PHP怎么实现令牌桶限流
小编给大家分享一下PHP怎么实现令牌桶限流,相信大部分人都还不怎么了解,因此分享这篇文章给大家参考一下,希望大家阅读完这篇文章后大有收获,下面让我们一起去了解一下吧!
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PHP实现令牌桶限流的方法:1、设有一个令牌桶,桶内存放令牌;2、每次访问从桶内取走一个令牌;3、根据实际情况,每隔一段时间放入若干个令牌或直接补满令牌桶即可。
本文操作环境:Windows7系统、PHP7.1、Dell G3电脑。
php 基于redis使用令牌桶算法实现流量控制
每当国内长假期或重要节日时,国内的景区或地铁都会人山人海,导致负载过大,部分则会采用限流措施,限制进入的人数,当区内人数降低到一定值,再允许进入。
例如:
区内最大允许人数为 M
区内当前人数为 N
每进入一个人,N+1,当N = M时,则不允许进入
每离开一个人,N-1,当N < M时,可允许进入
系统在运行过程中,如遇上某些活动,访问的人数会在一瞬间内爆增,导致服务器瞬间压力飙升,使系统超负荷工作。
当然我们可以增加服务器去分担压力,首先增加服务器也需要一定的时间去配置,而且因为某一个活动而增加服务器,活动结束后这些服务器资源就浪费了。
因此我们可以根据业务类型,先使用限流的方式去减轻服务器压力。
与景区限流不同,系统的访问到结束的时间非常短,因此我们只需要知道每个访问持续的平均时间,设定最多同时访问的人数即可。
令牌桶算法
1.首先设有一个令牌桶,桶内存放令牌,一开始令牌桶内的令牌是满的(桶内令牌的数量可根据服务器情况设定)。
2.每次访问从桶内取走一个令牌,当桶内令牌为0,则不允许再访问。
3.每隔一段时间,再放入令牌,最多使桶内令牌满额。(可以根据实际情况,每隔一段时间放入若干个令牌,或直接补满令牌桶)
我们可以使用redis的队列作为令牌桶容器使用,使用lPush(入队),rPop(出队),实现令牌加入与消耗的操作。
TrafficShaper.class.php
_config = $config; $this->_queue = $queue; $this->_max = $max; $this->_redis = $this->connect(); } /** * 加入令牌 * @param Int $num 加入的令牌数量 * @return Int 加入的数量 */ public function add($num=0){ // 当前剩余令牌数 $curnum = intval($this->_redis->lSize($this->_queue)); // 最大令牌数 $maxnum = intval($this->_max); // 计算最大可加入的令牌数量,不能超过最大令牌数 $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; } /** * 获取令牌 * @return Boolean */ public function get(){ return $this->_redis->rPop($this->_queue)? true : false; } /** * 重设令牌桶,填满令牌 */ public function reset(){ $this->_redis->delete($this->_queue); $this->add($this->_max); } /** * 创建redis连接 * @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'; // 最大令牌数 $max = 5; // 创建TrafficShaper对象 $oTrafficShaper = new TrafficShaper($config, $queue, $max); // 重设令牌桶,填满令牌 $oTrafficShaper->reset(); // 循环获取令牌,令牌桶内只有5个令牌,因此最后3次获取失败 for($i=0; $i<8; $i++){ var_dump($oTrafficShaper->get()); } // 加入10个令牌,最大令牌为5,因此只能加入5个 $add_num = $oTrafficShaper->add(10); var_dump($add_num); // 循环获取令牌,令牌桶内只有5个令牌,因此最后1次获取失败 for($i=0; $i<6; $i++){ var_dump($oTrafficShaper->get()); } ?>
输出:
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,我们可以使用crontab实现,每分钟调用add方法加入若干令牌。
crontab最小的执行间隔为1分钟,如果令牌桶内的令牌在前几秒就已经被消耗完,那么剩下的几十秒时间内,都获取不到令牌,导致用户等待时间较长。
我们可以优化加入令牌的算法,改为一分钟内每若干秒加入若干令牌,这样可以保证一分钟内每段时间都有机会能获取到令牌。
crontab调用的加入令牌程序如下,每秒自动加入3个令牌。
'localhost', 'port' => 6379, 'index' => 0, 'auth' => '', 'timeout' => 1, 'reserved' => NULL, 'retry_interval' => 100, ); // 令牌桶容器 $queue = 'mycontainer'; // 最大令牌数 $max = 10; // 每次时间间隔加入的令牌数 $token_num = 3; // 时间间隔,最好是能被60整除的数,保证覆盖每一分钟内所有的时间 $time_step = 1; // 执行次数 $exec_num = (int)(60/$time_step); // 创建TrafficShaper对象 $oTrafficShaper = new TrafficShaper($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); } ?>
模拟消耗程序如下,每秒消耗2-8个令牌。
'localhost', 'port' => 6379, 'index' => 0, 'auth' => '', 'timeout' => 1, 'reserved' => NULL, 'retry_interval' => 100, ); // 令牌桶容器 $queue = 'mycontainer'; // 最大令牌数 $max = 10; // 每次时间间隔随机消耗的令牌数量范围 $consume_token_range = array(2, 8); // 时间间隔 $time_step = 1; // 创建TrafficShaper对象 $oTrafficShaper = new TrafficShaper($config, $queue, $max); // 重设令牌桶,填满令牌 $oTrafficShaper->reset(); // 执行令牌消耗 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
设置定时任务,每分钟执行一次
* * * * * php /程序的路径/cron_add.php >> /tmp/cron_add.log
执行模拟消耗
php consume_demo.php
执行结果:
[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
因令牌桶一开始是满的(最大令牌数10),所以之前的10次都能获取到令牌,10次之后则会根据消耗的令牌大于加入令牌数时,限制访问。
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