小編這次要給大家分享的是C++如何實(shí)現(xiàn)線程安全的頻率限制器，文章內(nèi)容豐富，感興趣的小伙伴可以來(lái)了解一下，希望大家閱讀完這篇文章之后能夠有所收獲。

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很早以前，在學(xué)習(xí)使用 Python 的deque容器時(shí)，我寫(xiě)了一篇文章python3 deque 雙向隊(duì)列創(chuàng)建與使用方法分析。最近需要壓測(cè)線上服務(wù)的性能，又不愿意總是在 QA 那邊排隊(duì)，于是需要自己寫(xiě)一個(gè)壓測(cè)用的客戶端。其中一個(gè)核心需求就是要實(shí)現(xiàn) QPS 限制。

于是，終究逃不開(kāi)要在 C++ 中實(shí)現(xiàn)一個(gè)線程安全的頻率限制器。

設(shè)計(jì)思路

所謂頻率限制，就是要在一個(gè)時(shí)間段（inteval）中，限制操作的次數(shù)（limit）。這又可以引出兩種強(qiáng)弱不同的表述：

• 強(qiáng)表述：在任意一個(gè)長(zhǎng)度等于設(shè)定的時(shí)間段（interval）的滑動(dòng)窗口中，頻率限制器放行的操作次數(shù)（count）都不高于限制次數(shù)（limit）。
• 弱表述：在一組長(zhǎng)度等于設(shè)定的時(shí)間段（interval）且緊密相連的固定窗口中，每一個(gè)窗口里頻率限制器放行的操作次數(shù)（count）都不高于限制次數(shù)（limit）。

不難發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)表述通過(guò)「滑動(dòng)窗口」的方式，不僅限制了頻率，還要求了操作在時(shí)間上的均勻性。前作的頻率限制器，實(shí)際上對(duì)應(yīng)了這里的強(qiáng)表述。但實(shí)際工程中，我們通常只需要實(shí)現(xiàn)弱表述的頻率限制器就足夠使用了。

對(duì)于弱表述，實(shí)現(xiàn)起來(lái)主要思路如下：

當(dāng)操作計(jì)數(shù)（count）小于限制（limit）時(shí)直接放行；

單線程實(shí)現(xiàn)

在不考慮線程安全時(shí)，不難給出這樣的實(shí)現(xiàn)。

struct ms_clock {
 using rep = std::chrono::milliseconds::rep;
 using period = std::chrono::milliseconds::period;
 using duration = std::chrono::duration;
 using time_point = std::chrono::time_point;

 static
 time_point now() noexcept {
 return time_point(std::chrono::duration_cast(
   std::chrono::steady_clock::now().time_since_epoch()));
 }
};
} // namespace __details

class RateLimiter {
 public:
 using clock = __details::ms_clock; // 1.

 private:
 const uint64_t limit_;
 const clock::duration interval_;
 const clock::rep interval_count_;

 mutable uint64_t count_{std::numeric_limits::max()}; // 2.a.
 mutable clock::rep timestamp_{0};     // 2.b.

 public:
 constexpr RateLimiter(uint64_t limit, clock::duration interval) :
 limit_(limit), interval_(interval), interval_count_(interval_.count()) {}

 RateLimiter(const RateLimiter&) = delete;  // 3.a.
 RateLimiter& operator=(const RateLimiter&) = delete; // 3.b.
 RateLimiter(RateLimiter&&) = delete;   // 3.c.
 RateLimiter& operator=(RateLimiter&&) = delete; // 3.d.

 bool operator()() const;
 double qps() const {
 return 1000.0 * this->limit_ / this->interval_count_;
 }
};

bool RateLimiter::operator()() const {
 auto orig_count = this->count_++;
 if (orig_count < this->limit_) { // 4.
 return true;
 } else {
 auto ts = this->timestamp_;
 auto now = clock::now().time_since_epoch().count();
 if (now - ts < this->interval_count_) { // 5.
 return false;
 }
 this->timestamp_ = now;
 this->count_ = 1;
 return true;
 }
}

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