在分布式系統蓬勃發展的當下，系統面臨的流量挑戰日益復雜。為確保系統在高并發場景下的穩定性與可用性，限流策略成為了關鍵防線。本文將深入探討固定窗口、滑動窗口、令牌桶以及漏斗這四種常見的分布式限流方案，詳細剖析它們的實現原理、各自的優缺點，助力開發者在實際項目中做出最優選擇。?

固定窗口限流方案?

實現方式?

固定窗口限流是最為基礎的限流策略。它將時間劃分為固定長度的窗口，在每個窗口內，記錄請求的數量。當請求到達時，判斷當前窗口內的請求計數是否超過設定的閾值。若未超過，則允許請求通過，并將計數加一；若超過閾值，則拒絕請求。例如，設定一個窗口時長為 1 分鐘，限流閾值為 100 次請求。在每分鐘開始時，計數器重置為 0，每來一次請求，計數器增加 1，若在這 1 分鐘內請求次數達到 101 次，后續請求將被拒絕。?

優點?

實現簡單：邏輯直接明了，易于理解和編碼實現，對開發人員的技術要求相對較低。?
計算量小：僅需維護一個簡單的計數器和時間窗口標識，在高并發場景下，對系統資源的消耗較少。?

缺點?

存在流量突刺問題：假設窗口時長為 1 分鐘，限流閾值為 100。在第一個窗口的最后一秒涌入 100 個請求，緊接著下一個窗口開始的第一秒又涌入 100 個請求，這樣在 2 秒內系統就承受了 200 個請求，遠超預期的平均限流速率，可能導致系統瞬間壓力過大甚至崩潰。?
限流不夠精準：它只能控制每個固定窗口內的總請求數，無法對窗口內不同時間段的流量進行精細控制。?

滑動窗口限流方案?

實現方式?

滑動窗口是對固定窗口的優化。它將時間窗口進行細分，例如把 1 分鐘的窗口劃分為 60 個 1 秒的小窗口。每個小窗口都有獨立的請求計數。隨著時間推移，窗口像滑動門一樣逐步移動，舊的小窗口移出，新的小窗口移入。當請求到達時，不僅要判斷當前所在小窗口的請求計數，還要綜合考慮滑動窗口內所有小窗口的請求總數是否超過閾值。例如，1 分鐘的滑動窗口劃分為 60 個小窗口，限流閾值為 100。如果當前第 30 秒的小窗口內已有 5 個請求，而滑動窗口內累計請求數為 90，此時再有新請求到達，計算滑動窗口內（包含當前小窗口）的總請求數為 95，未超過 100，則允許請求通過。?

優點?

解決流量突刺問題：通過細分窗口和動態滑動，有效避免了固定窗口在窗口切換時可能出現的流量集中沖擊，使限流更加平滑。?
限流更精準：能夠對時間窗口內不同時刻的流量進行更細致的把控，更符合實際業務中流量分布不均勻的特點。?

缺點?

實現復雜度增加：需要維護多個小窗口的計數，以及處理窗口滑動的邏輯，代碼實現相對復雜。?
資源消耗增加：由于要記錄多個小窗口的狀態，占用的內存等系統資源比固定窗口更多，在大規模分布式系統中，資源開銷不容忽視。?

令牌桶限流方案?

實現方式?

令牌桶算法中，系統以固定的速率生成令牌并放入桶中。桶有固定的容量，當桶滿時，新生成的令牌會被丟棄。每個請求在通過限流時，需要從桶中獲取一個令牌。如果桶中有足夠的令牌，請求可以通過；若桶中沒有令牌，則請求被拒絕。例如，令牌生成速率為每秒 10 個，桶的容量為 100 個。系統會每秒向桶中添加 10 個令牌，當請求到來時，嘗試從桶中取一個令牌，若桶中有令牌則請求通過，若桶為空則請求被限流。?

優點?

允許一定程度的突發流量：因為桶可以預先積累一定數量的令牌，所以在短時間內，系統能夠處理比平均速率更高的流量，適應業務中偶爾出現的突發請求場景。?
限流規則靈活：通過調整令牌生成速率和桶的容量，可以輕松實現不同的限流策略，滿足多樣化的業務需求。?

缺點?

實現相對復雜：需要設計令牌生成、存儲以及獲取的機制，涉及到定時任務、數據結構等知識，開發難度較固定窗口有所提升。?
對令牌生成速率的設置要求較高：若令牌生成速率設置不合理，可能導致系統在高并發下無法有效限流或者資源利用不充分。?

漏斗限流方案?

實現方式?

漏斗算法類似于一個底部有小孔的漏斗，請求就像水一樣流入漏斗。漏斗以固定的速率將請求流出（處理請求），當漏斗中的請求數量超過漏斗的容量時，新流入的請求將被拒絕。例如，漏斗的容量為 50，流出速率為每秒 5 個請求。當請求不斷進入漏斗時，若漏斗內請求數未超過 50，請求按每秒 5 個的速率被處理；若漏斗已滿，再有新請求進入則被限流拒絕。?

優點?

流量處理平滑：能保證請求以固定的速率被處理，不會出現流量忽大忽小的情況，對于一些對流量穩定性要求較高的系統，如數據庫讀寫操作，能有效保護后端資源。?
實現相對簡單：相較于令牌桶，漏斗算法的邏輯更為直接，只需關注請求的流入、漏斗容量以及流出速率，易于理解和實現。?

缺點?

不支持突發流量：由于請求只能以固定速率流出，無法應對業務中突然出現的大量請求，可能導致在突發流量下大量請求被拒絕，影響用戶體驗。?
資源利用率較低：在流量低谷期，漏斗仍以固定速率處理請求，可能造成系統資源閑置，不能充分利用系統的處理能力。?
綜上所述，不同的分布式限流方案各有優劣。在實際應用中，開發者需要根據業務場景的特點，如流量特性（是否有突發流量、對流量穩定性要求等）、系統資源狀況、開發成本等因素，綜合權衡選擇最適合的限流方案，以保障分布式系統的穩定高效運行。