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上一篇文章 go-zero 是如何做路由管理的？ 介紹了路由管理，這篇文章來說說限流，主要介紹計數(shù)器限流算法，具體的代碼實現(xiàn)，我們還是來分析微服務(wù)框架 go-zero 的源碼。
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在微服務(wù)架構(gòu)中，一個服務(wù)可能需要頻繁地與其他服務(wù)交互，而過多的請求可能導(dǎo)致性能下降或系統(tǒng)崩潰。為了確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和高可用性，限流算法應(yīng)運(yùn)而生。
限流算法允許在給定時間段內(nèi)，對服務(wù)的請求流量進(jìn)行控制和調(diào)整，以防止資源耗盡和服務(wù)過載。
計數(shù)器限流算法主要有兩種實現(xiàn)方式，分別是：
- 固定窗口計數(shù)器
- 滑動窗口計數(shù)器
下面分別來介紹。
固定窗口計數(shù)器
算法概念如下：
- 將時間劃分為多個窗口；
- 在每個窗口內(nèi)每有一次請求就將計數(shù)器加一；
- 如果計數(shù)器超過了限制數(shù)量，則本窗口內(nèi)所有的請求都被丟棄當(dāng)時間到達(dá)下一個窗口時，計數(shù)器重置。
圖片
固定窗口計數(shù)器是最為簡單的算法，但這個算法有時會讓通過請求量允許為限制的兩倍。
圖片
考慮如下情況：限制 1 秒內(nèi)最多通過 5 個請求，在第一個窗口的最后半秒內(nèi)通過了 5 個請求，第二個窗口的前半秒內(nèi)又通過了 5 個請求。這樣看來就是在 1 秒內(nèi)通過了 10 個請求。
滑動窗口計數(shù)器
算法概念如下：
- 將時間劃分為多個區(qū)間；
- 在每個區(qū)間內(nèi)每有一次請求就將計數(shù)器加一維持一個時間窗口，占據(jù)多個區(qū)間；
- 每經(jīng)過一個區(qū)間的時間，則拋棄最老的一個區(qū)間，并納入最新的一個區(qū)間；
- 如果當(dāng)前窗口內(nèi)區(qū)間的請求計數(shù)總和超過了限制數(shù)量，則本窗口內(nèi)所有的請求都被丟棄。
圖片
滑動窗口計數(shù)器是通過將窗口再細(xì)分，并且按照時間滑動，這種算法避免了固定窗口計數(shù)器帶來的雙倍突發(fā)請求，但時間區(qū)間的精度越高，算法所需的空間容量就越大。
go-zero 實現(xiàn)
go-zero 實現(xiàn)的是固定窗口的方式，計算一段時間內(nèi)對同一個資源的訪問次數(shù)，如果超過指定的 limit，則拒絕訪問。當(dāng)然如果在一段時間內(nèi)訪問不同的資源，每一個資源訪問量都不超過 limit，此種情況是不會拒絕的。
而在一個分布式系統(tǒng)中，存在多個微服務(wù)提供服務(wù)。所以當(dāng)瞬間的流量同時訪問同一個資源，如何讓計數(shù)器在分布式系統(tǒng)中正常計數(shù)？
這里要解決的一個主要問題就是計算的原子性，保證多個計算都能得到正確結(jié)果。
通過以下兩個方面來解決：
- 使用 redis 的 incrby 做資源訪問計數(shù)
- 采用 lua script 做整個窗口計算，保證計算的原子性
接下來先看一下 lua script 的源碼：
// core/limit/periodlimit.go
const periodScript = `local limit = tonumber(ARGV[1])
local window = tonumber(ARGV[2])
local current = redis.call("INCRBY", KEYS[1], 1)
if current == 1 then
redis.call("expire", KEYS[1], window)
end
if current < limit then
return 1
elseif current == limit then
return 2
else
return 0
end`主要就是使用 INCRBY 命令來實現(xiàn)，第一次請求需要給 key 加上一個過期時間，到達(dá)過期時間之后，key 過期被清楚，重新計數(shù)。
限流器初始化：
type (
// PeriodOption defines the method to customize a PeriodLimit.
PeriodOption func(l *PeriodLimit)
// A PeriodLimit is used to limit requests during a period of time.
PeriodLimit struct {
period int // 窗口大小，單位 s
quota int // 請求上限
limitStore *redis.Redis
keyPrefix string // key 前綴
align bool
}
)
// NewPeriodLimit returns a PeriodLimit with given parameters.
func NewPeriodLimit(period, quota int, limitStore *redis.Redis, keyPrefix string,
opts ...PeriodOption) *PeriodLimit {
limiter := &PeriodLimit{
period: period,
quota: quota,
limitStore: limitStore,
keyPrefix: keyPrefix,
}
for _, opt := range opts {
opt(limiter)
}
return limiter
}調(diào)用限流：
// key 就是需要被限制的資源標(biāo)識
func (h *PeriodLimit) Take(key string) (int, error) {
return h.TakeCtx(context.Background(), key)
}
// TakeCtx requests a permit with context, it returns the permit state.
func (h *PeriodLimit) TakeCtx(ctx context.Context, key string) (int, error) {
resp, err := h.limitStore.EvalCtx(ctx, periodScript, []string{h.keyPrefix + key}, []string{
strconv.Itoa(h.quota),
strconv.Itoa(h.calcExpireSeconds()),
})
if err != nil {
return Unknown, err
}
code, ok := resp.(int64)
if !ok {
return Unknown, ErrUnknownCode
}
switch code {
case internalOverQuota: // 超過上限
return OverQuota, nil
case internalAllowed: // 未超過，允許訪問
return Allowed, nil
case internalHitQuota: // 正好達(dá)到限流上限
return HitQuota, nil
default:
return Unknown, ErrUnknownCode
}
}上文已經(jīng)介紹了，固定時間窗口會有臨界突發(fā)問題，并不是那么嚴(yán)謹(jǐn)，下篇文章我們來介紹令牌桶限流。
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參考文章：
- https://juejin.cn/post/6895928148521648141
- https://juejin.cn/post/7051406419823689765
- https://www.infoq.cn/article/Qg2tX8fyw5Vt-f3HH673
文章名稱：如何實現(xiàn)計數(shù)器限流？
標(biāo)題來源：http://m.5511xx.com/article/dhichpe.html
