本文介紹php基於redis,使用令牌桶演算法,實現存取流量的控制,提供完整演算法說明及示範實例,方便大家學習使用。
每當國內長假期或重要節日時,國內的景區或地鐵都會人山人海,導致負載過大,部分則會採用限流措施,限制進入的人數,當區內人數降低到一定值,再允許進入。
例如:
區內最大允許人數為M
區內目前人數為N
每進入一個人,N 1,當N = M時,則不允許進入
每離開一個人,N-1,當N < M時,可允許進入
系統在運作過程中,如遇上某些活動,造訪的人數會在一瞬間內爆增,導致伺服器瞬間壓力飆升,使系統超負荷工作。
當然我們可以增加伺服器去分擔壓力,先增加伺服器也需要一定的時間去配置,而且因為某一個活動而增加伺服器,活動結束後這些伺服器資源就浪費了。
因此我們可以根據業務類型,先使用限流的方式去減輕伺服器壓力。
與景區限流不同,系統的訪問到結束的時間非常短,因此我們只需要知道每個訪問持續的平均時間,設定最多同時訪問的人數即可。
令牌桶演算法
#1.首先設有一個令牌桶,桶內存放令牌,一開始令牌桶內的令牌是滿的(桶內令牌的數量可依伺服器情況設定)。
2.每次存取從桶內取走一個令牌,當桶內令牌為0,則不允許再存取。
3.每隔一段時間,再放入令牌,最多使桶內令牌滿額。 (可以根據實際情況,每隔一段時間放入若干個令牌,或直接補滿令牌桶)
我們可以使用redis的佇列作為令牌桶容器使用,使用lPush(入隊),rPop(出隊),實現令牌加入與消耗的操作。
TrafficShaper.class.php
<?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 $redis; } } // class end?>
demo:
<?php/** * 演示令牌加入与消耗 */require 'TrafficShaper.class.php';// redis连接设定$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()); }?>
輸出:
boolean trueboolean trueboolean trueboolean trueboolean trueboolean falseboolean falseboolean falseint 5boolean trueboolean trueboolean trueboolean trueboolean trueboolean false
定期加入令牌,我們可以使用crontab實現,每分鐘調用add方法加入若干令牌。 crontab的使用可以參考:《Linux crontab定時執行任務指令格式與詳細例子》
crontab最小的執行間隔為1分鐘,如果令牌桶內的令牌在前幾秒鐘就已經被消耗完,那麼剩下的幾十秒時間內,都取得不到令牌,導致使用者等待時間較長。
我們可以優化加入令牌的演算法,改為一分鐘內每若干秒加入若干令牌,這樣可以保證一分鐘內每段時間都有機會能取得到令牌。
crontab呼叫的加入令牌程式如下,每秒自動加入3個令牌。
<?php/** * 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; $i<$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); }?>
模擬消耗程式如下,每秒消耗2-8個令牌。
<?php/** * 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; $i<$consume_num; $i++){ $status = $oTrafficShaper->get(); echo '['.date('Y-m-d H:i:s').'] consume token:'.($status? 'true' : 'false').PHP_EOL; } sleep($time_step); }?>
示範
設定定時任務,每分鐘執行一次
* * * * * php /程序的路径/cron_add.php >> /tmp/cron_add.log
執行模擬消耗
php consume_demo.php
執行結果:
[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
因令牌桶一開始是滿的(最大令牌數10),所以之前的10次都能取得到令牌,10次之後則會根據消耗的令牌大於加入令牌數時,限制存取。
本文說明了php 基於redis使用令牌桶演算法實現流量控制的相關內容,更多相關內容請關注php中文網。
相關推薦:
如何透過php 建立帶logo二維碼類別
以上是講解php 基於redis使用令牌桶演算法實現流量控制的相關內容的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章!