几种常见的限流算法详解与实践总结

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。