在網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，為了防止網(wǎng)絡(luò)擁塞，需限制流出網(wǎng)絡(luò)的流量，使流量以比較均勻的速度向外發(fā)送，令牌桶算法就實(shí)現(xiàn)了這個(gè)功能， 可控制發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)的數(shù)目，并允許突發(fā)數(shù)據(jù)的發(fā)送。

什么是令牌

從名字上看令牌桶，大概就是一個(gè)裝有令牌的桶吧，那么什么是令牌呢？

紫薇格格拿的令箭，可以發(fā)號(hào)施令，令行禁止。在計(jì)算機(jī)的世界中，令牌也有令行禁止的意思，有令牌，則相當(dāng)于得到了進(jìn)行操作的授權(quán)，沒(méi)有令牌，就什么都不能做。

用令牌實(shí)現(xiàn)限速器

我們用1塊令牌來(lái)代表發(fā)送1字節(jié)數(shù)據(jù)的資格，假設(shè)我們?cè)丛床粩嗟陌l(fā)放令牌給程序，程序就有資格源源不斷的發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)我們不發(fā)放令牌給程序，程序就相當(dāng)于被限流，無(wú)法發(fā)送數(shù)據(jù)了。接下來(lái)我們說(shuō)說(shuō)限速器，所謂限速器，就是讓程序在單位時(shí)間內(nèi)，最多只能發(fā)送一定大小的數(shù)據(jù)。假設(shè)在1秒發(fā)放10塊令牌，那么程序發(fā)送數(shù)據(jù)的速度就會(huì)被限制在10bytes/s。如果1秒內(nèi)有大于10bytes的數(shù)據(jù)需要發(fā)送，就會(huì)因?yàn)闆](méi)有令牌而被丟棄。

改進(jìn)限速器——加個(gè)桶

我們實(shí)現(xiàn)的限速器，速度是恒定的，但是在實(shí)際的應(yīng)用中，往往會(huì)有突發(fā)的傳輸需求（需要更快速的發(fā)送，但是不會(huì)持續(xù)太久，也不會(huì)引起網(wǎng)絡(luò)擁塞），這種數(shù)據(jù)碰上我們的限速器，就因?yàn)槟貌坏搅钆贫鵁o(wú)法發(fā)送。

對(duì)限速器進(jìn)行一下改動(dòng)，依然1秒產(chǎn)生10塊令牌，但是我們把產(chǎn)生出來(lái)的令牌先放到一個(gè)桶里，當(dāng)程序需要發(fā)送的時(shí)候，從桶里取令牌，不需要的時(shí)候，令牌就會(huì)在桶里沉淀下來(lái)，假設(shè)桶里沉淀了10塊令牌，程序最多就可以在1秒內(nèi)發(fā)送20bytes的數(shù)據(jù)，滿足了突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?，并且由于桶里的令牌被用完，下一秒最多依然只能發(fā)10bytes的數(shù)據(jù)，不會(huì)因?yàn)槌掷m(xù)發(fā)送大量數(shù)據(jù)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)造成壓力。

15行Python代碼實(shí)踐令牌桶

令牌桶需要以一定的速度生成令牌放入桶中，當(dāng)程序要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，再?gòu)耐爸腥〕隽钆?。這里似乎有點(diǎn)問(wèn)題，如果我們使用一個(gè)死循環(huán)，來(lái)不停地發(fā)放令牌，程序就被阻塞住了，有沒(méi)有更好的辦法？

我們可以在取令牌的時(shí)候，用現(xiàn)在的時(shí)間減去上次取令牌的時(shí)間，乘以令牌的發(fā)放速度，計(jì)算出桶里可以取的令牌數(shù)量（當(dāng)然不能超過(guò)桶的大小），從而避免循環(huán)發(fā)放的邏輯。

接下來(lái)看代碼：

import timeclass TokenBucket(object): # rate是令牌發(fā)放速度，capacity是桶的大小 def __init__(self, rate, capacity):  self._rate = rate  self._capacity = capacity  self._current_amount = 0  self._last_consume_time = int(time.time()) # token_amount是發(fā)送數(shù)據(jù)需要的令牌數(shù) def consume(self, token_amount):  increment = (int(time.time()) - self._last_consume_time) * self._rate # 計(jì)算從上次發(fā)送到這次發(fā)送，新發(fā)放的令牌數(shù)量  self._current_amount = min(   increment + self._current_amount, self._capacity) # 令牌數(shù)量不能超過(guò)桶的容量  if token_amount > self._current_amount: # 如果沒(méi)有足夠的令牌，則不能發(fā)送數(shù)據(jù)   return False  self._last_consume_time = int(time.time())  self._current_amount -= token_amount  return True