基于滑动窗口的限流算法在ASP.NET Core中的实现

ASP.NET Core中使用滑动窗口限流

ASP.NET Core中使用滑动窗口算法来实现流量控制，是一种流行的技术，主要用于保护系统免受过大流量的侵害，并确保系统的稳定性和可用性。

这个算法很像生产者和消费者的实现，限流器是一个生产者，业务是消费者。

如果业务需要处理100个请求/秒，那么每秒钟就可以生产100个请求令牌，每当有请求过来时，业务就消费一个令牌。

当令牌用完时，业务就不能再处理新的请求，直到下一个令牌可用。

滑动窗口算法是一种更加灵活的限流算法，它允许流量在一段时间内以高于平均速率的速率突发。

这是因为滑动窗口算法会跟踪最近一段时间内的请求速率，并在请求速率超过平均速率时调整令牌生产速率。

这使得滑动窗口算法能够更好地应对流量突发情况，并防止系统过载。

这种基于滑动窗口的限流算法和基于计数器/令牌桶的限流算法类似，它们都有一个窗口，在这个窗口内允许一定数量的请求通过。

但是，基于滑动窗口的限流算法有一个更重要的特点，就是它可以适应流量的动态变化。

比如，如果流量突然增加，基于滑动窗口的限流算法可以迅速地增加允许通过的请求数量，以满足需求。

而基于计数器/令牌桶的限流算法则不能做到这一点，它只能以一个固定的速率来允许请求通过。

因此，基于滑动窗口的限流算法在应对突发流量方面具有更好的灵活性。

接下来，我们将介绍如何将滑动窗口算法应用于ASP.NET Core中。

首先，我们需要创建一个限流器类，这个类将负责生成令牌并管理令牌的消耗。

public class SlidingWindowRateLimiter
{
    private readonly TimeSpan _windowSize;
    private readonly int _maxTokens;
    private readonly LinkedList<DateTime> _timestamps;

    public SlidingWindowRateLimiter(TimeSpan windowSize, int maxTokens)
    {
        _windowSize = windowSize;
        _maxTokens = maxTokens;
        _timestamps = new LinkedList<DateTime>();
    }

    public bool TryAcquire()
    {
        lock (_timestamps)
        {
            // Remove timestamps that are older than the window size
            while (_timestamps.Count > 0 && DateTime.UtcNow - _timestamps.First.Value > _windowSize)
            {
                _timestamps.RemoveFirst();
            }

            // If the number of timestamps is less than the maximum number of tokens, then we can acquire a token
            if (_timestamps.Count < _maxTokens)
            {
                _timestamps.AddLast(DateTime.UtcNow);
                return true;
            }
            else
            {
                return false;
            }
        }
    }
}

接下来，我们需要在ASP.NET Core应用程序中使用这个限流器。

public class Startup
{
    public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
    {
        services.AddSingleton<SlidingWindowRateLimiter>(new SlidingWindowRateLimiter(TimeSpan.FromSeconds(1), 100));
    }

    public void Configure(IApplicationBuilder app, IWebHostEnvironment env)
    {
        app.UseMiddleware<RateLimitingMiddleware>();
    }
}

public class RateLimitingMiddleware
{
    private readonly RequestDelegate _next;
    private readonly SlidingWindowRateLimiter _rateLimiter;

    public RateLimitingMiddleware(RequestDelegate next, SlidingWindowRateLimiter rateLimiter)
    {
        _next = next;
        _rateLimiter = rateLimiter;
    }

    public async Task InvokeAsync(HttpContext context)
    {
        // Attempt to acquire a token from the rate limiter
        if (_rateLimiter.TryAcquire())
        {
            // If we were able to acquire a token, then we can continue processing the request
            await _next(context);
        }
        else
        {
            // If we were unable to acquire a token, then we need to return a 429 Too Many Requests response
            context.Response.StatusCode = 429;
        }
    }
}

通过这种方式，我们就可以在ASP.NET Core应用程序中实现基于滑动窗口的限流。