Java实现滑动窗口算法

滑动窗口算法

思想不滑坡 方法总比困难多

滑动窗口协议（Sliding Window Protocol）： TCP协议 的一种应用，用于网络数据传输时的流量控制，以避免拥塞的发生。该协议允许发送方在停止并等待确认前发送多个数据分组。由于发送方不必每发一个分组就停下来等待确认。因此该协议可以加速数据的传输，提高网络吞吐量，目前大多数用http网络协议携带的参数 header也采用类似的思想 从中加入的偏移量的概念。

滑动窗口算法其实和这个是一样的，只是用的地方场景不一样，可以根据需要调整窗口的大小，有时也可以是固定窗口大小。

滑动窗口应用实例

目前市场中滑动窗口的应用还是比较繁多的 注册中心的心跳续约 熔断器 redis中list等等 注册中心的心跳续约也可以用map 链表等显示 还有用类似红黑树概念的算法

基本实例

图中窗口大小是三计算滑动窗口选中数组的和 由于区间是连续的 当区间发生了变化 可以通过上次的计算结果进行剪辑 减少而重复运算 降低了复杂度
图中的数组是连续且固定的 假如数组是一个不固定的 数据可能随时改变 在改变的某个时刻 需要拿出滑动窗口中的数据 这时该怎么办呢
注意：滑动窗口只是一种思想 不是数据结构

断路器怎么识别断路器的状态

做电商的小伙伴应该都比较熟悉熔断降级 电商项目在618 双11 等等活动中 又推出一些秒杀的活动 这时有瞬时高并发等情况 为了保证服务的可用性和可靠性 公司会做一些服务的降级和熔断 很多人会把熔断和降级搞混淆 还有一些可能会把熔断和降级当作一些会 。。 熔断和降级都是保证服务的可靠性和可用性 **熔断和降级并非是一种情况 熔断是为了保护自身服务不会因为下游服务不可用或者超时导致自身出现短时间不可用的情况 而降级是一种止损的手段** 当服务出现了熔断 公司会采用一些补偿的手段 返回给用户

我们可以统计一段时间内的请求数量 成功 失败 超时的占比 当成功率低于80%就开启
熔断 开启后一段时间 切换到半开半闭的状态 将少量的流量打入到下游服务 看是否
可用 时间是连续的 怎么讲这些连续时间内的请求数量统计 并且随时可以拿出来统计
这时采用滑动窗口无疑是一种比较好的选择 随着时间的推移 将统计的数据 随时进行
计算来判断是否开启熔断

代码实现

我们将数据统计的数据封装到类中

/**
 * @Description: 作用描述
 * @Author: xzj
 * @CreateDate: 2022/6/15 10:41
 */
@Data
@ToString
public class Bucket {
    private final long windowStart;
    private AtomicInteger successNum;
    private AtomicInteger failNum;
    private AtomicInteger timeoutNum;

}

将统计的数据 封装到集合中 便于循环

/**
 * @Description: 作用描述
 * @Author: xzj
 * @CreateDate: 2022/6/15 10:42
 */
@Data
public class BucketArray {
    private volatile int size = 10;//滑动窗口(偏移量)
    private static int maxSize = 60;//数据最大值
    private volatile int dataLength = 0;//当前数据长度
    private volatile Bucket[] data = new Bucket[60];//数组
    private int head;//数组头部
    private int tail;//数组尾部


    public void addBucket(Bucket bucket) {
        if (++dataLength > maxSize) {
            resetTailHead();
        } else {
            incrementTail();
        }
        data[tail] = bucket;
    }
    //当数据大小不超过最大数据时
    public void incrementTail() {
        if (dataLength >= size) {
            head = dataLength - size;
        }
        tail = dataLength - 1;
    }
    //当数据大小超过最大数据时
    public void resetTailHead() {
        if (head == maxSize - 1) {
            head = 0;
            dataLength = 10;
            tail++;
        } else {
            head++;
            tail = head + size - 1 - maxSize;
        }
    }
    public Bucket[] getResultData() {
        Bucket[] result = new Bucket[10];
        if (tail > head) {
            for (int i = head, j = 0; i <= tail; i++, j++) {
                result[j] = data[i];
            }
        } else {
            for (int i = head, j = 0; i < maxSize; i++, j++) {
                result[j] = data[i];
            }
            for (int i = 0, j = result.length - 1; i <= tail; i++, j++) {
                result[j] = data[i];
            }
        }
        return result;
    }
}

测试：

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        BucketArray bucketArray = new BucketArray();
        for (int i = 0; i < 81; i++) {
            Bucket bucket = new Bucket(i);
            bucketArray.addBucket(bucket);
            Thread.sleep(100l);
        }
        System.out.println(JSONObject.toJSONString(bucketArray.getData()));
        System.err.println(JSONObject.toJSONString(bucketArray.getResultData()));
    }

结果：

```java
[{"windowStart":60},{"windowStart":61},{"windowStart":62},{"windowStart":63},{"windowStart":64},{"windowStart":65},{"windowStart":66},{"windowStart":67},{"windowStart":68},{"windowStart":69},{"windowStart":70},{"windowStart":71},{"windowStart":72},{"windowStart":73},{"windowStart":74},{"windowStart":75},{"windowStart":76},{"windowStart":77},{"windowStart":78},{"windowStart":79},{"windowStart":80},{"windowStart":21},{"windowStart":22},{"windowStart":23},{"windowStart":24},{"windowStart":25},{"windowStart":26},{"windowStart":27},{"windowStart":28},{"windowStart":29},{"windowStart":30},{"windowStart":31},{"windowStart":32},{"windowStart":33},{"windowStart":34},{"windowStart":35},{"windowStart":36},{"windowStart":37},{"windowStart":38},{"windowStart":39},{"windowStart":40},{"windowStart":41},{"windowStart":42},{"windowStart":43},{"windowStart":44},{"windowStart":45},{"windowStart":46},{"windowStart":47},{"windowStart":48},{"windowStart":49},{"windowStart":50},{"windowStart":51},{"windowStart":52},{"windowStart":53},{"windowStart":54},{"windowStart":55},{"windowStart":56},{"windowStart":57},{"windowStart":58},{"windowStart":59}]
[{"windowStart":71},{"windowStart":72},{"windowStart":73},{"windowStart":74},{"windowStart":75},{"windowStart":76},{"windowStart":77},{"windowStart":78},{"windowStart":79},{"windowStart":80}]

这就是比较简单的滑动窗口 可能在是实现上有一点瑕疵 不过大致思想是正确的 公司中一些类似的需求可以采用这种思想去做可以事半功倍

文章图文有一些抄自：https://www.cnblogs.com/huansky/p/13488234.html