深入解析限流技术:漏桶、令牌桶与分布式解决方案

深入解析限流技术:漏桶、令牌桶与分布式解决方案

01、限流知识概述

流是一种对请求或并发数进行限制的关键技术手段,旨在保障系统的正常运行。当服务资源有限、处理能力有限时,限流可以对调用服务的上游请求进行限制,以防止自身服务因资源耗尽而停止服务。

在限流中,有两个重要的概念需要了解:

阈值:指在单位时间内允许的请求量。例如,将 QPS(每秒请求数)限制为500,表示在1秒内最多接受500次请求。通过设置合适的阈值,可以控制系统的负载,避免过多的请求导致系统崩溃或性能下降。

拒绝策略:用于处理超过阈值的请求的策略。常见的拒绝策略包括直接拒绝、排队等待等。直接拒绝会立即拒绝超过阈值的请求,而排队等待则将请求放入队列中,按照一定的规则进行处理。选择合适的拒绝策略可以平衡系统的稳定性和用户体验。

通过合理设置阈值和选择适当的拒绝策略,限流技术可以帮助系统应对突发的请求量激增、恶意用户访问或请求频率过高的情况,保障系统的稳定性和可用性。限流方案根据限流范围,可分为 单机限流和分布式限流;其中单机限流依据算法,又可分为 固定窗口、滑动窗口、漏桶和令牌桶限流等常见四种。本文将对上述限流方案进行详细介绍。

优点:

平滑流量:漏桶算法可以平滑突发流量,使得输出流量变得更加平稳,避免了流量的突然增大对系统的冲击。

简单易实现:漏桶算法的原理简单,实现起来也相对容易。

有效防止过载:通过控制流出的流量,漏桶算法可以有效地防止系统过载。

缺点:

对突发流量的处理不够灵活:虽然漏桶算法可以平滑突发流量,但是在某些情况下,我们可能希望能够快速处理突发流量。在这种情况下,漏桶算法可能就不够灵活了。

无法动态调整流量:漏桶算法的流出速率是固定的,无法根据系统的实际情况动态调整。

可能会导致流量浪费:如果输入流量小于漏桶的流出速率,那么漏桶的流出速率就会被浪费。

如果输入流量持续大于漏桶的流出速率,那么漏桶会一直满,新的请求会被丢弃,可能会导致服务质量下降。

02漏桶限流

算法介绍

尽管滑动窗口算法可以提供一定的限流效果,但它仍然受限于窗口的大小和时间间隔。在某些情况下,突发流量可能会导致窗口内的请求数超过限制。为了更好地平滑请求的流量,漏桶限流算法可以作为滑动窗口算法的改进。算法的原理很简单:它维护一个固定容量的漏桶,请求以不定的速率流入漏桶,而漏桶以固定的速率流出。如果请求到达时,漏桶已满,则会触发拒绝策略。可以从生产者-消费者模式去理解这个算法,请求充当生产者,每个请求就像一滴水,当请求到达时,它被放入一个队列(漏桶)中。而漏桶则充当消费者,以固定的速率从队列中消费请求,就像从桶底的孔洞中不断漏出水滴。消费的速率等于限流阈值,例如每秒处理2个请求,即500毫秒消

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