几种常见的限流算法详解与实践总结

2024-10-25

限流是控制系统流量的一种技术,主要用于防止系统过载和资源耗尽。在分布式系统中,由于各个组件之间的依赖关系和负载差异,如果某个组件突然涌入大量请求,可能会导致整个系统的性能下降甚至崩溃。因此,限流成为了一种重要的保护措施。

限流的实现方案有很多种,磊哥这里稍微理了一下,限流的分类如下所示:

合法性验证限流:比如验证码、IP 黑名单等,这些手段可以有效的防止恶意攻击和爬虫采集;

容器限流:比如 Tomcat、Nginx 等限流手段,其中 Tomcat
可以设置最大线程数(maxThreads),当并发超过最大线程数会排队等待执行;而 Nginx 提供了两种限流手段:一是控制速率,二是控制并发连接数;

服务端限流:比如我们在服务器端通过限流算法实现限流,此项也是我们本文介绍的重点。

合法性验证限流为最常规的业务代码,就是普通的验证码和 IP
黑名单系统,本文就不做过多的叙述了,我们重点来看下后两种限流的实现方案:容器限流和服务端限流。

常见的限流算法有以下几种:

计数器算法:通过维护一个计数器来记录一定时间窗口内的请求数量。当新请求到达时,先判断计数器是否已满,如果已满则拒绝请求;否则,将计数器加1,并根据时间窗口进行计数器重置。这种算法实现简单,适用于并发量较小的情况。

滑动窗口算法:将时间划分为固定大小的时间窗口,并维护一个窗口内的请求计数器。当新请求到达时,先判断当前时间所在的窗口内的计数器是否已满,如果已满则拒绝请求;否则,将计数器加1。在每个时间窗口结束时,将计数器清零。这种算法适用于突发流量的情况。

漏桶算法:将请求比作水,系统比作桶,水流入桶的速度是固定的,如果桶已满,则水溢出。漏桶算法通过限制单位时间内处理的请求数量来达到限流的目的。在实现上,可以使用令牌桶算法来模拟漏桶的行为。

令牌桶算法:维护一个令牌桶,令牌的生成速度是固定的。当新请求到达时,先从令牌桶中获取一个令牌,如果令牌不足则拒绝请求;否则,将令牌放回桶中。这种算法适用于突发流量的情况,并且可以灵活地调整限流策略。

在实际应用中,可以根据业务场景和需求选择合适的限流算法。例如,对于需要限制并发请求数量的场景,可以使用计数器算法或滑动窗口算法;对于需要限制单位时间内请求数量的场景,可以使用漏桶算法或令牌桶算法。

为了方便实现限流功能,很多开源框架和中间件提供了限流相关的功能模块。例如,Redis、Zuul、Nginx等都支持限流功能。我们可以利用这些工具快速实现限流功能,也可以根据具体需求进行定制化开发。

在实际应用中,还需要注意以下几点:

合理设置限流阈值:需要根据实际业务场景和系统负载情况合理设置限流阈值,避免过度限流导致正常请求被误杀或限流不足导致系统过载。

监控和报警:需要实时监控系统的流量情况,一旦发现异常流量及时报警和处理。

弹性扩容:在流量高峰期,可以通过弹性扩容来应对突发流量,避免系统过载。

灰度发布:在进行版本升级或功能上线时,可以采用灰度发布的方式逐步放量,以避免对整个系统造成冲击。

容错处理:对于被限流的请求,需要进行适当的容错处理,避免对用户体验造成影响。

总之,限流是保护系统稳定性的重要手段之一。在实际应用中需要根据业务场景和需求选择合适的限流算法,并合理设置限流阈值、监控和报警、弹性扩容、灰度发布和容错处理等方面的策略。同时,也需要不断优化限流策略和系统架构,提高系统的鲁棒性和稳定性。

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