大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。
接上篇。Guava的令牌桶的实现中，包括一条设计哲学，需要大家注意：它允许瞬间的流量波峰超过QPS，但瞬间过后的请求将会等待较长的时间来缓解上次的波峰，以使得平均的QPS等于预定值。
RateLimiter类提供了令牌桶的接口，它是一个抽象类，其子类有SmoothRateLimiter(也是个抽象类)以及孙子类SmoothBursty，SmoothWarmingUp。SmoothRateLimiter类实现了算法的核心部分，因次我们暂且只讨论SmoothRateLimiter和其实现类SmoothBursty。RateLimiter都是通过静态的create函数实例化。以create(double permitsPerSecond)为例。参数permitsPerSecond为配置的QPS。该方法简洁明了，屏蔽了很多用户无需关心的细节。
public static RateLimiter create(double permitsPerSecond) {
return create(permitsPerSecond, SleepingStopwatch.createFromSystemTimer());
}
接着该方法调用了create(permitsPerSecond, SleepingStopwatch.createFromSystemTimer())方法(该方法由于是包的访问权限，在实际的项目中，基本不会直接调用)，同时创建了一个StopWatch，自动启动。
static RateLimiter create(double permitsPerSecond, SleepingStopwatch stopwatch) {
RateLimiter rateLimiter = new SmoothBursty(stopwatch, 1.0 /* maxBurstSeconds */);
rateLimiter.setRate(permitsPerSecond);
return rateLimiter;
}
该方法创建了SmoothBursty实例，up-casting为RateLimiter。maxBurstSeconds固定为1，说明令牌桶中所能存储的的最大令牌数是1*QPS。接着调用setRate方法，该方法初始化一些重要的参数：
public final void setRate(double permitsPerSecond) {
checkArgument(
permitsPerSecond > 0.0 && !Double.isNaN(permitsPerSecond), “rate must be positive”);
synchronized (mutex()) {
doSetRate(permitsPerSecond, stopwatch.readMicros());
}
}
主要实现在SmoothRateLimiter中：
@Override
final void doSetRate(double permitsPerSecond, long nowMicros) {
resync(nowMicros);
double stableIntervalMicros = SECONDS.toMicros(1L) / permitsPerSecond;
this.stableIntervalMicros = stableIntervalMicros;
doSetRate(permitsPerSecond, stableIntervalMicros);
}
其中resync方法是一个关键的方法，在请求令牌时也会用到，后面还会说明：
void resync(long nowMicros) {
// if nextFreeTicket is in the past, resync to now
if (nowMicros > nextFreeTicketMicros) {
double newPermits = (nowMicros – nextFreeTicketMicros) / coolDownIntervalMicros();
storedPermits = min(maxPermits, storedPermits newPermits);
nextFreeTicketMicros = nowMicros;
}
}
从中可以看出，如果nowMicros大于nextFreeTicketMicros，会重新计算nextFreeTicketMicros和storedPermit的值。设置stableIntervalMicros，该字段表示1/QPS，即生产令牌的速率。
接着调用doSetRate方法，该方法在SmoothBursty类中。
@Override
void doSetRate(double permitsPerSecond, double stableIntervalMicros) {
double oldMaxPermits = this.maxPermits;
maxPermits = maxBurstSeconds * permitsPerSecond;
if (oldMaxPermits == Double.POSITIVE_INFINITY) {
// if we don’t special-case this, we would get storedPermits == NaN, below
storedPermits = maxPermits;
} else {
storedPermits =
(oldMaxPermits == 0.0)
? 0.0 // initial state
: storedPermits * maxPermits / oldMaxPermits;
}
}
初始化maxPermits和storePermits，后者永远不会大于前者。
到此，rateLimiter初始化完成。除了resync方法，在不重新设置rate的情况，其他方法不在处理请求时用到，暂时忽略。
下面看关键的令牌申请的过程。
首先调用acquire()方法，申请令牌，无参数表示申请一个。
public double acquire() {
return acquire(1);
}
接着调用acquire(int permits)方法：
@CanIgnoreReturnValue
public double acquire(int permits) {
long microsToWait = reserve(permits);
stopwatch.sleepMicrosUninterruptibly(microsToWait);
return 1.0 * microsToWait / SECONDS.toMicros(1L);
}
reserve方法返回获取令牌所需要等待的时间，stopwatch阻塞当前线程，最后返回线程休眠的秒数。如果microsToWait为0，表示立即返回。
final long reserve(int permits) {
checkPermits(permits);
synchronized (mutex()) {
return reserveAndGetWaitLength(permits, stopwatch.readMicros());
}
}
reserve需要获取锁才可以操作，这也是令牌桶线程安全的原因，以下操作都在同步代码块中。
继续reserveAndGetWaitLength方法。
final long reserveAndGetWaitLength(int permits, long nowMicros) {
long momentAvailable = reserveEarliestAvailable(permits, nowMicros);
return max(momentAvailable – nowMicros, 0);
}
首先调用reserveEarliestAvailable，方法名说明了返回值的意义：即返回满足当前请求的最早的时钟，该值大于等于nowMicros。如何保证这一点的呢？我们看该方法：
@Override
final long reserveEarliestAvailable(int requiredPermits, long nowMicros) {
resync(nowMicros);
long returnValue = nextFreeTicketMicros;
double storedPermitsToSpend = min(requiredPermits, this.storedPermits);
double freshPermits = requiredPermits – storedPermitsToSpend;
long waitMicros =
storedPermitsToWaitTime(this.storedPermits, storedPermitsToSpend)
(long) (freshPermits * stableIntervalMicros);
this.nextFreeTicketMicros = LongMath.saturatedAdd(nextFreeTicketMicros, waitMicros);
this.storedPermits -= storedPermitsToSpend;
return returnValue;
}
这十多行代码是整个算法实现的核心，重点说明：
首先调用resync(nowMicros)，重置nextFreeTicketMicros。如果nowMicros在nextFreeTicketMicros之后，nextFreeTicketMicros=nowMicros，并往storedPermits中增加这段时间能产生的令牌。
返回值设置为当前的nextFreeTicketMicros。为什么要这样设置呢？因为如果nowMicros大于nextFreeTicketMicros，说明令牌桶肯定能满足需求(无论请求的令牌数目是多少，参见最上面的设计哲学)，而resync方法已经修改了nextFreeTicketMicros值为nowMicros值，逐层返回给调用者时，等待时间为0，线程无需等待；反之，如果nowMicros小于等于nextFreeTicketMicros，说明请求过快，线程需要等待，等待的时间就是nextFreeTicketMicros-nowMicros。
接下来，storedPermitsToSpend代表令牌桶中已有的令牌数，可以用于当前的请求。但未必满足需求。
其次，freshPermits代表需要新生成的令牌数。如果storedPermits已经满足需求，则freshPermits为0。
再次，计算新生成令牌需要花费的时间，这些需要后来者偿还。
然后修改nextFreeTicketMicros的值。
最后修改storedPermits值。
至此整个处理过程结束。
经过上面的代码梳理，详细大家对RateLimiter的代码有个比较清晰的认识，但要加深理解，还需要多做debug和test。
Guava包里面包括了很多test case。我们可以把test类单拿出来，根据自己的情况添加相应的case即可。该类是com.google.common.util.concurrent. RateLimiterTest。由于很多类都使用了默认访问权限，我们需要定义一个 com.google.common.util.concurrent包，导入RateLimiterTest类。该类中，guava提供了一个FakeStopwatch的nested class。它能够让时钟按照我们的要求暂停，休眠随意的时长，并记录休眠和请求对应的事件，并已特定的格式输出。例如：R1.00代表请求给定的令牌延迟了1秒；U1.05表示stopwatch休眠1.05秒，即模拟时钟过了1.05秒。例如一个测试通过的case：
public void testSimple() {
RateLimiter limiter = RateLimiter.create(5.0, stopwatch);
limiter.acquire(); // R0.00
limiter.acquire(); // R0.20
limiter.acquire(); // R0.20
stopwatch.sleepMillis(1000); // U1.00
assertEvents(“R0.00”, “R0.20”, “R0.20”, “U1.00”);
}
下面提供一个case，验证下大家的理解。
public void testOneSecondBurst3() {
RateLimiter limiter = RateLimiter.create(1.0, stopwatch);
limiter.acquire(1); // R值？
stopwatch.sleepMillis(1050);//U值？
limiter.acquire(1); // R值？ nowMicros？ nextFree？
stopwatch.sleepMillis(950);
limiter.acquire(1); // R值？ nowMicros？ nextFree？
stopwatch.sleepMillis(1000);
limiter.acquire(1); // R值？ nowMicros？ nextFree？
}
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