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Java 实现滑动时间窗口限流算法的代码

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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:

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:

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:

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:

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:

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:

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:

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:

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:

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:

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:

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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