php滑动页面,基于缓存服务的请求限流器（PHP实现，滑动窗口算法）

淩亂°似流年 2023-01-14 04:54 130阅读 0赞

有时候我们会对接一个弱鸡后端服务，只能支持很低的并发量。为了防止世界被破坏，我们需要对用户请求做限流，避免后端服务被打垮。

限流器有多种算法，比较常用的如令牌桶、漏桶、滑动窗口等。本文讲的是滑动窗口算法。

滑动窗口算法限流最适合的需求场景，就是X秒内，最多允许Y个请求。用漏桶和令牌桶算法我还没想出来应该咋能精确实现这一需求。

滑动窗口的原理网上一搜一大堆，这里就不描述了。我们直接来讲：

实现方法

如何定义限流规则呢？

有以下参数决定一个限流规则：private $window; // int 窗口大小，单位为秒

private $count; // int 在窗口时间内最多允许多少个请求

private $precision; // int 滑动窗口精度。根据窗口大小适当调整，窗口小(比如60以下)，则为1，

// 窗口越大，此值可以适当调大，以降低存储的请求数信息大小

private $resourceIdentity; // 需要限流保护的资源标识，在本例中就是这个后端接口

如何描述请求数信息呢？

首先，我们搞个字典，以unix时间(秒)为key来统计请求数。如果窗口太大，达到几百几千秒，则可以适当降低精度，以若干秒为单位来统计请求数。那么请求数信息就会是这样：// 当前时间为 1598268380，统计精度为1秒

$rateLimitInfo = \[

...

1598268377 => 3, // 2020-08-24 19:26:17 (CST) 有三个请求

1598268378 => 1, // 猜猜看啥意思

1598268379 => 2,

1598268380 => 1,

\];

// 或者统计精度为3秒

$rateLimitInfo = \[

...

1598268375 => 3, // 1598268377\\1598268376\\1598268375 这三秒都归到此处

1598268378 => 4, // 1598268380\\1598268379\\1598268378 这三秒都归到此处

如何存储请求数信息呢？

我们将这字典的key作为缓存服务的key(当然，需要根据限流规则标识、限流对象标识等内容，加上前缀标记)，value作为缓存服务的value，存入缓存服务，每次请求过来时，根据设置的滑动窗口大小，生成所有位于窗口内的key值，并调用缓存服务的getMulti方法获得所有的key对应的value，就得到了当前窗口内的所有时间的请求数了。// 计算当前时间(根据精度归一化后的时间)

$currentTime = floor((int)time() / $this->precision) \* $this->precision;

// 生成时间窗口内所有的key

$cacheKeyTime = $currentTime;

$earliestTime = $currentTime - $this->window;

$cacheKeyList = \[\];

while ($cacheKeyTime > $earliestTime) \{

$cacheKeyList\[\] = $this->generateCacheKey($cacheKeyTime, $callerIdentity);

$cacheKeyTime -= $this->precision;

// 调用缓存服务的getMulti方法获取

$rateLimitInfo = $this->memcached->getMulti($cacheKeyList);

if (array\_sum($rateLimitInfo) >= $this->count) \{

// 请求数超限啦，滚犊子吧

如果上面请求数校验通过了，则需要累加请求数。Memcached有increment方法，可以原子地增加缓存中的值，如果缓存值不存在，则设置一个初始值。$this->memcached->increment(

$this->generateCacheKey($currentTime, $callerIdentity), // 缓存的key，和时间相关

1, // 自增多少，当然是自增1

1, // 如果没有此key，初始值为多少，当然是1

$this->window // 过期时间

);

这里有个关键的地方，就是缓存过期时间，只有在没有此key需要新增记录的时候，这个参数才有用。也就是说，如果已存在key，调用increment方法时并不会延长过期时间。

那么我们将过期时间设置为窗口大小，就很好理解了，我们获取已有请求数时，并不会看当前时间窗口之外的数据，那么它们过期了，也无所谓。

以上的检查+自增，就构成了限流器的acquire方法。此方法还需要接受一个参数，即请求对象标识。这个标识可以是用户IP、或者业务上的用户ID。甚至可以是一个固定字符串，使其成为全局的限流。

完整代码为：public function \_\_construct(

string $resourceIdentity,

int $window,

int $count,

int $precision = 1) \{

$this->window = $window < 0 ? 0 : $window;

$this->count = $count;

$this->resourceIdentity = $resourceIdentity;

$this->precision = $precision;

$this->memcached = new Memcached( .... );

public function acquire(string $callerIdentity) : bool \{

// 计算当前时间(根据精度归一化后的时间)

$currentTime = floor((int)time() / $this->precision) \* $this->precision;

// 生成时间窗口内所有的key

$cacheKeyTime = $currentTime;

$earliestTime = $currentTime - $this->window;

$cacheKeyList = \[\];

while ($cacheKeyTime > $earliestTime) \{

$cacheKeyList\[\] = $this->generateCacheKey($cacheKeyTime, $callerIdentity);

$cacheKeyTime -= $this->precision;

// 调用缓存服务的getMulti方法获取

$rateLimitInfo = $this->memcached->getMulti($cacheKeyList);

if (array\_sum($rateLimitInfo) >= $this->count) \{

// 请求数超限

return false;

$this->memcached->increment(

$this->generateCacheKey($currentTime, $callerIdentity), // 缓存的key，和时间相关

1, // 自增多少，当然是自增1

1, // 如果没有此key，初始值为多少，当然是1

$this->window // 过期时间

);

return true;

private function generateCacheKey(int $currentTime, string $callerIdentity) : string \{

return \_\_CLASS\_\_ . $this->resourceIdentity . '\_' . $callerIdentity . '\_' . $currentTime;

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