无论是在我们日常的软件使用中还是软件开发中，我们总是会遇到速率限制的问题，例如短信验证码限制一小时最多只能发送5次，这是日常生活的情况；在工作中，我们可能会限制说 DB 的操作不能超过 100 qps，这也是一种限制操作，那么对于这些限制速率的行为，有没有什么好一点的实践或者理论，最近我就看了一些，但是理解可能并不是很深刻，但不妨写出来和大家交流一番。
常用的限流策略
在看了不少的实践文章之后，我发现有主要讲得都是两种方法，而且都是从网络限流中迁移过来的，分别是：Leaky bucket 和 Token bucket，这两种方法可能乍看之下差不多，而且有不少文章并没有明确得指出他们的区别，所以很容易混淆误导；但这不是唯一的原因，还有个原因就是在某些条件下，他们其实达到的效果和实现都是一致的，所以不免让人混淆。
下面我就以我个人的理解分别介绍讲解一下这两种策略，同时，针对 Token bucket 我将会使用 Python 编程语言写一个简单的实现，方便大家有一个更清晰的认识。
Leaky bucket
Leaky bucket 最初也是用在网络方面，用于计算机网络和通信网络中包交换的速率限制，后面也就迁移到其他领域了。Leaky bucket 的理论有两种，分别称为基于 meter 的和 基于 queue 的，他们实现的具体思路不同，而且当你真正实现的时候，会发现有很大的区别，下面我也分别介绍这两种。
基于 meter 的 Leaky bucket
这种基于 meter 的 Leaky bucket 相对来说比较简单，其实它就有一个计数器，然后有消息要发送的时候，就看计数器够不够，如果计数器没有满的话，那么这个消息就可以被处理，如果计数器不足以发送消息的话，那么这个消息将会被丢弃。
那么这个计数器是怎么来的呢，基于 meter 的形式的计数器就是发送的频率，例如你设置得频率是不超过 5条/s ，那么计数器就是 5，在一秒内你每发送一条消息就减少一个，当你发第 6 条的时候计时器就不够了，那么这条消息就被丢弃了。
从这里可以看出基于 meter 的 Leaky bucket 的特点就是肯定不超过指定速率，而且可以一定程度保持原始消息的发送信息，但是不能很好得应对突发的短期流量。
基于 queue 的 Leaky bucket
另外一种基于 queue 的 Leaky bucket 实现起来比较复杂，但是原理却比较简单，和 meter 差不多，也是存在一个 counter，这个 counter 却不表示速率限制，而是表示 bucket 的大小，这里就是当有消息要发送的时候看 bucket 中是否还有位置，如果有，那么就将消息放进 queue 中，注意，这里就是不一样的地方，这里只是将消息放进 Leaky bucket 维护的一个 queue 的，这个 queue 以 FIFO 的形式提供服务；如果 bucket 没有位置了，那么同样得，消息将被抛弃。
在消息被放进 queue 之后，Leaky bucket 还维护了一个定时器，这个定时器的周期就是我们设置的频率周期，例如我们设置得频率是 5条/s，那么定时器的周期就是 200ms，定时器每 200ms 去 queue 里获取一次消息，如果有消息，那么就发送出去，如果没有，那么轮空了。
从上面的描述中，可以看出，对于 基于 queue 的 Leaky bucket 来说，它可以保证的是任务之间的执行间隔严格按照我们设置得频率，不会超频，但是也正是因为如此，完全失去了任务进来的相关信息，而且对于突发流量也完全无法应对，无论流量多或少，都是固定的频率。
Token bucket
Token bucket，我们中文习惯性称之为 令牌桶，它的特点就是有一个 bucket，然后在 bucket 中存放了一定数额的 token，每当你要发送消息的时候，需要从 bucket 中获取一个 token，只要获取成功，那么你就可以发送，否则，那么将被放弃。
既然 token 会被消耗，那么肯定有补充的方式，是的，Token bucket 的 token 补充方式就是以设定的频率往bucket 里放置 token，而 bucket 是有大小的，如果要放置 token 的时候 bucket 满了，那么 token 将被抛弃，否则 bucket 中的 token 数量增加。
这里就是问题的有趣之处，和基于 queue 的 Leaky bucket 的一点区别就在于 bucket 是有容量的，也就是说假设我们设置的频率是 5条/s，但是我将 bucket 的 size 设置为 10，那么也就是说当 bucket 被放满的时候，同一时间我可以提供的 token 数量是 10 个，这意味着我可以临时支持 10条/s 的速率，这就是 token bucket 比较有意思的一点。
Token bucket 可以也能在一定程度上保持流量的来源特征，同时也支持一定的突发流量，但是，从另外一方面也可能导致超频，当然这依赖于你的选择，可以不要。
一个 Python 实现
根据上面的 Token bucket 的描述，我就以 Python 编程语言为例，给出一个
?
这个例子比较简单， Token bucket 有两个因子，分别是：频率 和 bucket大小，这里我们就将他们定义为 fill_rate 和 tokens，然后当我们需要发送消息的时候，就调用 consume 申请指定数量的 token，如果我们发现 token 是够的，那么 ok 没问题，不够的话就没办法了。
这里的判断 token 数量的逻辑还是不错的，值得同学们稍作思考一番。下面是一个使用的例子：
?
总结
最后，总结一下两种不同的方式的不同点和优缺点：
Leaky bucket 的优点就是可以保证速率肯定不超过我们设定的速率，最多也就相等；同时，实现可以很简单（meter），也可以很复杂（queue），不过更多情况下我们是认为它不能保持原始流量的特征的。在流量方面， Leaky bucket 不能应对突发流量，但是，反过来想，这个可以用来防御恶意流量，不过这个 bucket 的大小选择是个难题。
Token bucket 的一个比较大的优点就是可以应对突发流量，同时如果我们希望也可以转化为 meter leaky bucket，但是缺点也是比较明显，就是可能会产生突发性的流量，例如一个小时的流量都在第一秒耗完了，当然，这有个比较麻烦得解决方案：滑动窗口，这里没有提到。