📌مزایا و معایب

✅️مزایا:
🔹️ امکان ارسال ناگهانی چند درخواست (burst) را فراهم می‌کند، ولی میانگین نرخ را محدود نگه می‌دارد.

🔹️ باعث شکل‌دهی روان‌تر به ترافیک می‌شود (smooth traffic shaping).

🔹️ به‌طور گسترده در شبکه‌ها و APIها استفاده می‌شود.

❌️معایب:
🔹️کمی پیچیده‌تر از روش Fixed Window Counter است.

🔹️در سیستم‌های توزیع‌شده، نیاز به همگام‌سازی دقیق دارد.

مثال کد :

using System;

public class TokenBucket
{
    private readonly int _capacity;          // حداکثر تعداد توکن‌ها
    private readonly double _refillRate;     // نرخ پر شدن (توکن در هر ثانیه)
    private double _tokens;                  // تعداد توکن‌های فعلی
    private DateTime _lastRefill;            // آخرین زمان پر شدن

    public TokenBucket(int capacity, double refillRate)
    {
        _capacity = capacity;
        _refillRate = refillRate;
        _tokens = capacity;
        _lastRefill = DateTime.UtcNow;
    }

    private void Refill()
    {
        var now = DateTime.UtcNow;
        var elapsedSeconds = (now - _lastRefill).TotalSeconds;
        var addedTokens = elapsedSeconds * _refillRate;

        if (addedTokens >= 1)
        {
            _tokens = Math.Min(_capacity, _tokens + addedTokens);
            _lastRefill = now;
        }
    }

    public bool AllowRequest()
    {
        Refill();
        if (_tokens >= 1)
        {
            _tokens -= 1;
            return true;
        }
        return false;
    }
}

public class Program
{
    public static void Main()
    {
        var bucket = new TokenBucket(10, 1); // 10 توکن، پر شدن 1 توکن در هر ثانیه

        // شبیه‌سازی درخواست‌ها در بازه‌های 200 میلی‌ثانیه
        var timer = new System.Timers.Timer(200);
        timer.Elapsed += (s, e) =>
        {
            Console.WriteLine($"Request allowed? {bucket.AllowRequest()}");
        };
        timer.Start();

        Console.WriteLine("Press any key to stop...");
        Console.ReadKey();
    }
}

🚀 کاربردهای واقعی Token Bucket Algorithm

🔸 دروازه‌های API مثل AWS API Gateway، Nginx، Envoy از نسخه‌های مختلف این الگوریتم برای کنترل نرخ درخواست‌ها استفاده می‌کنند.

🔸 روترهای شبکه (Network Routers) برای Traffic Shaping یا همون تنظیم و کنترل جریان ترافیک به کار می‌ره تا از شلوغی شبکه جلوگیری بشه.

🔸 صف‌های پیام (Message Queues) برای جلوگیری از بار بیش‌ازحد روی مصرف‌کننده‌ها (Consumers) استفاده می‌شه.

⚖️ مقایسه با سایر روش‌ها

🪟 Fixed Window Counter →
ساده‌تره، ولی در مرز بازه‌ها ممکنه رفتار غیرمنصفانه نشون بده و اجازه‌ی Burst زیاد بده.

💧 Leaky Bucket →
نرخ خروج داده رو ثابت نگه می‌داره، اما انعطاف‌پذیری کمتری برای Burst داره.

🎯 Token Bucket →
ترکیبیه از نرخ ثابت و پشتیبانی از Burst کوتاه‌مدت — یعنی بهترین تعادل برای کنترل ترافیک در APIها.

🏁 نتیجه‌گیری

🔹 الگوریتم Token Bucket یکی از کاربردی‌ترین و مؤثرترین روش‌ها برای پیاده‌سازی Rate Limiting در سیستم‌هاست.
🔹 پیاده‌سازی اون سادهه، از ترافیک ناگهانی پشتیبانی می‌کنه و استفاده‌ی منصفانه از منابع رو تضمین می‌کنه.
🔹 اگر در حال ساخت API یا سیستم توزیع‌شده هستی،
حتماً این الگوریتم باید یکی از گزینه‌های اصلی تو باشه.

🔖هشتگ‌ها‌:
#TokenBucket #RateLimiting #SystemDesign #API #Networking