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本文操作環(huán)境：Windows7系統(tǒng)、php7.1、Dell G3電腦。
PHP如何實(shí)現(xiàn)令牌桶限流？
php 基于redis使用令牌桶算法實(shí)現(xiàn)流量控制
本文介紹php基于redis，使用令牌桶算法，實(shí)現(xiàn)訪問流量的控制，提供完整算法說明及演示實(shí)例，方便大家學(xué)習(xí)使用。
每當(dāng)國內(nèi)長假期或重要節(jié)日時(shí)，國內(nèi)的景區(qū)或地鐵都會(huì)人山人海，導(dǎo)致負(fù)載過大，部分則會(huì)采用限流措施，限制進(jìn)入的人數(shù)，當(dāng)區(qū)內(nèi)人數(shù)降低到一定值，再允許進(jìn)入。
例如：
區(qū)內(nèi)最大允許人數(shù)為 M
區(qū)內(nèi)當(dāng)前人數(shù)為 N
每進(jìn)入一個(gè)人，N+1，當(dāng)N = M時(shí)，則不允許進(jìn)入
每離開一個(gè)人，N-1，當(dāng)N < M時(shí)，可允許進(jìn)入
系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，如遇上某些活動(dòng)，訪問的人數(shù)會(huì)在一瞬間內(nèi)爆增，導(dǎo)致服務(wù)器瞬間壓力飆升，使系統(tǒng)超負(fù)荷工作。
當(dāng)然我們可以增加服務(wù)器去分擔(dān)壓力，首先增加服務(wù)器也需要一定的時(shí)間去配置，而且因?yàn)槟骋粋€(gè)活動(dòng)而增加服務(wù)器，活動(dòng)結(jié)束后這些服務(wù)器資源就浪費(fèi)了。
因此我們可以根據(jù)業(yè)務(wù)類型，先使用限流的方式去減輕服務(wù)器壓力。
與景區(qū)限流不同，系統(tǒng)的訪問到結(jié)束的時(shí)間非常短，因此我們只需要知道每個(gè)訪問持續(xù)的平均時(shí)間，設(shè)定最多同時(shí)訪問的人數(shù)即可。
令牌桶算法
1.首先設(shè)有一個(gè)令牌桶，桶內(nèi)存放令牌，一開始令牌桶內(nèi)的令牌是滿的（桶內(nèi)令牌的數(shù)量可根據(jù)服務(wù)器情況設(shè)定）。
2.每次訪問從桶內(nèi)取走一個(gè)令牌，當(dāng)桶內(nèi)令牌為0，則不允許再訪問。
3.每隔一段時(shí)間，再放入令牌，最多使桶內(nèi)令牌滿額。（可以根據(jù)實(shí)際情況，每隔一段時(shí)間放入若干個(gè)令牌，或直接補(bǔ)滿令牌桶）
我們可以使用redis的隊(duì)列作為令牌桶容器使用，使用lPush（入隊(duì)），rPop（出隊(duì)），實(shí)現(xiàn)令牌加入與消耗的操作。
TrafficShaper.class.php
_config = $config; $this->_queue = $queue; $this->_max = $max; $this->_redis = $this->connect();
} /**
* 加入令牌
* @param Int $num 加入的令牌數(shù)量
* @return Int 加入的數(shù)量
*/
public function add($num=0){
// 當(dāng)前剩余令牌數(shù)
$curnum = intval($this->_redis->lSize($this->_queue)); // 最大令牌數(shù)
$maxnum = intval($this->_max); // 計(jì)算最大可加入的令牌數(shù)量，不能超過最大令牌數(shù)
$num = $maxnum>=$curnum+$num? $num : $maxnum-$curnum; // 加入令牌
if($num>0){ $token = array_fill(0, $num, 1); $this->_redis->lPush($this->_queue, ...$token); return $num;
} return 0;
} /**
* 獲取令牌
* @return Boolean
*/
public function get(){
return $this->_redis->rPop($this->_queue)? true : false;
} /**
* 重設(shè)令牌桶，填滿令牌
*/
public function reset(){
$this->_redis->delete($this->_queue); $this->add($this->_max);
} /**
* 創(chuàng)建redis連接
* @return Link
*/
private function connect(){
try{ $redis = new Redis(); $redis->connect($this->_config['host'],$this->_config['port'],$this->_config['timeout'],$this->_config['reserved'],$this->_config['retry_interval']); if(empty($this->_config['auth'])){ $redis->auth($this->_config['auth']);
} $redis->select($this->_config['index']);
}catch(RedisException $e){ throw new Exception($e->getMessage()); return false;
} return $redis;
}
} // class end?>
demo:
'localhost',
'port' => 6379,
'index' => 0,
'auth' => '',
'timeout' => 1,
'reserved' => NULL,
'retry_interval' => 100,
);
// 令牌桶容器
$queue = 'mycontainer';
// 最大令牌數(shù)
$max = 5;
// 創(chuàng)建TrafficShaper對象
$oTrafficShaper = new TrafficShaper($config, $queue, $max);
// 重設(shè)令牌桶，填滿令牌
$oTrafficShaper->reset();
// 循環(huán)獲取令牌，令牌桶內(nèi)只有5個(gè)令牌，因此最后3次獲取失敗
for($i=0; $i<8; $i++){
var_dump($oTrafficShaper->get());
}
// 加入10個(gè)令牌，最大令牌為5，因此只能加入5個(gè)
$add_num = $oTrafficShaper->add(10);
var_dump($add_num);
// 循環(huán)獲取令牌，令牌桶內(nèi)只有5個(gè)令牌，因此最后1次獲取失敗
for($i=0; $i<6; $i++){
var_dump($oTrafficShaper->get());
}
?>
輸出：
boolean true boolean true boolean true boolean true boolean true boolean false boolean false boolean false int 5 boolean true boolean true boolean true boolean true boolean true boolean false
定期加入令牌算法
定期加入令牌，我們可以使用crontab實(shí)現(xiàn)，每分鐘調(diào)用add方法加入若干令牌。
crontab最小的執(zhí)行間隔為1分鐘，如果令牌桶內(nèi)的令牌在前幾秒就已經(jīng)被消耗完，那么剩下的幾十秒時(shí)間內(nèi)，都獲取不到令牌，導(dǎo)致用戶等待時(shí)間較長。
我們可以優(yōu)化加入令牌的算法，改為一分鐘內(nèi)每若干秒加入若干令牌，這樣可以保證一分鐘內(nèi)每段時(shí)間都有機(jī)會(huì)能獲取到令牌。
crontab調(diào)用的加入令牌程序如下，每秒自動(dòng)加入3個(gè)令牌。
'localhost',
'port' => 6379,
'index' => 0,
'auth' => '',
'timeout' => 1,
'reserved' => NULL,
'retry_interval' => 100,
);
// 令牌桶容器
$queue = 'mycontainer';
// 最大令牌數(shù)
$max = 10;
// 每次時(shí)間間隔加入的令牌數(shù)
$token_num = 3;
// 時(shí)間間隔，最好是能被60整除的數(shù)，保證覆蓋每一分鐘內(nèi)所有的時(shí)間
$time_step = 1;
// 執(zhí)行次數(shù)
$exec_num = (int)(60/$time_step);
// 創(chuàng)建TrafficShaper對象
$oTrafficShaper = new TrafficShaper($config, $queue, $max);
for($i=0; $i<$exec_num; $i++){
$add_num = $oTrafficShaper->add($token_num);
echo '['.date('Y-m-d H:i:s').'] add token num:'.$add_num.PHP_EOL;
sleep($time_step);
}
?>
模擬消耗程序如下，每秒消耗2-8個(gè)令牌。
'localhost',
'port' => 6379,
'index' => 0,
'auth' => '',
'timeout' => 1,
'reserved' => NULL,
'retry_interval' => 100,
);
// 令牌桶容器
$queue = 'mycontainer';
// 最大令牌數(shù)
$max = 10;
// 每次時(shí)間間隔隨機(jī)消耗的令牌數(shù)量范圍
$consume_token_range = array(2, 8);
// 時(shí)間間隔
$time_step = 1;
// 創(chuàng)建TrafficShaper對象
$oTrafficShaper = new TrafficShaper($config, $queue, $max);
// 重設(shè)令牌桶，填滿令牌
$oTrafficShaper->reset();
// 執(zhí)行令牌消耗
while(true){
$consume_num = mt_rand($consume_token_range[0], $consume_token_range[1]);
for($i=0; $i<$consume_num; $i++){
$status = $oTrafficShaper->get();
echo '['.date('Y-m-d H:i:s').'] consume token:'.($status? 'true' : 'false').PHP_EOL;
}
sleep($time_step);
}
?>
演示
設(shè)置定時(shí)任務(wù)，每分鐘執(zhí)行一次
* * * * * php /程序的路徑/cron_add.php >> /tmp/cron_add.log
執(zhí)行模擬消耗
php consume_demo.php
執(zhí)行結(jié)果：
[2018-02-23 11:42:57] consume token:true [2018-02-23 11:42:57] consume token:true [2018-02-23 11:42:57] consume token:true [2018-02-23 11:42:57] consume token:true [2018-02-23 11:42:57] consume token:true [2018-02-23 11:42:57] consume token:true [2018-02-23 11:42:57] consume token:true [2018-02-23 11:42:58] consume token:true [2018-02-23 11:42:58] consume token:true [2018-02-23 11:42:58] consume token:true [2018-02-23 11:42:58] consume token:true [2018-02-23 11:42:58] consume token:true [2018-02-23 11:42:58] consume token:true [2018-02-23 11:42:58] consume token:false [2018-02-23 11:42:59] consume token:true [2018-02-23 11:42:59] consume token:true [2018-02-23 11:42:59] consume token:true [2018-02-23 11:42:59] consume token:false [2018-02-23 11:42:59] consume token:false [2018-02-23 11:42:59] consume token:false [2018-02-23 11:42:59] consume token:false [2018-02-23 11:43:00] consume token:true [2018-02-23 11:43:00] consume token:true [2018-02-23 11:43:00] consume token:true [2018-02-23 11:43:00] consume token:false [2018-02-23 11:43:00] consume token:false
因令牌桶一開始是滿的（最大令牌數(shù)10），所以之前的10次都能獲取到令牌，10次之后則會(huì)根據(jù)消耗的令牌大于加入令牌數(shù)時(shí)，限制訪問。
當(dāng)前標(biāo)題：PHP如何實(shí)現(xiàn)令牌桶限流
文章出自：http://www.5511xx.com/article/djpedjg.html
