3分钟视频看懂令牌桶算法

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你好，我是好刚，这一讲我们来了解令牌桶（Token Bucket）。

先想象有一个木桶，系统按照固定速率，例如10ms 每次，往桶里加入Token，如果桶已经满了就不再添加。新请求来临时，会各自拿走一个Token，如果没有Token 就拒绝服务。这里如果一段时间没有请求时，桶内就会积累一些token，下次一旦有突发流量，只要token 足够，也能一次处理。

总结下令牌桶算法的特点，令牌桶即可以控制进入系统的请求请求量，同时允许突发流量。

在秒杀活动中，用户的请求速率是不固定的，这里我们假定为10r/s，令牌按照5个每秒的速率放入令牌桶，桶中最多存放20个令牌，那系统就只会允许持续的每秒处理5 个请求，或者每隔4 秒，等桶中20 个令牌攒满后，一次处理20个请求的突发情况，保证系统稳定性。

伪代码实现:

rate = 5.0; // unit: messages
per  = 8.0; // unit: seconds
allowance = rate; // unit: messages
last_check = now(); // floating-point, e.g. usec accuracy. Unit: seconds

when (message_received):
    current = now();
    time_passed = current - last_check;
    last_check = current;
    allowance += time_passed * (rate / per);
    
    if (allowance > rate):
        allowance = rate; // throttle
    
    if (allowance < 1.0):
        discard_message();
    else:
        forward_message();
        allowance -= 1.0;

令牌通算法PHP 实现

//速度 桶大小 / 时间段
$rate = $maxRequests / $period;

$t_key = $keyTime($id); //最后一次获取令牌时间
$a_key = $keyAllow($id); //已有令牌数

//判断是否有最后一次获取令牌记录
if ($cache->exists($t_key)) {
    $c_time = time();
    //计算上一次获取令牌到现在过去的时间
    $time_passed = $c_time - $cache->get($t_key);
    $cache->set($t_key, $c_time, $ttl);

    //获取桶中令牌数
    $allow = $cache->get($a_key);
    $allow += $time_passed * $rate; //加上最后一次消费令牌到现在期间增长的令牌数

    //令牌数不能超过最大数
    if ($allow > $maxRequests) {
        $allow = $maxRequests;
    }

    //使用的令牌数不能超过最大限制
    if ($allow < $use) {
        $cache->set($a_key, $allow, $ttl);
        return 0;
    } else {
        //消费令牌
        $cache->set($a_key, $allow - $use, $ttl);
        return (int) ceil($allow);
    }
} else {
    //记录当前时间为最后一次处理时间，用于下次使用
    $cache->set($t_key, time(), $ttl);
    //没有令牌时按照最大令牌数处理
    $cache->set($a_key, $maxRequests - $use, $ttl);
    return $maxRequests;
}

参考资料

• Token bucket wiki
• PHP Rate Limiting Library With Token Bucket Algorithm