Java 实现滑动时间窗口限流算法,你见过吗?

简介: 网上搜滑动时间窗口限流算法,大多都太复杂了,本人实现了个简单的,先上代码:

在网上搜滑动时间窗口限流算法,大多都太复杂了,本人实现了个简单的,先上代码:

package cn.dijia478.util;
import java.time.LocalTime;
import java.util.LinkedList;
import java.util.List;
import java.util.Map;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
/**
 * 滑动时间窗口限流工具
 * 本限流工具只适用于单机版,如果想要做全局限流,可以按本程序的思想,用redis的List结构去实现
 *
 * @author dijia478
 * @date 2020-10-13 10:53
 */
public class SlideWindow {
    /** 队列id和队列的映射关系,队列里面存储的是每一次通过时候的时间戳,这样可以使得程序里有多个限流队列 */
    private volatile static Map<String, List<Long>> MAP = new ConcurrentHashMap<>();
    private SlideWindow() {}
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        while (true) {
            // 任意10秒内,只允许2次通过
            System.out.println(LocalTime.now().toString() + SlideWindow.isGo("ListId", 2, 10000L));
            // 睡眠0-10秒
            Thread.sleep(1000 * new Random().nextInt(10));
        }
    }
    /**
     * 滑动时间窗口限流算法
     * 在指定时间窗口,指定限制次数内,是否允许通过
     *
     * @param listId     队列id
     * @param count      限制次数
     * @param timeWindow 时间窗口大小
     * @return 是否允许通过
     */
    public static synchronized boolean isGo(String listId, int count, long timeWindow) {
        // 获取当前时间
        long nowTime = System.currentTimeMillis();
        // 根据队列id,取出对应的限流队列,若没有则创建
        List<Long> list = MAP.computeIfAbsent(listId, k -> new LinkedList<>());
        // 如果队列还没满,则允许通过,并添加当前时间戳到队列开始位置
        if (list.size() < count) {
            list.add(0, nowTime);
            return true;
        }
        // 队列已满(达到限制次数),则获取队列中最早添加的时间戳
        Long farTime = list.get(count - 1);
        // 用当前时间戳 减去 最早添加的时间戳
        if (nowTime - farTime <= timeWindow) {
            // 若结果小于等于timeWindow,则说明在timeWindow内,通过的次数大于count
            // 不允许通过
            return false;
        } else {
            // 若结果大于timeWindow,则说明在timeWindow内,通过的次数小于等于count
            // 允许通过,并删除最早添加的时间戳,将当前时间添加到队列开始位置
            list.remove(count - 1);
            list.add(0, nowTime);
            return true;
        }
    }
}

运行可以看到,任意10秒内,通过的次数不超过2次。或者按照实现原理来说,任意通过2次内的时间差,都不超过10秒:


image.png


这里画图做说明,为什么这样可以做到滑动窗口限流,假设10秒内允许通过5次


1.这条线就是队列list,当第一个事件进来,队列大小是0,时间是第1秒:


image.png


2.因为size=0,小于5,都没有到限制的次数,完全不用考虑时间窗口,直接把这次事件的时间戳放到0的位置:


image.png


3.第2.8秒的时候,第二个事件来了。因为此时size=1,还是小于5,把这次事件的时间戳放到0的位置,原来第1秒来的事件时间戳会往后移动一格:


image.png


4.陆续的又来了3个事件,队列大小变成了5,先来的时间戳依次向后移动。此时,第6个事件来了,时间是第8秒:


image.png


5.因为size=5,不小于5,此时已经达到限制次数,以后都需要考虑时间窗口了。所以取出位置4的时间(离现在最远的时间),和第6个事件的时间戳做比较:


image.png


6.得到的差是7秒,小于时间窗口10秒,说明在10秒内,来的事件个数大于5了,所以本次不允许通过:

image.png



7.接下来即便来上100个事件,只要时间差小于等于10秒,都同上,拒绝通过:

image.png



8.第11.1秒,第101次事件过来了。因为size=5,不小于5,所以取出位置4的时间(离现在最远的时间),和第101个事件的时间戳做比较:

image.png



9.得到的差是10.1秒,大于时间窗口10秒,说明在10秒内,来的事件个数小于等于5了,所以本次允许通过:

image.png



10.删除位置4的时间(离现在最远的时间),把这次事件的时间戳放到0的位置,后面的时间戳依次向后移动:


image.png


往后再来其他事件,就是重复4-10的步骤,即可实现,在任意滑动时间窗口内,限制通过的次数


其本质思想是转换概念,将原本问题的确定时间大小,进行次数限制。转换成确定次数大小,进行时间限制。


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