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redis的incr原子自增性和线程安全即可轻松实现。

 

 

常用4种限流算法介绍及比较


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:
常用4种限流算法介绍及比较

 

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   

 

常用4种限流算法介绍及比较

 

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。

常用4种限流算法介绍及比较

4、令牌桶算法
令牌桶算法是程序以r(r=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

常用4种限流算法介绍及比较

 

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)

否

否

低

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)

是

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

中

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)

是

是

高

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)

是

是

高

 

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