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
class TrafficShaper{
private $_config;
private $_redis;
private $_queue;
private $_max;
public function __construct($config, $queue, $max){
$this->_config = $config;
$this->_queue = $queue;
$this->_max = $max;
$this->_redis = $this->connect();
}
public function add($num=0){
$curnum = intval($this->_redis->lSize($this->_queue));
$maxnum = intval($this->_max);
$num = $maxnum>=$curnum+$num? $num : $maxnum-$curnum;
if($num>0){
$token = array_fill(0, $num, 1);
$this->_redis->lPush($this->_queue, ...$token);
return $num;
}
return 0;
}
public function get(){
return $this->_redis->rPop($this->_queue)? true : false;
}
public function reset(){
$this->_redis->delete($this->_queue);
$this->add($this->_max);
}
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;
}
}
?>
demo:
<?php
require 'TrafficShaper.class.php';
$config = array(
'host' => 'localhost',
'port' => 6379,
'index' => 0,
'auth' => '',
'timeout' => 1,
'reserved' => NULL,
'retry_interval' => 100,
);
$queue = 'mycontainer';
$max = 5;
$oTrafficShaper = new TrafficShaper($config, $queue, $max);
$oTrafficShaper->reset();
for($i=0; $i<8; $i++){
var_dump($oTrafficShaper->get());
}
$add_num = $oTrafficShaper->add(10);
var_dump($add_num);
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。
<?php
require 'TrafficShaper.class.php';
$config = array(
'host' => 'localhost',
'port' => 6379,
'index' => 0,
'auth' => '',
'timeout' => 1,
'reserved' => NULL,
'retry_interval' => 100,
);
$queue = 'mycontainer';
$max = 10;
$token_num = 3;
$time_step = 1;
$exec_num = (int)(60/$time_step);
$oTrafficShaper = new TrafficShaper($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。
<?php
require 'TrafficShaper.class.php';
$config = array(
'host' => 'localhost',
'port' => 6379,
'index' => 0,
'auth' => '',
'timeout' => 1,
'reserved' => NULL,
'retry_interval' => 100,
);
$queue = 'mycontainer';
$max = 10;
$consume_token_range = array(2, 8);
$time_step = 1;
$oTrafficShaper = new TrafficShaper($config, $queue, $max);
$oTrafficShaper->reset();
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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