令牌桶令牌桶限流算法原理和代码（如下）

高性能限流器Guava RateLimiter

令牌桶算法，其核心是想通过限流器，必须拿到令牌。

只要我们能够限制发放令牌的速率，那么就能控制流速：

令牌以固定速率添加到令牌桶中，假设限流速率是 r/秒，则令牌每 1/r 秒会添加一个

假设令牌桶的容量是 b ，如果令牌桶已满，则新的令牌会被丢弃

请求能够通过限流器的前提是令牌桶中有令牌

b 其实是burst的简写，意义是限流器允许的最大突发流量。比如b=10，而且令牌桶中的令牌已满，此时限流器允许10个请求同时通过限流器，这只是突发流量，这10个请求会带走10个令牌，所以后续流量只能按照速率 r 通过限流器。

如何实现呢？基于生产者-消费者模式？

一个生产者线程定时向阻塞队列添加令牌

试图通过限流器的线程则作为消费者线程

只有从阻塞队列中获取到令牌，才允许通过限流器

设计看上去很完美，实现也简单，若并发量不大，这没有什么问题。可使用限流大部分都是高并发场景，而且系统压力已经临近极限了，此时这个实现就有问题了。

问题出在定时器，高并发下，系统压力已临近极限，定时器精度误差会很大，定时器本身还会创建调度线程，对系统性能影响极大。

所以Guava没有使用定时器，它是如何实现的呢？

Guava的令牌桶算法

关键是记录并动态计算下一令牌的发放时间。

假设令牌桶的容量为 b=1，限流速率 r = 1个请求/s。如下所示，若当前令牌桶无令牌，下一个令牌的发放时间是在第3s，而在第2s时，有个线程T1请求令牌，此时该如何处理？

线程T1请求令牌

• 对于该请求令牌的线程，很显然需要等待1s，1s以后（第3s）它就能拿到令牌。下一个令牌发放的时间也要增加1秒，因为第3s发放的令牌已被线程T1预占。
• 线程T1请求结束
• 网络异常，图片无法展示

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• 假设T1在预占第3s令牌后，马上又有一个线程T2请求令牌
• 线程T2请求令牌
• 网络异常，图片无法展示

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• 由于下一个令牌产生的时间是第4s，所以线程T2要等待2s，才能获取到令牌，同时由于T2预占第4s令牌，所以下一令牌产生时间还要增加1s
• 线程T2请求结束
• 网络异常，图片无法展示

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• 线程T1、T2都是在下一令牌产生时间之前请求令牌，若线程在下一令牌产生时间之后请求令牌会咋样？

假设在线程T1请求令牌之后的5秒，即第7秒，线程T3请求令牌，如下图所示。

• 线程T3请求令牌
• 网络异常，图片无法展示

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• 由于第5s已产生一个令牌，所以此时线程T3可直接拿到令牌，无需等待。

在第7s，实际上限流器能产生3个令牌，第5、6、7秒各产生一个令牌。由于我们假设令牌桶的容量是1，所以第6、7秒产生的令牌就丢弃了，其实等价地你也可以认为是保留的第7秒的令牌，丢弃的第5、6秒的令牌，也就是说第7秒的令牌被线程T3占有了，于是下一令牌的的产生时间应该是第8秒

线程T3请求结束

所以我们只需要记录一个下一令牌产生的时间，并动态更新它。

依然假设令牌桶的容量是1。关键是reserve()方法，这个方法会为请求令牌的线程预分配令牌，同时返回该线程能够获取令牌的时间。其实现逻辑就是上面提到的：如果线程请求令牌的时间在下一令牌产生时间之后，那么该线程立刻就能够获取令牌；反之，如果请求时间在下一令牌产生时间之前，那么该线程是在下一令牌产生的时间获取令牌。由于此时下一令牌已经被该线程预占，所以下一令牌产生的时间需要加上1秒。

3 小结

token bucket算法，是基于QPS来限流，其简单的实现，就是计算单位时间补充token的速率，然后每次tryConsume的时候根据速率修正availableTokens。

参考

https://github.com/vladimir-bukhtoyarov/bucket4j/blob/master/doc-pages/token-bucket-brief-overview.md

https://en.wikipedia.org/wiki/Token_bucket