限流大法：令牌桶算法

记得很多年前就有喜欢在面试的时候问这个问题：如何在高并发、大流量的时候，进行服务限流？

不同人能给出不同的解决办法。

无外乎两种处理：

1. 在客户端限流。
1. 在服务端限流。

在客户端限流，就是利用产品设计，让单位时间内（可以是1秒，10秒，30秒，1分钟等）只能发出一定请求数量。给用户友好的交互提醒，让他过一会儿再试。

当然如果遇到懂技术的用户，通过一些手段绕过客户端限流限制，那么服务端又会承受这泼天的密集请求。

在服务端限流是一个比较好的选择，更多的控制权放在服务端。一般考虑在2个地方去实现限流。第一个是利用API Gateway，在网关增加请求速率的限制，把大量的请求直接拦在网关处，从而减少服务器在一定时间内能处理的请求数量。

另一个方案是在API服务里面增加限流逻辑，大体的实现思路是：

初始化一个容量固定（比如N）的bucket并装满N个token。每当一个请求过来，就消耗一个token。当bucket没有token了，就无法处理请求了。

而我们在一个时间间隔之后快速refill满bucket，继续等待请求过来消耗token。

下面用一个js代码来展示一个bucket是如何被消耗 token并且自动refill的：

class TokenBucket {
  constructor(capacity, refillRate, refillInterval) {
    this.capacity = capacity;         // Maximum tokens in the bucket
    this.tokens = capacity;           // Initial number of tokens
    this.refillRate = refillRate;     // Number of tokens added per interval
    this.refillInterval = refillInterval; // Interval for refilling tokens in milliseconds

    // Start the refill process
    setInterval(() => this.refill(), this.refillInterval);
  }

  // Refill tokens periodically
  refill() {
    this.tokens = Math.min(this.tokens + this.refillRate, this.capacity);
    console.log(`Refilled. Current tokens: ${this.tokens}`);
  }

  // Attempt to consume tokens
  consume(tokensRequired) {
    if (this.tokens >= tokensRequired) {
      this.tokens -= tokensRequired;
      console.log(`Consumed ${tokensRequired} tokens. Remaining: ${this.tokens}`);
      return true;
    } else {
      console.log(`Not enough tokens. Required: ${tokensRequired}, Available: ${this.tokens}`);
      return false;
    }
  }
}

// Example usage
const bucket = new TokenBucket(10, 1, 1000); // Capacity of 10 tokens, refills 1 token every second

// Simulate sending packets
setInterval(() => {
  const packetSize = 3; // Tokens required per packet
  if (bucket.consume(packetSize)) {
    console.log("Packet sent successfully");
  } else {
    console.log("Failed to send packet due to insufficient tokens");
  }
}, 500); // Attempt to send a packet every 0.5 seconds

关于如何实现refill还有很多不同实现方法，比如固定时间窗口，滑动时间窗口等，我这个实现是最简单粗暴的。后面找机会再聊一下滑动时间窗口的实现。

总结

令牌桶是一个很常见并且好用的算法，对于那些希望在一段时间内只处理有限请求的场景特别使用。毕竟这泼天的富贵，也要一口一口慢慢吃啊！