手写Java实现QPS、吞吐率限制

谁践踏了优雅 2022-10-06 12:53 350阅读 0赞

业务场景  
在一个项目中需要频繁调用一个第三API接口来实现业务功能，但是这个第三方接口有QPS和吞吐率的限制，如果超过限制将请求失败；故我们需要在我们的业务功能中加上吞吐率（吞吐率 < QPS）的限制, 当达到限制时让当前的请求等待到下一个可执行时间段执行。

吞吐率实现  
吞吐率的限制是当前时段内（1S内）最多能处理的任务数量，超过限制必须等待；这个有点类似生产者-消费者模式，请求是生产者，数量没有限制；限制的吞吐量为消费者数量。  
使用Java 并发工具Semaphore 来实现对吞吐量的限制，当请求到达时，若吞吐量未达到限制，判断当前时间与最早请求处理时间是否达到时间间隔，如果达到着执行；未达到则休眠剩余时间后再执行；若吞吐量已达到限制，则等待获得信号量后执行；

使用数组存储每个请求开始处理的时间，数组大小等于吞吐量限制大小；

package com.anyunbao.common.utils.qps;
    
    import java.util.Arrays;
    import java.util.concurrent.Semaphore;
    import java.util.concurrent.TimeUnit;
    
    /**
     * @author Think
     * @className ThroughputLimiter
     * @description QPS 限制工具
     * @date 2019/4/13
     **/
    public class ThroughputLimiter {
        
    	/**
    	 * 接受请求时间窗口
    	 */
    	private long[] accessTime;
    	/**
    	 * 限制数量
    	 */
    	private int limit;
    	/**
    	 * 指向最早请求时间的位置
    	 */
    	private int curPosition;
    	/**
    	 * 时间间隔
    	 */
    	private long period;
    	/**
    	 * 限制请求的信号量;
    	 */
    	private Semaphore semaphore;
    
    
    	private final String LOCK = "LOCK";
    
    	public ThroughputLimiter(int limit, long period, TimeUnit timeUnit) {
        
    		if (limit < 0) {
        
    			throw new IllegalArgumentException("Illegal Capatity: " + limit);
    		}
    		this.curPosition = 0;
    		this.period = timeUnit.toMillis(period);
    		this.limit = limit;
    		this.semaphore = new Semaphore(limit);
    		this.accessTime = new long[limit];
    		Arrays.fill(accessTime, 0);
    	}
    	
    
    	public ThroughputLimiter(int limit) {
        
    	// 默认间隔为1S
    		this(limit, 1, TimeUnit.SECONDS);
    	}
    
    	public void acquire() throws InterruptedException {
        
    		synchronized (LOCK) {
        
    			semaphore.acquire();
    			long curTime = System.currentTimeMillis();
    			if (curTime - accessTime[curPosition] < period) {
        
    			    // 未达到处理间隔， 休眠间隔剩余时间
    				Thread.sleep(period - (curTime - accessTime[curPosition]) + 1);
    				curTime = System.currentTimeMillis();
    			}
    			accessTime[curPosition++] = curTime;
    			curPosition = curPosition % limit;
    		}
    	}
    	
    	
    	public void release(){
        
    	    // 任务处理完后释放一个信号量
    		semaphore.release();
    	}
    }

QPS实现  
QPS的思想和吞吐率类似，只是我们不需要考虑当前正在执行的任务数量，故去掉信号量的信息即可

public void limit() throws InterruptedException {
        
    		synchronized (LOCK) {
        
    			long curTime = System.currentTimeMillis();
    			if (curTime - accessTime[curPosition] < period) {
        
    			    // 未达到处理间隔， 休眠间隔剩余时间
    				Thread.sleep(period - (curTime - accessTime[curPosition]) + 1);
    				curTime = System.currentTimeMillis();
    			}
    			accessTime[curPosition++] = curTime;
    			curPosition = curPosition % limit;
    		}
    	}