C++实现令牌桶过滤算法

什么是令牌桶算法

令牌桶算法通过限制令牌桶的固定容量，实现对资源以及流量的延迟控制。请求者需先获取令牌，方可执行动作。若令牌桶内具有足够令牌便可通过消耗相等数量放过请求；而若令牌不足，则会拒绝请求。

该算法具备平滑的资源使用率控制功能，有效避免突发流量对系统的破坏。此外，令牌桶算法还适用于流量控制、预防DDoS攻击及防止资源过载等多种场景。同时，因其能根据需求动态调整填充速率，故在各种流量模式下均可适用。

操作示例

当然，以下是一个示例的C++代码，用于实现令牌桶过滤算法。令牌桶算法用于限制对一组资源的访问速率，它通过维护一个固定容量的令牌桶来控制对资源的访问。

#include <iostream>
#include <chrono>
#include <thread>

class TokenBucket {
public:
TokenBucket(int capacity, int rate) : capacity_(capacity), rate_(rate), tokens_(capacity) {}

bool consume(int tokens) {
    if (tokens <= tokens_) {
        tokens_ -= tokens;
        return true;
    } else {
        return false;
    }
}

void refill() {
    while (true) {
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
        tokens_ = std::min(capacity_, tokens_ + rate_);
    }
}

private:
int capacity_;
int rate_;
int tokens_;
};

int main() {
    TokenBucket bucket(10, 2); // 令牌桶容量为10，每秒增加2个令牌

    // 启动令牌桶的自动补充线程
    std::thread refill_thread([&] { bucket.refill(); });

    // 模拟资源访问
    for (int i = 0; i < 20; ++i) {
        if (bucket.consume(1)) {
            std::cout << "Access granted" << std::endl;
        } else {
            std::cout << "Access denied" << std::endl;
        }
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(500)); // 模拟资源访问间隔
    }

    // 等待自动补充线程结束
    refill_thread.join();

    return 0;
}

这段代码主要是创建了一个TokenBucket类，其中包含了令牌桶的容量、速率和当前令牌数量。主函数模拟了对资源的访问，并在访问时检查是否有足够的令牌。

令牌桶算法VS漏桶算法

令牌桶算法，它生成的令牌速率是一定的。当短时间内有大量的流量来请求的时候，他会瞬间获取大量的令牌，不会对他的请求产生太大的影响。与之相对的可能就是漏桶算法，漏洞算法它控制的是请求速率，而不是向令牌桶一样去控制它的生成速率。但是漏桶算法它有一个特点，就是当地大量的流量进来的时候，它实际请求的流量也是固定的。所以这就要看你当前使用的场景。

总结

总的来说，令牌桶算法是一种简单且实用的限速方式，适用于网络流量控制、API调用限制以及系统资源管理等领域，经常可能会在gateway里面去用到。一些常用的流量限制，是我们常说的限流处理。在日常使用中，可以根据其中生产令牌速率的特点，去选择合适的场景使用它。