分布式系統(tǒng)中的限流器是一種重要的技術(shù)組件，用于控制和管理系統(tǒng)的流量，防止系統(tǒng)因流量過大而崩潰或性能下降。限流器的主要作用是在保證系統(tǒng)可用性的前提下，對(duì)流量進(jìn)行合理的限制和調(diào)度，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

在分布式系統(tǒng)中，限流器通常被部署在系統(tǒng)的入口或關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上，用于控制來自外部或內(nèi)部的請(qǐng)求流量。通過限制流量的速度和數(shù)量，限流器可以有效地防止系統(tǒng)因流量過大而出現(xiàn)擁塞或崩潰的情況。同時(shí)，限流器還可以對(duì)流量進(jìn)行調(diào)度和分配，以保證系統(tǒng)的負(fù)載均衡和資源利用率的最大化。

常見的限流算法包括計(jì)數(shù)器、固定窗口、滑動(dòng)窗口、漏桶和令牌桶等。其中，計(jì)數(shù)器是最簡單的限流算法，它通過統(tǒng)計(jì)請(qǐng)求的數(shù)量來進(jìn)行限流，但缺乏時(shí)間概念，容易出現(xiàn)流量突增的情況。固定窗口和滑動(dòng)窗口算法則引入了時(shí)間概念，通過對(duì)時(shí)間窗口內(nèi)的請(qǐng)求數(shù)量進(jìn)行限制來實(shí)現(xiàn)限流，但可能存在窗口邊界的流量突變問題。漏桶和令牌桶算法則通過控制流量的速率來進(jìn)行限流，可以更好地平滑流量波動(dòng)。

在實(shí)際應(yīng)用中，限流器還可以結(jié)合其他技術(shù)手段來提高系統(tǒng)的可用性和性能，如降級(jí)處理、請(qǐng)求排隊(duì)、熔斷機(jī)制等。當(dāng)系統(tǒng)流量超過閾值時(shí)，可以通過降級(jí)處理來減少非關(guān)鍵業(yè)務(wù)的影響，保證核心業(yè)務(wù)的正常運(yùn)行；請(qǐng)求排隊(duì)則可以將超出閾值的請(qǐng)求放入隊(duì)列中等待處理，避免直接拒絕請(qǐng)求導(dǎo)致用戶體驗(yàn)下降；熔斷機(jī)制則可以在系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況時(shí)快速切斷請(qǐng)求鏈路，防止故障擴(kuò)散和影響整個(gè)系統(tǒng)。

限流方法

這里我們主要討論后端基于請(qǐng)求量的限流，限流是一種非常廣泛的應(yīng)用技術(shù)，就比如你在登錄系統(tǒng)時(shí)，經(jīng)常會(huì)需要你輸入手機(jī)驗(yàn)證、動(dòng)態(tài)碼或一些奇奇怪怪的驗(yàn)證方式， 來降低登錄請(qǐng)求的頻次。

計(jì)數(shù)限流

按數(shù)量進(jìn)行控制，達(dá)到設(shè)置的閾值則進(jìn)行限流，其中固定窗口，滑動(dòng)窗口則是通過該方法實(shí)現(xiàn)。

固定窗口

通過控制時(shí)間單元內(nèi)允許的請(qǐng)求數(shù)量，一旦達(dá)到閾值，則不會(huì)處理該請(qǐng)求后續(xù)相關(guān)的業(yè)務(wù)或者直接讓請(qǐng)求快速失敗并給予提示。

比如我們配置10s內(nèi)允許請(qǐng)求的流量為1000，在第1~9s內(nèi)請(qǐng)求為0，在第9~10秒內(nèi)的請(qǐng)求數(shù)為1000，這樣一秒內(nèi)的請(qǐng)求就達(dá)到了1000。當(dāng)然我們可以時(shí)間單元?jiǎng)澐殖筛×６龋?但是應(yīng)該多小才合適呢？

問題：只能對(duì)時(shí)間單元內(nèi)的總請(qǐng)求數(shù)進(jìn)行控制，當(dāng)請(qǐng)求集中在較小時(shí)間范圍內(nèi)時(shí)，無法達(dá)到流量限制的效果，因此這是一種粗粒度的流量限制手段

滑動(dòng)窗口

為了解決固定窗口算法中存在的問題，通過滑動(dòng)窗口的方法，將上述時(shí)間單元?jiǎng)澐殖啥鄠€(gè)細(xì)粒度的時(shí)間窗口，每個(gè)窗口都有自己獨(dú)立的請(qǐng)求計(jì)數(shù)器，這樣就可以讓時(shí)間單元內(nèi)的流量控制均勻地 落在各個(gè)時(shí)間窗口上，同時(shí)滑動(dòng)的時(shí)間窗口可以形成連續(xù)時(shí)間區(qū)間控制，并不像固定窗口那樣只在兩個(gè)時(shí)間刻度間。

比如時(shí)間單元為1s，每個(gè)時(shí)間窗口為100ms，在1秒內(nèi)的10個(gè)時(shí)間窗口可以為09:01:01.000~09:01:02.000、09:01:01.200~09:01:02.800...

問題：滑動(dòng)窗口的區(qū)間劃分的越多，則滑動(dòng)窗口的滾動(dòng)就越平滑，限流的統(tǒng)計(jì)就會(huì)越精確，但也需要更多的資源為窗口時(shí)間片段保存計(jì)數(shù)器，從而耗費(fèi)系統(tǒng)資源

漏桶算法

如果將請(qǐng)求看成水滴，限流器看成一個(gè)下面開口的桶（漏桶）。漏桶算法其實(shí)就是當(dāng)水滴（請(qǐng)求）先進(jìn)入到漏桶里，漏桶以一定的速度出水，當(dāng)水流入速度過大時(shí)則會(huì)超過桶的可接納容量， 這時(shí)水將直接溢出，漏桶算法能強(qiáng)行限制數(shù)據(jù)的傳輸速率。使用漏桶算法，可以保證接口會(huì)以一個(gè)常速速率來處理請(qǐng)求，所以漏桶算法必定不會(huì)出現(xiàn)臨界問題。

問題：當(dāng)短時(shí)間內(nèi)如果有大量的突發(fā)請(qǐng)求時(shí)，即使服務(wù)器負(fù)載不高，每個(gè)請(qǐng)求也需要等待一段時(shí)間（水滴間隔）才能被響應(yīng)。

總之，分布式系統(tǒng)中的限流器是一種重要的技術(shù)組件，它可以幫助系統(tǒng)更好地應(yīng)對(duì)流量壓力，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn)和需求選擇合適的限流算法和技術(shù)手段，以實(shí)現(xiàn)最佳的限流效果。

審核編輯：黃飛