Redis 滑动窗口 vs 固定窗口对比 - 问题详情 - 创脉思

解读

在国内高并发业务（秒杀、限流、防刷、API 频次控制）面试中，面试官用这道题同时考察三件事：

对「窗口」这一限流模型的本质理解；
对 Redis 原子性、内存结构、Lua 脚本、过期策略的实战掌握；
能否结合 PHP-FPM 或 Swoole 协程场景给出可落地的代码与性能数据。

回答时必须体现「业务精度」「Redis 精度」「PHP 精度」三个维度，否则会被追问「你这套方案双十一能扛 20w 并发吗？」

知识点

固定窗口（Fixed Window）
- 以自然时间为边界（如每分钟的 00–59 秒），Redis 用 INCR 单键 + EXPIRE 实现；
- 临界突变问题：59 秒来 100 请求，01 秒又来 100 请求，实际 2 秒打 200，超限 2 倍；
- 内存 O(1)，CPU O(1)，写操作简单，可水平扩展，但精度最低。
滑动窗口（Sliding Window）
- 以「当前时间点往前回溯 N 秒」为动态区间，Redis 用「时间戳 Score + 唯一请求 ID」的 ZSet 实现；
- 每次先 ZREMRANGEBYSCORE 清理过期时间戳，再 ZCARD 计数，最后 ZADD 当前请求；
- 无临界突变，精度可到毫秒级，内存 O(请求量)，CPU O(logN)；
- 需 Lua 脚本保证「清理-计数-写入」原子性，否则并发下会超卖。
国内业务选型经验
- 固定窗口 + 小窗口（≤1s）+ 令牌桶补偿，可cover 90% 的 C 端秒杀场景；
- 滑动窗口用于「单 IP 每分钟只能发 5 条短信」类强合规需求，内存上限通过「ZSet 长度硬截断」或「Redis Stream 裁剪」兜底；
- 大厂线上常把滑动窗口降级为「多桶滑动」：1s、10s、1min 三档 ZSet，减少单 Key 热写。
PHP 侧落地细节
- PHP-FPM 短连接下，用 predis 的 eval() 一次性把 Lua 脚本发到 Redis，避免多次 round-trip；
- Swoole 协程环境用 mix/redis 连接池，Lua 脚本哈希缓存到 SCRIPT LOAD，性能可再提 25%；
- 内存估算：滑动窗口单 Key 在 1w 并发/分钟、ID 长度 36 字节场景，约占用 1.2 MB，需提前设置 max-ziplist-value 防止编码降级。

答案

固定窗口实现：以「分钟」为 Key，INCR 后 EXPIRE 60。优点：代码极简、单命令原子、内存恒定。缺点：边界双倍突刺，精度秒级，不适合合规类限流。 PHP 代码：

$key = 'api_limit:' . date('YmdHi');
$max = 100;
$current = $redis->incr($key);
if ($current === 1) {
    $redis->expire($key, 60);
}
if ($current > $max) {
    http_response_code(429); exit('请求超限');
}

滑动窗口实现：ZSet 存时间戳 Score，Lua 脚本保证原子。优点：无突刺，精度可到毫秒，满足合规。缺点：内存随请求线性增长，热 Key 大对象可能触发 Redis 延迟。 PHP + Lua 代码：

$lua = <<<'LUA'
local key = KEYS[1]
local window = tonumber(ARGV[1])
local limit = tonumber(ARGV[2])
local now = tonumber(ARGV[3])
local uuid = ARGV[4]

redis.call('ZREMRANGEBYSCORE', key, 0, now - window)
local cnt = redis.call('ZCARD', key)
if cnt >= limit then
    return 0
end
redis.call('ZADD', key, now, uuid)
redis.call('EXPIRE', key, window)
return 1
LUA;

$now = microtime(true) * 1000;
$uuid = uniqid('', true);
$passed = $redis->eval($lua, 1, 'sliding:api', 60000, 100, $now, $uuid);
if (!$passed) {
    http_response_code(429); exit('请求超限');
}

一句话总结：固定窗口拿「简单+性能」换「精度」，滑动窗口拿「内存+复杂度」换「精度」；国内面试答到「边界突刺」「ZSet 热 Key」「Lua 原子」这三点，即可拿到高分。

拓展思考

冷热 Key 分离：滑动窗口在 618 大促会成为热点，可用 HASH_TAG 把 Key 按 {limit}:ip:尾号 拆成 10 个分片，降低单 Redis 槽压力。
多维度组合：把「用户ID + 接口 + 自然分钟」做成固定窗口，「IP + 滑动 10 秒」做成滑动窗口，两层漏斗，兼顾性能与防刷。
Redis 7 的 FUNCTION：把限流脚本注册为持久化函数，解决老集群 SCRIPT FLUSH 后重新加载的抖动问题，适合金融支付场景。
与 PHP 业务线程模型结合：在 Swoole 4.8+ 中，用 Channel 把拒绝请求异步上报到监控系统，避免限流逻辑阻塞业务协程。
成本对比：同等 20w QPS，固定窗口只需要 3 个 4G Redis 主从，滑动窗口需要 5 个 8G 节点并开启 list-compress-depth 压缩，年费用相差约 3 万元，面试时可主动抛出「成本意识」加分。