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Python 实现限流算法示例

阿静酱_5523

阿静酱_5523

发布时间:2026-03-07 19:39:19

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1007人浏览过

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来源于php中文网

原创

Python限流常用固定窗口、滑动窗口、令牌桶三种算法:固定窗口简单高效但有临界突发问题;滑动窗口精度高、内存开销略大;令牌桶支持突发流量,推荐生产使用,分布式场景建议Redis实现。

python 实现限流算法示例

Python 中实现限流(Rate Limiting)常用算法有三种:固定窗口、滑动窗口、令牌桶。选择哪种取决于你对精度、内存占用和并发安全的要求。

固定窗口计数器(简单高效,适合粗粒度限流)

将时间划分为固定长度的窗口(如 1 分钟),每个窗口独立计数。实现简单,但存在临界突发问题(窗口切换时可能翻倍放行)。

  • 用字典或 Redis 存储 key → {窗口开始时间, 请求次数},每次请求检查是否在当前窗口内
  • Python 示例(内存版,非线程安全,生产建议用 Redis 或加锁):
from time import time
from collections import defaultdict
<p>class FixedWindowLimiter:
def <strong>init</strong>(self, max_requests: int, window_seconds: int):
self.max_requests = max_requests
self.window_seconds = window_seconds
self.requests = defaultdict(list)  # key → [timestamp1, timestamp2, ...]</p><pre class="brush:php;toolbar:false;">def is_allowed(self, key: str) -> bool:
    now = int(time())
    window_start = (now // self.window_seconds) * self.window_seconds
    # 只保留当前窗口内的请求时间戳
    self.requests[key] = [
        t for t in self.requests[key]
        if window_start <= t < window_start + self.window_seconds
    ]
    if len(self.requests[key]) < self.max_requests:
        self.requests[key].append(now)
        return True
    return False

使用示例

limiter = FixedWindowLimiter(max_requests=5, window_seconds=60) print(limiter.is_allowed("user:123")) # True

滑动窗口日志(精度高,内存开销略大)

记录每次请求的精确时间戳,判断最近 N 秒内请求数是否超限。比固定窗口更平滑,但需维护有序时间序列(可用 deque 优化)。

  • 使用 collections.deque 保存时间戳,自动左弹出过期项
  • 每次请求前清理过期时间戳,再判断长度
from collections import deque
from time import time
<p>class SlidingWindowLimiter:
def <strong>init</strong>(self, max_requests: int, window_seconds: int):
self.max_requests = max_requests
self.window_seconds = window_seconds
self.requests = defaultdict(lambda: deque())</p><pre class="brush:php;toolbar:false;">def is_allowed(self, key: str) -> bool:
    now = time()
    window_start = now - self.window_seconds
    # 清理过期请求
    while self.requests[key] and self.requests[key][0] < window_start:
        self.requests[key].popleft()
    if len(self.requests[key]) < self.max_requests:
        self.requests[key].append(now)
        return True
    return False

361SCAN security check your skill python scripts
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令牌桶(支持突发流量,推荐生产使用)

以恒定速率向桶中添加令牌,每次请求消耗一个令牌。桶有容量上限,允许短时突发(只要桶未空)。

  • 关键参数:桶容量(burst)、填充速率(rate per second)
  • 每次请求计算自上次以来应新增的令牌数,更新剩余令牌并判断
  • 注意浮点精度和并发安全(多线程建议用 threading.Lock 或用 Redis 实现)
from time import time
from threading import Lock
<p>class TokenBucketLimiter:
def <strong>init</strong>(self, capacity: int, fill_rate: float):
self.capacity = capacity
self.fill_rate = fill_rate  # tokens per second
self.tokens = capacity
self.last_refill = time()
self.lock = Lock()</p><pre class="brush:php;toolbar:false;">def _refill(self):
    now = time()
    elapsed = now - self.last_refill
    new_tokens = elapsed * self.fill_rate
    self.tokens = min(self.capacity, self.tokens + new_tokens)
    self.last_refill = now

def is_allowed(self) -> bool:
    with self.lock:
        self._refill()
        if self.tokens >= 1:
            self.tokens -= 1
            return True
        return False

使用示例:每秒最多 2 个请求,最多可突发 5 个

limiter = TokenBucketLimiter(capacity=5, fill_rate=2.0)

生产环境建议

单机服务可用上述内存实现(注意加锁);分布式场景必须依赖共享存储,推荐 Redis:

  • 固定窗口:用 INCR + EXPIRE 实现原子计数
  • 滑动窗口:用 ZSET 存时间戳,ZREMRANGEBYSCORE 清理过期项
  • 令牌桶:Redis + Lua 脚本保证原子性(如官方推荐的 rate limiting with Redis)

不复杂但容易忽略:务必设置合理的 key 粒度(如 user_id、ip、api_path 组合),并考虑冷启动(首次请求时桶是否预热)和时钟漂移问题。

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