滑动窗口算法

概述

滑动窗口算法（Sliding Window Algorithm）是一种常用的限流（Rate Limiting）技术，广泛应用于接口防刷、API限流、网络流量控制等场景。它的核心思想是：在一个固定长度的时间窗口内，统计请求的数量，如果超过了设定的阈值，则拒绝后续请求，否则允许通过。

原理

窗口定义

设定一个时间窗口（如1分钟），窗口内最多允许N次请求。

窗口滑动

窗口不是固定的，而是随着时间的推移不断“滑动”。每次有新请求到来时，窗口的起止时间会根据当前时间动态调整。

请求统计

统计当前窗口内的请求数。如果请求数未超过阈值，则允许通过；否则拒绝。

实现

代码定义

 @Autowiredprivate RedisTemplate<String, Object> redisTemplate;/*** 是否能通过滑动窗口的验证* 滑动窗口算法：*     描述：滑动窗口校验算法是一种用于数据流处理的高效技术，特别适用于网络通信、数据压缩和实时系统等领域。它通过维护一个动态窗口来校验数据的完整性或检测重复数据。*     核心概念：*      1. 窗口定义：固定大小的缓冲区，用于存储最近处理的数据*      2. 窗口滑动：新数据加入时，最旧的数据被移出窗口*      3. 校验机制：对窗口内的数据进行特定校验（如CRC、哈希或重复检测）* @param key 事件标识* @param windowPeriod 窗口限流的周期，单位是毫秒* @param windowSize 滑动窗口大小* @return*/public boolean passThough(String key, long windowPeriod, int windowSize) {//风控keyString riskControlKey = IMPlatformConstants.getKey(IMPlatformConstants.RISK_CONTROL_KEY_PREFIX, key);//获取当前时间long currentTimeStamp = System.currentTimeMillis();// 表示整个滑动窗口的总时长，也就是系统会在这个时长内统计请求数量，判断是否超过限流阈值。long length = windowPeriod * windowSize;long start = currentTimeStamp - length;//计算过期时间long expireTime = length + windowPeriod;redisTemplate.opsForZSet().add(riskControlKey, String.valueOf(currentTimeStamp), currentTimeStamp);// 移除[0,start]区间内的值redisTemplate.opsForZSet().removeRangeByScore(riskControlKey, 0, start);// 获取窗口内元素个数Long count = redisTemplate.opsForZSet().zCard(riskControlKey);// 过期时间 窗口长度+一个时间间隔redisTemplate.expire(riskControlKey, expireTime, TimeUnit.MILLISECONDS);//count为空不能通过if (count == null) {return false;}return count <= windowSize;}

可以看到，passThough 方法基于Redis 容器实现了一个滑动窗口算法。

示例

IP限流控制

比如：我们现在有一个需求，需要根据IP 进行限流控制 1秒内同一个IP 只允许访问10 次，那么调用

public static void main(String[] args) {RedisSlidingWindowLimitService limitService = new RedisSlidingWindowLimitService();// 需要限制的IP地址, 实际业务动态获取String ip = "127.0.0.1";// 窗口限流的最小周期，单位是毫秒，计算方式就是 windowPeriod = 限制周期 / 窗口大小，在这里就是 1000 / 10 = 100；long windowPeriod = 100;// 滑动窗口大小, 也就是限制的数量int windowSize = 10;boolean result = limitService.passThough(ip, windowPeriod, 10);if (!result) {System.out.println("当前IP访问达到阈值，不允许访问了！");}}

注意点：算法中 length 代表需要统计窗口的周期，我们的需求是 1秒内同一个IP最大访问10次, 所以 windowPeriod = 1000（毫秒） / 10；