前言

• 在Redis–Zset的語法和使用場景舉例（朋友圈點贊，排行榜）一文中，提及了redis數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)zset的指令語法和一些使用場景，今天我們使用zset來實現(xiàn)滑動窗口限流，詳見下文。

什么是滑動窗口

• 滑動窗口是一種流量控制策略，用于控制一定時間內(nèi)請求的訪問數(shù)量。

• 其原理是：將時間劃分成規(guī)定的時間片段，每個片段有固定的時間間隔，如1s，1min，1h，然后定義一個時間窗口，比如5s，5min等，該窗口會隨著時間向右移動。此外還需要計數(shù)器計算窗口內(nèi)的請求數(shù)。當窗口移動時，會把已經(jīng)走過的時間片段的請求數(shù)刪掉。每當請求進入系統(tǒng)時，會檢查計數(shù)器中的請求數(shù)是否已經(jīng)滿了，如果計數(shù)未滿，則請求允許被執(zhí)行；否則執(zhí)行相應的拒絕方法。

  

• 滑動窗口在時間內(nèi)平滑地控制流量，而非簡單地固定請求數(shù)與速率，可以更加靈活地突發(fā)流量和峰值流量。

zset實現(xiàn)滑動窗口

• 在redis中可以使用zset實現(xiàn)滑動窗口作為限流方案，假如接口A每一分鐘只能訪問100次，那么我們可以將這個需要限流的接口名作為key，value采用zset數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，zset的score設(shè)置為當前請求的時間戳，zset的member只需要保證唯一性即可。

• 涉及到的zset指令

  向zset添加數(shù)據(jù)：zadd key score member
  刪除zset某個score范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)： zremrangebyscore key min max
  統(tǒng)計zset中數(shù)據(jù)的數(shù)量：zcard key

• 代碼實現(xiàn)：在代碼中定義滑動窗口大小為"windowSize"，收到請求后，在redis生成zset，用zremrangebyscore刪除score小于當前時間戳減去"windowSize"的數(shù)據(jù)，使用zcard查詢當前zset中的數(shù)據(jù)量，即請求量判斷是否超出限制值，若超出則不加入zset。

  public class RedisRateLimiter {
      private Jedis jedis;
      private String key;
      //窗口大小
      private int windowsize;
      //限制訪問的請求數(shù)
      private Integer limitValue;
  
      public RedisRateLimiter(Jedis jedis, String key, int windowsize, Integer limitValue) {
          this.jedis = jedis;
          this.key = key;
          this.windowsize = windowsize;
          this.limitValue = limitValue;
      }
  
      public boolean allowVisit() {
          //獲取當前時間戳
          long nowTimeStamp = System.currentTimeMillis();
          //窗口開始時間為當前時間戳減去60s
          long windowStartTime = nowTimeStamp - windowsize * 1000;
          //刪除score小于窗口開始時間的數(shù)據(jù)
          jedis.zremrangeByScore(key, "-inf", String.valueOf(windowStartTime));
          if (jedis.zcard(key) < limitValue) {
              jedis.zadd(key, nowTimeStamp, String.valueOf(nowTimeStamp));
              return true;
          }
          //超過limieValue 返回false
          return false;
      }
  
      /**
       * 上面的方法可以改寫為使用lua腳本，以避免高并發(fā)情況下的原子性問題
       */
      public boolean allowVIsitUseLua() {
          //獲取當前時間戳
          long nowTimeStamp = System.currentTimeMillis();
          String luaScript = """
                      local window_start_time = ARGV[1] -ARGV[3]*1000
                      redis.call('ZREMRANGEBYSCORE',KEYS[1],'-inf',window_start_time)
                      local now_request = redis.call('ZCARD',KEYS[1])
                      if now_request < tonumber(ARGV[2]) then
                           redis.call('ZADD',KEYS[1],ARGV[1],ARGV[1])
                           return 1
                      else
                           return 0
                      end
                  """;
          Object result = jedis.eval(luaScript, 1, key, String.valueOf(nowTimeStamp), String.valueOf(limitValue), String.valueOf(windowsize));
          return (long) result == 1;
      }
  
      public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
          Jedis jedis = new Jedis("127.0.0.1");
          String key = "interfaceA";
          jedis.del(key);
          RedisRateLimiter interfaceA = new RedisRateLimiter(jedis, key, 60, 10);
          //調(diào)用20次接口觀察結(jié)果
          for (int i = 0; i < 20; i++) {
              System.out.println("當前時間："+ DateTimeFormatter.ofPattern("yyyyMMdd HH:mm:ss:SSS").format(LocalDateTime.now())+
             "接口訪問情況: "+(interfaceA.allowVIsitUseLua()?"成功":"失敗"));
              Thread.sleep(1000);
          }
      }
  }
  

• 測試結(jié)果：我們在mian方法中，調(diào)用20次接口A，設(shè)置滑動窗口為60秒內(nèi)只可以訪問10次，觀察接口A的訪問情況:
  

• 觀察運行結(jié)果，因為60秒內(nèi)該接口只能調(diào)用10次，所以調(diào)用20次接口A，只有前10次成功了，與我們的期望相同。到此我們通過zset實現(xiàn)了滑動窗口限流的功能。

小結(jié)

本文通過Redis的有序集合Zset實現(xiàn)了滑動窗口限流的功能。然而這個方案也存在著缺點，因為zset要記錄滑動窗口內(nèi)的所有接口記錄，當我們的要求是某接口在60秒內(nèi)只能訪問100萬次，那么我們就可能得存入100萬條記錄，這種情況下，采用這種方案會消耗很大的存儲空間，明顯不適用。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-804360.html

附錄

• 在window系統(tǒng)快速使用Redis服務(wù)，只需要下載該壓縮包 redis壓縮包:redis.7z，解壓后，找到redis-server.exe即可啟動redis服務(wù)。

到了這里，關(guān)于Redis--Zset使用場景舉例(滑動窗口實現(xiàn)限流)的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！