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php实现 令牌桶,php 基于redis使用令牌桶算法实现流量控制

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php实现 令牌桶,php 基于redis使用令牌桶算法实现流量控制本文介绍 php 基于 redis 使用令牌桶算法 实现访问流量的控制 提供完整算法说明及演示实例 方便大家学习使用 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

本文介绍php基于redis，使用令牌桶算法，实现访问流量的控制，提供完整算法说明及演示实例，方便大家学习使用。

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

/ * PHP基于Redis使用令牌桶算法实现流量控制 * Date: 2018-02-23 * Author: fdipzone * Version: 1.0 * * Descripton: * php基于Redis使用令牌桶算法实现流量控制，使用redis的队列作为令牌桶容器，入队(lPush)出队(rPop)作为令牌的加入与消耗操作。 * * Func: * public add 加入令牌 * public get 获取令牌 * public reset 重设令牌桶 * private connect 创建redis连接 */

class TrafficShaper{ // class start

private $_config; // redis设定

private $_redis; // redis对象

private $_queue; // 令牌桶

private $_max; // 最大令牌数

/ * 初始化 *@param Array $config redis连接设定 */

public function __construct($config, $queue, $max){

$this->_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:

/ * 演示令牌加入与消耗 */

require ‘TrafficShaper.class.php’;

// redis连接设定

$config = array(

‘host’ => ‘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的使用可以参考：《Linux crontab定时执行任务 命令格式与详细例子》

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。

/ * 定时任务加入令牌 */

require ‘TrafficShaper.class.php’;

// redis连接设定

$config = array(

‘host’ => ‘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

$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。

/ * 模拟用户访问消耗令牌，每段时间间隔消耗若干令牌 */

require ‘TrafficShaper.class.php’;

// redis连接设定

$config = array(

‘host’ => ‘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

$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。

源码下载地址：点击下载

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