時間窗口限流算法,你見過嗎?

在網上搜滑動時間窗口限流算法,大多都太複雜了,本人實現了個簡單的,先上代碼:

package cn.dijia478.util;

import java.time.LocalTime;
import java.util.LinkedList;
import java.util.List;
import java.util.Map;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

/**
 * 滑動時間窗口限流工具
 * 本限流工具只適用於單機版,如果想要做全侷限流,可以按本程序的思想,用redis的List結構去實現
 *
 * @author dijia478
 * @date 2020-10-13 10:53
 */
public class SlideWindow {

    /** 隊列id和隊列的映射關係,隊列裏面存儲的是每一次通過時候的時間戳,這樣可以使得程序裏有多個限流隊列 */
    private volatile static Map<String, List<Long>> MAP = new ConcurrentHashMap<>();

    private SlideWindow() {}

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        while (true) {
            // 任意10秒內,只允許2次通過
            System.out.println(LocalTime.now().toString() + SlideWindow.isGo("ListId", 2, 10000L));
            // 睡眠0-10秒
            Thread.sleep(1000 * new Random().nextInt(10));
        }
    }

    /**
     * 滑動時間窗口限流算法
     * 在指定時間窗口,指定限制次數內,是否允許通過
     *
     * @param listId     隊列id
     * @param count      限制次數
     * @param timeWindow 時間窗口大小
     * @return 是否允許通過
     */
    public static synchronized boolean isGo(String listId, int count, long timeWindow) {
        // 獲取當前時間
        long nowTime = System.currentTimeMillis();
        // 根據隊列id,取出對應的限流隊列,若沒有則創建
        List<Long> list = MAP.computeIfAbsent(listId, k -> new LinkedList<>());
        // 如果隊列還沒滿,則允許通過,並添加當前時間戳到隊列開始位置
        if (list.size() < count) {
            list.add(0, nowTime);
            return true;
        }

        // 隊列已滿(達到限制次數),則獲取隊列中最早添加的時間戳
        Long farTime = list.get(count - 1);
        // 用當前時間戳 減去 最早添加的時間戳
        if (nowTime - farTime <= timeWindow) {
            // 若結果小於等於timeWindow,則說明在timeWindow內,通過的次數大於count
            // 不允許通過
            return false;
        } else {
            // 若結果大於timeWindow,則說明在timeWindow內,通過的次數小於等於count
            // 允許通過,並刪除最早添加的時間戳,將當前時間添加到隊列開始位置
            list.remove(count - 1);
            list.add(0, nowTime);
            return true;
        }
    }

}

運行可以看到,任意10秒內,通過的次數不超過2次。或者按照實現原理來說,任意通過2次內的時間差,都不超過10秒:

這裏畫圖做說明,爲什麼這樣可以做到滑動窗口限流,假設10秒內允許通過5次

1.這條線就是隊列list,當第一個事件進來,隊列大小是0,時間是第1秒:

2.因爲size=0,小於5,都沒有到限制的次數,完全不用考慮時間窗口,直接把這次事件的時間戳放到0的位置:

3.第2.8秒的時候,第二個事件來了。因爲此時size=1,還是小於5,把這次事件的時間戳放到0的位置,原來第1秒來的事件時間戳會往後移動一格:

4.陸續的又來了3個事件,隊列大小變成了5,先來的時間戳依次向後移動。此時,第6個事件來了,時間是第8秒:

5.因爲size=5,不小於5,此時已經達到限制次數,以後都需要考慮時間窗口了。所以取出位置4的時間(離現在最遠的時間),和第6個事件的時間戳做比較:

6.得到的差是7秒,小於時間窗口10秒,說明在10秒內,來的事件個數大於5了,所以本次不允許通過:

7.接下來即便來上100個事件,只要時間差小於等於10秒,都同上,拒絕通過:

8.第11.1秒,第101次事件過來了。因爲size=5,不小於5,所以取出位置4的時間(離現在最遠的時間),和第101個事件的時間戳做比較:

9.得到的差是10.1秒,大於時間窗口10秒,說明在10秒內,來的事件個數小於等於5了,所以本次允許通過:

10.刪除位置4的時間(離現在最遠的時間),把這次事件的時間戳放到0的位置,後面的時間戳依次向後移動:

往後再來其他事件,就是重複4-10的步驟,即可實現,在任意滑動時間窗口內,限制通過的次數

其本質思想是轉換概念,將原本問題的確定時間大小,進行次數限制。轉換成確定次數大小,進行時間限制。

作者:dijia478
來源:https://www.cnblogs.com/dijia478/p/13807826.html
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