Java高并发系统的限流策略

限流算法

令牌桶(Token Bucket)、漏桶(leaky bucket)和计数器算法是最常用的三种限流的算法。

计数器限流算法也是比较常用的，主要用来限制总并发数，比如数据库连接池大小、线程池大小、程序访问并发数等都是使用计数器算法。也是最简单粗暴的算法。

使用计数器限流示例1：

public class CountRateLimiterDemo {  private static AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);  public static void exec() {  if (count.get() >= 5) {  System.out.println("请求用户过多，请稍后在试！"+System.currentTimeMillis()/1000);  } else {  count.incrementAndGet();  try {  //处理核心逻辑  TimeUnit.SECONDS.sleep(1);  System.out.println("--"+System.currentTimeMillis()/1000);  } catch (InterruptedException e) {  e.printStackTrace();  } finally {  count.decrementAndGet();  }  }  }
}

使用AomicInteger来进行统计当前正在并发执行的次数，如果超过域值就简单粗暴的直接响应给用户，说明系统繁忙，请稍后再试或其它跟业务相关的信息。

弊端：使用 AomicInteger 简单粗暴超过域值就拒绝请求，可能只是瞬时的请求量高，也会拒绝请求。

使用计数器限流示例2

public class CountRateLimiterDemo {  private static Semaphore semphore = new Semaphore(50);  public static void exec() {  if(semphore.getQueueLength()>100){  System.out.println("当前等待排队的任务数大于100，请稍候再试...");  }  try {  semphore.acquire();  // 处理核心逻辑  TimeUnit.SECONDS.sleep(1);  System.out.println("--" + System.currentTimeMillis() / 1000);  } catch (InterruptedException e) {  e.printStackTrace();  } finally {  semphore.release();  }  }
}

使用Semaphore信号量来控制并发执行的次数，如果超过域值信号量，则进入阻塞队列中排队等待获取信号量进行执行。如果阻塞队列中排队的请求过多超出系统处理能力，则可以在拒绝请求。
相对Atomic优点：如果是瞬时的高并发，可以使请求在阻塞队列中排队，而不是马上拒绝请求，从而达到一个流量削峰的目的。

使用guava的RateLimiter限流示例3

Guava中开源工具类RateLimiter是基于令牌桶算法的实现类，可以简单的实现限流的工作，并根据系统实际情况调整生成token速率。RateLimiter 对简单的令牌桶算法做了一些工程上的优化，具体的实现是 SmoothBursty。需要注意的是，RateLimiter 的另一个实现 SmoothWarmingUp，就不是令牌桶了，而是漏桶算法。也许是出于简单起见，RateLimiter 中的时间窗口能且仅能为 1s，如果想搞其他时间单位的限流，只能另外造轮子。

RateLimiter 有一个有趣的特性是「前人挖坑后人跳」，也就是说 RateLimiter 允许某次请求拿走超出剩余令牌数的令牌，但是下一次请求将为此付出代价，一直等到令牌亏空补上，并且桶中有足够本次请求使用的令牌为止。这里面就涉及到一个权衡，是让前一次请求干等到令牌够用才走掉呢，还是让它先走掉后面的请求等一等呢？Guava 的设计者选择的是后者，先把眼前的活干了，后面的事后面再说。

RateLimiter rateLimiter = RateLimiter.create(2);

System.out.println(rateLimiter.acquire(5));

System.out.println(rateLimiter.acquire(2));

System.out.println(rateLimiter.acquire(1));

输出

0.0

2.496889

0.992149

可以看出，令牌桶每秒只能产生2个令牌，我们可以第一次取出5个，但是第二个再去取令牌的时候，需要等2.5s，也就是第一次令牌取完后，需要等2.5s才能取到令牌。同样的，第三次取1个令牌的时候，也需要等待第二次的1s的时间。也就是，取的速率可以超过令牌产生的速率，但是下一次再次去取的时候，需要阻塞等待。

当然也可以使用tryAcquire来非阻塞的获取，可以实时返回结果。另外tryAcquire也可以传入参数，也就是等待的时间，超时直接返回false。这点等同于常见的lock，tryLock。