怎么對Spring Boot接口進行限流

這篇文章將為大家詳細講解有關怎么對Spring Boot接口進行限流，文章內容質量較高，因此小編分享給大家做個參考，希望大家閱讀完這篇文章后對相關知識有一定的了解。

算法介紹

計數器法

計數器法是限流算法里最簡單也是最容易實現的一種算法。比如我們規定，對于A接口來說，我們1分鐘的訪問次數不能超過100個。那么我們可以這么做：在一開始的時候，我們可以設置一個計數器counter，每當一個請求過來的時候，counter就加1，如果counter的值大于100并且該請求與第一個請求的間隔時間還在1分鐘之內，那么說明請求數過多；如果該請求與第一個請求的間隔時間大于1分鐘，且counter的值還在限流范圍內，那么就重置counter，具體算法的示意圖如下：

具體的偽代碼如下：

這個算法雖然簡單，但是有一個十分致命的問題，那就是臨界問題，我們看下圖：

從上圖中我們可以看到，假設有一個惡意用戶，他在0:59時，瞬間發送了100個請求，并且1:00又瞬間發送了100個請求，那么其實這個用戶在1秒里面，瞬間發送了200個請求。我們剛才規定的是1分鐘最多100個請求，也就是每秒鐘最多1.7個請求，用戶通過在時間窗口的重置節點處突發請求，可以瞬間超過我們的速率限制。用戶有可能通過算法的這個漏洞，瞬間壓垮我們的應用。

聰明的朋友可能已經看出來了，剛才的問題其實是因為我們統計的精度太低。那么如何很好地處理這個問題呢？或者說，如何將臨界問題的影響降低呢？我們可以看下面的滑動窗口算法。

滑動窗口

滑動窗口，又稱rolling window。為了解決這個問題，我們引入了滑動窗口算法。如果學過TCP網絡協議的話，那么一定對滑動窗口這個名詞不會陌生。下面這張圖，很好地解釋了滑動窗口算法：

在上圖中，整個紅色的矩形框表示一個時間窗口，在我們的例子中，一個時間窗口就是一分鐘。然后我們將時間窗口進行劃分，比如圖中，我們就將滑動窗口劃成了6格，所以每格代表的是10秒鐘。每過10秒鐘，我們的時間窗口就會往右滑動一格。每一個格子都有自己獨立的計數器counter，比如當一個請求在0:35秒的時候到達，那么0:30~0:39對應的counter就會加1。

那么滑動窗口怎么解決剛才的臨界問題的呢？我們可以看上圖，0:59到達的100個請求會落在灰色的格子中，而1:00到達的請求會落在橘黃色的格子中。當時間到達1:00時，我們的窗口會往右移動一格，那么此時時間窗口內的總請求數量一共是200個，超過了限定的100個，所以此時能夠檢測出來觸發了限流。

我再來回顧一下剛才的計數器算法，我們可以發現，計數器算法其實就是滑動窗口算法。只是它沒有對時間窗口做進一步地劃分，為60s。

由此可見，當滑動窗口的格子劃分的越多，那么滑動窗口的滾動就越平滑，限流的統計就會越精確。

漏桶算法

漏桶算法，又稱leaky bucket。為了理解漏桶算法，我們看一下對于該算法的示意圖：

從圖中我們可以看到，整個算法其實十分簡單。首先，我們有一個固定容量的桶，有水流進來，也有水流出去。對于流進來的水來說，我們無法預計一共有多少水會流進來，也無法預計水流的速度。但是對于流出去的水來說，這個桶可以固定水流出的速率。而且，當桶滿了之后，多余的水將會溢出。

我們將算法中的水換成實際應用中的請求，我們可以看到漏桶算法天生就限制了請求的速度。當使用了漏桶算法，我們可以保證接口會以一個常速速率來處理請求。所以漏桶算法天生不會出現臨界問題。具體的偽代碼實現如下：

令牌桶算法

令牌桶算法，又稱token bucket。為了理解該算法，我們再來看一下算法的示意圖：

從圖中我們可以看到，令牌桶算法比漏桶算法稍顯復雜。首先，我們有一個固定容量的桶，桶里存放著令牌（token）。桶一開始是空的，token以一個固定的速率r往桶里填充，直到達到桶的容量，多余的令牌將會被丟棄。每當一個請求過來時，就會嘗試從桶里移除一個令牌，如果沒有令牌的話，請求無法通過。

具體的偽代碼實現如下：

RateLimiter實現

對于令牌桶的代碼實現，可以直接使用Guava包中的RateLimiter。

相關變種

若仔細研究算法，我們會發現我們默認從桶里移除令牌是不需要耗費時間的。如果給移除令牌設置一個延時時間，那么實際上又采用了漏桶算法的思路。Google的guava庫下的SmoothWarmingUp類就采用了這個思路。

臨界問題

我們再來考慮一下臨界問題的場景。在0:59秒的時候，由于桶內積滿了100個token，所以這100個請求可以瞬間通過。但是由于token是以較低的速率填充的，所以在1:00的時候，桶內的token數量不可能達到100個，那么此時不可能再有100個請求通過。所以令牌桶算法可以很好地解決臨界問題。下圖比較了計數器（左）和令牌桶算法（右）在臨界點的速率變化。我們可以看到雖然令牌桶算法允許突發速率，但是下一個突發速率必須要等桶內有足夠的token后才能發生：

關于怎么對Spring Boot接口進行限流就分享到這里了，希望以上內容可以對大家有一定的幫助，可以學到更多知識。如果覺得文章不錯，可以把它分享出去讓更多的人看到。