常用4种限流算法介绍及比较

1、计数器（固定窗口）算法
计数器算法是使用计数器在周期内累加访问次数，当达到设定的限流值时，触发限流策略。下一个周期开始时，进行清零，重新计数。

此算法在单机还是分布式环境下实现都非常简单，使用redis的incr原子自增性和线程安全即可轻松实现。

 

 

这个算法通常用于QPS限流和统计总访问量，对于秒级以上的时间周期来说，会存在一个非常严重的问题，那就是临界问题，如下图：

 

假设1min内服务器的负载能力为100，因此一个周期的访问量限制在100，然而在第一个周期的最后5秒和下一个周期的开始5秒时间段内，分别涌入100的访问量，虽然没有超过每个周期的限制量，但是整体上10秒内已达到200的访问量，已远远超过服务器的负载能力，由此可见，计数器算法方式限流对于周期比较长的限流，存在很大的弊端。

2、滑动窗口算法
滑动窗口算法是将时间周期分为N个小周期，分别记录每个小周期内访问次数，并且根据时间滑动删除过期的小周期。

如下图，假设时间周期为1min，将1min再分为2个小周期，统计每个小周期的访问数量，则可以看到，第一个时间周期内，访问数量为75，第二个时间周期内，访问数量为100，超过100的访问则被限流掉了   

 

 

由此可见，当滑动窗口的格子划分的越多，那么滑动窗口的滚动就越平滑，限流的统计就会越精确。

此算法可以很好的解决固定窗口算法的临界问题。

3、漏桶算法

漏桶算法是访问请求到达时直接放入漏桶，如当前容量已达到上限（限流值），则进行丢弃（触发限流策略）。漏桶以固定的速率进行释放访问请求（即请求通过），直到漏桶为空。

4、令牌桶算法
令牌桶算法是程序以r（r=时间周期/限流值）的速度向令牌桶中增加令牌，直到令牌桶满，请求到达时向令牌桶请求令牌，如获取到令牌则通过请求，否则触发限流策略

 

各个算法比较

算法	确定参数	空间复杂度	时间复杂度	限制突发流量	平滑限流	分布式环境下实现难度
固定窗口	计数周期T、 周期内最大访问数N	低O(1) （记录周期内访问次数及周期开始时间）	低O(1)	否	否	低
滑动窗口	计数周期T、 周期内最大访问数N	高O(N) （记录每个小周期中的访问数量）	中O(N)	是	相对实现。滑动窗口的格子划分的越多，那么滑动窗口的滚动就越平滑	中
漏桶	漏桶流出速度r、漏桶容量N	低O(1) （记录当前漏桶中容量）	高O(N)	是	是	高
令牌桶	令牌产生速度r、令牌桶容量N	低O(1) （记录当前令牌桶中令牌数）	高O(N)	是	是	高