面试题：Redis令牌桶限流中令牌桶容量设计的影响因素

Question

在Redis令牌桶限流场景下，请阐述令牌桶容量设计需要考虑哪些主要因素？如何根据这些因素来初步确定一个合适的令牌桶容量值？

Answer 1

主要因素

1. 业务峰值流量：需了解业务在短时间内可能出现的最大请求量，比如电商促销活动瞬间的订单请求数。如果峰值流量预估过低，令牌桶可能无法应对突发流量，导致限流过度影响业务；预估过高则可能造成资源浪费。
2. 允许的突发流量容忍度：即业务能承受的超出平均流量的突发程度。例如某些业务可以短时间内接受比平均流量高2 - 3倍的突发请求，若容忍度高，令牌桶容量可适当增大。
3. 流量的平稳性：若流量波动较小，令牌桶容量可以相对小一些；若流量波动大，如直播平台在主播开播瞬间流量猛增，就需要更大容量来应对。
4. 系统资源限制：包括服务器的CPU、内存、带宽等。如果系统资源有限，令牌桶容量不能设置过大，以免因处理过多请求耗尽资源。例如服务器带宽限制了每秒最大的数据传输量，令牌桶容量不能超过带宽可承载的请求量对应的令牌数。
5. 限流周期：限流周期不同，令牌桶容量也不同。如以秒为周期和以分钟为周期，在同样的平均流量下，分钟周期的令牌桶容量理论上是秒周期的60倍。

确定合适容量值

1. 基于平均流量和突发容忍度：假设业务平均每秒请求量为 $Q_{avg}$，突发容忍倍数为 $k$，则初步令牌桶容量 $C = Q_{avg} \times k$。例如平均每秒请求量为100，能容忍2倍突发流量，令牌桶容量初步可设为200。
2. 结合流量平稳性调整：若流量平稳，上述计算值可作为初步容量；若流量波动大，可适当增大容量，比如再增加20% - 50%。即 $C' = C \times (1 + r)$，$r$ 取值0.2 - 0.5。
3. 考虑系统资源限制：计算系统资源可承载的最大请求量对应的令牌数 $C_{resource}$，对比前面计算的 $C'$，取两者中的较小值作为最终初步确定的令牌桶容量值。例如根据带宽计算出每秒最多能处理300个请求（对应令牌数300），前面计算出 $C'$ 为250，则最终初步容量为250。
4. 依据限流周期换算：若实际限流周期为 $T$，计算的是以秒为单位的容量 $C$，则实际令牌桶容量 $C_{final} = C \times T$（$T$ 换算为秒）。如限流周期为5分钟（300秒），之前计算的每秒容量为100，则最终令牌桶容量为 $100 \times 300 = 30000$。