什么是接口限流

那么什么是限流呢？顾名思义，限流就是限制流量，包括并发的流量和一定时间内的总流量，就像你宽带包了1个G的流量，用完了就没了，所以控制你的使用频率和单次使用的总消耗。

通过限流，我们可以很好地控制系统的qps，从而达到保护系统或者接口服务器稳定的目的。

接口限流的常用算法

计数器法

计数器法是限流算法里最简单也是最容易实现的一种算法。

比如我们规定，对于A接口来说，我们1分钟的访问次数不能超过100个。那么我们可以这么做：在一开始的时候，我们可以设置一个计数器counter，每当一个请求过来的时候，counter就加1，如果counter的值大于100并且该请求与第一个请求的间隔时间还在1分钟之内，那么说明请求数过多；

如果该请求与第一个请求的间隔时间大于1分钟，且counter的值还在限流范围内，那么就重置counter。

具体算法的示意图如下：

代码如下

class CounterDemo{    private $first_request_time;    private $request_count = 0; //已请求的次数    public $limit = 100; //时间窗口内的最大请求数    public $interval = 60; //时间窗口 s    public function __construct() {        $this->first_request_time = time();    }    public function grant(){        $now = time();        if($now < $this->first_request_time + $this->interval){            //时间窗口内            if($this->request_count < $this->limit) {                $this->request_count++;                return true;            }else{                return false;            }        }else{            //超出前一个时间窗口后, 重置第一次请求时间和请求总次数            $this->first_request_time = $now;            $this->request_count = 1;            return true;        }    }}$m = new CounterDemo();$n_success = 0;for($i=0; $i < 200; $i++){    $rt = $m->grant();    if($rt){        $n_success ++;    }}echo '成功请求 '.$n_success.' 次';

计数器算法很简单，但是有个严重的bug：

一个恶意用户在0:59时瞬间发送了100个请求，然后再1:00时又瞬间发送了100个请求，那么这个用户在2秒内发送了200个请求。

上面我们规定1分钟最多处理100个请求， 也就是每秒1.7个请求。用户通过在时间窗口的重置节点处突发请求， 可以瞬间超过系统的承载能力，导致系统挂起或宕机。

上面的问题，其实是因为我们统计的精度太低造成的。那么如何很好地处理这个问题呢？或者说，如何将临界问题的影响降低呢？我们可以看下面的滑动窗口算法。

上图中，我们把一个时间窗口（一分钟）分成6份，每份（小格）代表10秒。每过10秒钟我们就把时间窗口往右滑动一格， 每一个格子都有自己独立的计数器。

比如一个请求在0:35秒到达的时候，就会落在0:30-0:39这个区间，并将此区间的计数器加1。

从上图可以看出, 0:59到达的100个请求会落在0:50-0:59这个灰色的格子中, 而1:00到达的100个请求会落在黄色的格子中。

而在1:00时间统计时， 窗口会往右移动一格，那么此时的时间窗口内的请求数量一共是200个，超出了限制的100个，触发了限流，后面的100个请求被抛弃或者等待。

如果我们把窗口时间划分越多， 比如60格，每格1s， 那么限流统计会更精确。

漏桶算法 (Leaky Bucket)

漏桶算法(Leaky Bucket): 平滑网络上的突发流量。使其整流为一个稳定的流量。

有一个固定容量的桶，有水流进来，也有水流出 去。对于流进来的水来说，我们无法预计一共有多少水会流进来，也无法预计水流的速度。但是对于流出去的水来说，这个桶可以固定水流出的速率。当桶满了之后，多余的水将会溢出(多余的请求会被丢弃)。

简单的算法实现:

class LeakyBucketDemo{    private $last_req_time; //上一次请求的时间    public $capacity; //桶的容量    public $rate; //水漏出的速度(个/秒)    public $water; //当前水量(当前累积请求数)    public function __construct(){        $this->last_req_time = time();        $this->capacity = 100;        $this->rate = 20;        $this->water = 0;    }    public function grant(){        $now = time();        $water = max(0,$this->water - ($now - $this->last_req_time) * $this->rate);// 先执行漏水，计算剩余水量        $this->water = $water;        $this->last_req_time = $now;        if($water < $this->capacity){            // 尝试加水,并且水还未满            $this->water += 1;            return true;        }else{            // 水满，拒绝加水            return false;        }    }}$m = new LeakyBucketDemo();$n_success = 0;for($i=0; $i < 500; $i++){    $rt = $m->grant();    if($rt){        $n_success ++;    }    if($i > 0 && $i % 100 == 0){//每发起100次后暂停1s        echo '已发送',$i,', 成功 ', $n_success,', sleep'.PHP_EOL;        sleep(1);    }}echo '成功请求 '.$n_success.' 次';

令牌桶算法 (Token Bucket)

令牌桶算法比漏桶算法稍显复杂。首先，我们有一个固定容量的桶，桶里存放着令牌（token）。桶一开始是空的(可用token数为0)，token以一个固定的速率r往桶里填充，直到达到桶的容量，多余的令牌将会被丢弃。每当一个请求过来时，就会尝试从桶里移除一个令牌，如果没有令牌的话，请求无法通过。

代码实现如下:

class TokenBucketDemo{    private $last_req_time; //上次请求时间    public $capacity; //桶的容量    public $rate; //令牌放入的速度(个/秒)    public $tokens; //当前可用令牌的数量    public function __construct(){        $this->last_req_time = time();        $this->capacity = 100;        $this->rate = 20;        $this->tokens = 100; //开始给100个令牌    }    public function grant(){        $now = time();        $tokens = min($this->capacity,$this->tokens + ($now - $this->last_req_time) * $this->rate);// 计算桶里可用的令牌数        $this->tokens = $tokens;        $this->last_req_time = $now;        if($this->tokens < 1){            // 若剩余不到1个令牌,则拒绝            return false;        }else{            // 还有令牌，领取1个令牌            $this->tokens -= 1;            return true;        }    }}$m = new TokenBucketDemo();$n_success = 0;for($i=0; $i < 500; $i++){    $rt = $m->grant();    if($rt){        $n_success ++;    }    if($i > 0 && $i % 100 == 0){//每发起100次后暂停1s        echo '已发送',$i,', 成功 ', $n_success,', sleep'.PHP_EOL;        sleep(1);    }}echo '成功请求 '.$n_success.' 次';

我们可以使用redis的队列作为令牌桶容器使用，使用lPush（入队），rPop（出队），实现令牌加入与消耗的操作。

TokenBucket.php

<?php/** * PHP基于Redis使用令牌桶算法实现接口限流，使用redis的队列作为令牌桶容器，入队（lPush）出队（rPop)作为令牌的加入与消耗操作。 * public  add     加入令牌 * public  get     获取令牌 * public  reset   重设令牌桶 * private connect 创建redis连接 */class TokenBucket{ // class start    private $_config; // redis设定    private $_redis;  // redis对象    private $_queue;  // 令牌桶    private $_max;    // 最大令牌数    /**     * 初始化     * @param Array $config redis连接设定     */    public function __construct($config, $queue, $max){        $this->_config = $config;        $this->_queue = $queue;        $this->_max = $max;        $this->_redis = $this->connect();    }    /**     * 加入令牌     * @param  Int $num 加入的令牌数量     * @return Int 加入的数量     */    public function add($num=0){        // 当前剩余令牌数        $curnum = intval($this->_redis->lSize($this->_queue));        // 最大令牌数        $maxnum = intval($this->_max);        // 计算最大可加入的令牌数量，不能超过最大令牌数        $num = $maxnum>=$curnum+$num? $num : $maxnum-$curnum;        // 加入令牌        if($num>0){            $token = array_fill(0, $num, 1);            $this->_redis->lPush($this->_queue, ...$token);            return $num;        }        return 0;    }    /**     * 获取令牌     * @return Boolean     */    public function get(){        return $this->_redis->rPop($this->_queue)? true : false;    }    /**     * 重设令牌桶，填满令牌     */    public function reset(){        $this->_redis->delete($this->_queue);        $this->add($this->_max);    }    /**     * 创建redis连接     * @return Link     */    private function connect(){        try{            $redis = new Redis();            $redis->connect($this->_config['host'],$this->_config['port'],$this->_config['timeout'],$this->_config['reserved'],$this->_config['retry_interval']);            if(empty($this->_config['auth'])){                $redis->auth($this->_config['auth']);            }            $redis->select($this->_config['index']);        }catch(RedisException $e){            throw new Exception($e->getMessage());            return false;        }        return $redis;    }} ?>

令牌的假如与消耗

<?php/** * 演示令牌加入与消耗 */require 'TokenBucket.php';// redis连接设定$config = array(    'host' => 'localhost',    'port' => 6379,    'index' => 0,    'auth' => '',    'timeout' => 1,    'reserved' => NULL,    'retry_interval' => 100,);// 令牌桶容器$queue = 'mycontainer';// 最大令牌数$max = 5;// 创建TrafficShaper对象$tokenBucket = new TokenBucket($config, $queue, $max);// 重设令牌桶，填满令牌$tokenBucket->reset();// 循环获取令牌，令牌桶内只有5个令牌，因此最后3次获取失败for($i=0; $i<8; $i++){    var_dump($tokenBucket->get());}// 加入10个令牌，最大令牌为5，因此只能加入5个$add_num = $tokenBucket->add(10);var_dump($add_num);// 循环获取令牌，令牌桶内只有5个令牌，因此最后1次获取失败for($i=0; $i<6; $i++){    var_dump($tokenBucket->get());}?>

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