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Implementar un limitador de tasa concurrente con ventana deslizante y colas de prioridad
Diseña e implementa un limitador de tasa (rate limiter) en Python que sea seguro para hilos (thread-safe) y que admita las siguientes características:
1. **Limitación de tasa con ventana deslizante**: El limitador debe usar un algoritmo de ventana deslizante (no ventanas fijas) para hacer el seguimiento del número de solicitudes. Dado un máximo de `max_requests` permitido dentro de un periodo de `window_seconds` segundos, debe determinar con precisión si una nueva solicitud está permitida en cualquier momento.
2. **Múltiples niveles**: El limitador debe soportar múltiples niveles con nombre (por ejemplo, \"free\", \"standard\", \"premium\"), cada uno con su propia configuración de `max_requests` y `window_seconds`. Los clientes se asignan a un nivel al registrarse.
3. **Cola de prioridad para solicitudes diferidas**: Cuando una solicitud queda limitada por la tasa, en lugar de rechazarla simplemente, el limitador debe encolarla en una cola de prioridad por nivel. Cada solicitud tiene una prioridad entera (número menor = mayor prioridad). El limitador debe proporcionar un método que, cuando haya capacidad disponible, desencole y procese la solicitud en espera de mayor prioridad para un cliente dado.
4. **Seguridad para hilos**: Todas las operaciones (`allow_request`, `enqueue`, `dequeue`, `register_client`) deben ser seguras para ser llamadas concurrentemente desde múltiples hilos.
5. **Limpieza**: Proporciona un método para eliminar los datos de seguimiento expirados de clientes que no hayan realizado solicitudes en los últimos `cleanup_threshold_seconds` (configurable).
Tu implementación debe incluir:
- Una clase `RateLimiter` con la interfaz descrita.
- Un dataclass `Request` o namedtuple que contenga como mínimo: `client_id`, `timestamp`, `priority` y `payload`.
- Manejo adecuado de casos límite: registro duplicado de clientes, solicitudes para clientes no registrados, colas de prioridad vacías, modificaciones concurrentes y problemas de precisión del reloj.
Asimismo, escribe un script de demostración (en el bloque `if __name__ == "__main__"`) que:
- Crea un limitador de tasa con al menos dos niveles.
- Registra varios clientes.
- Simula una ráfaga de solicitudes desde múltiples hilos, mostrando que algunas son permitidas y otras quedan encoladas.
- Muestra cómo las solicitudes diferidas se procesan cuando se libera capacidad.
- Imprime una salida clara que muestre la secuencia de eventos.
Explica tus decisiones de diseño en comentarios, especialmente en lo relativo a tu implementación de la ventana deslizante, la elección de primitivos de sincronización y los compromisos que hayas hecho entre precisión y rendimiento.
