【前后端的那些事】SpringBoot 基于内存的ip访问频率限制切面（RateLimiter）-编程知识

文章目录

1. 什么是限流
2. 常见的限流策略
- 2.1 漏斗算法
- 2.2 令牌桶算法
- 2.3 次数统计
3. 令牌桶代码编写
4. 接口测试
5. 测试结果

1. 什么是限流

限流就是在用户访问次数庞大时，对系统资源的一种保护手段。高峰期，用户可能对某个接口的访问频率急剧升高，后端接口通常需要进行DB操作，接口访问频率升高，DB的IO次数就显著增高，从而极大的影响整个系统的性能。如果不对用户访问频率进行限制，高频的访问容易打跨整个服务

2. 常见的限流策略

2.1 漏斗算法

我们想象一个漏斗，大口用于接收客户端的请求，小口用于流出用户的请求。漏斗能够保证流出请求数量的稳定。

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2.2 令牌桶算法

令牌桶算法，每个请求想要通过，就必须从令牌桶中取出一个令牌。否则无法通过。而令牌会内部会维护每秒钟产生的令牌的数量，使得每秒钟能够通过的请求数量得到控制

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2.3 次数统计

次数统计的方式非常直接，每一次请求都进行计数，并统计时间戳。如果下一次请求携带的时间戳在一定的频率内，进行次数的累加。如果次数达到一定阈值，则拒绝后续请求。直到下一次请求时间戳大于初始时间戳，重置接口次数与时间戳

在这里插入图片描述

3. 令牌桶代码编写

令牌桶算法我们可以使用Google guava包下的封装好的RateLimiter，紧紧抱住大爹大腿

另外，ip频率限制是一个横向逻辑，该功能应该保护所有后端接口，因此我们可以采用Spring AOP增强所有后端接口

另外，我们需要对同一个用户，对同一个接口访问次数进行限流，这意味着我们需要限制的是——（用户，接口）这样的一对元组。用户可以通过ip进行限定，也就是说，后端是同一个ip针对同一个请求的访问进行限流

因此我们需要为每一个这样的（ip，method）使用令牌桶限流，（ip，method）-> RateLimiter。ip + method这一对元组唯一确定一个RateLimiter

我们可以采用Map缓存这样的一一对应的关系

But，HashMap显然不适合，应为HashMap不防并发；另外ConcurrentHashMap也不合适，假如一个用户发出一个请求后就下线了，那么这个key就会长久的存活于内存中，这极大的增加了内存的压力

因此我们采用Google的Cache

Google大爹提供的Cache功能极其强大，读者可以自行阅读下面文档

/*** A builder of {@link LoadingCache} and {@link Cache} instances having any combination of the* following features:** <ul>*   <li>automatic loading of entries into the cache*   <li>least-recently-used eviction when a maximum size is exceeded*   <li>time-based expiration of entries, measured since last access or last write*   <li>keys automatically wrapped in {@code WeakReference}*   <li>values automatically wrapped in {@code WeakReference} or {@code SoftReference}*   <li>notification of evicted (or otherwise removed) entries*   <li>accumulation of cache access statistics* </ul>* /

IpLimiterAspect.java

import com.fgbg.demo.utils.RequestUtils;
import com.google.common.cache.Cache;
import com.google.common.cache.CacheBuilder;
import com.google.common.util.concurrent.RateLimiter;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.aspectj.lang.ProceedingJoinPoint;
import org.aspectj.lang.Signature;
import org.aspectj.lang.annotation.Around;
import org.aspectj.lang.annotation.Aspect;
import org.aspectj.lang.reflect.MethodSignature;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Component;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;import java.util.concurrent.TimeUnit;/*** 限制每个ip对同一个接口的访问频率*/
@Component
@Aspect
@Slf4j
@RestController
public class IpLimiterAspect {@Autowiredprivate RequestUtils requestUtils;// 每秒生成1个令牌, 同个ip访问同个接口的QPS为1private final double PERMIT_PER_SECOND = 1;// 创建本地缓存private final Cache<String, RateLimiter> limiterCache = CacheBuilder.newBuilder().expireAfterAccess(5, TimeUnit.MINUTES).build();@Around("execution(* com.fgbg.demo.controller..*.*(..))")public Object around(ProceedingJoinPoint proceedingJoinPoint) throws Throwable {// 构造keySignature signature = proceedingJoinPoint.getSignature();MethodSignature methodSignature = (MethodSignature) signature;String methodName = proceedingJoinPoint.getTarget().getClass().getName() + "." + methodSignature.getName();String key = requestUtils.getCurrentIp() + "->" + methodName;// 获取key对应的RateLimiterRateLimiter rateLimiter = limiterCache.get(key, () -> RateLimiter.create(PERMIT_PER_SECOND));if (! rateLimiter.tryAcquire()) {// 如果不能立刻获取令牌, 说明访问速度大于1 次/s, 触发限流log.warn("访问过快, 触发限流");throw new RuntimeException("访问过快, 触发限流");}log.info("接口放行...");return proceedingJoinPoint.proceed();}
}

RequestUtils.java

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Component;import javax.servlet.http.HttpServletRequest;@Component
public class RequestUtils {@Autowiredprivate HttpServletRequest httpServletRequest;public String getCurrentIp() {return httpServletRequest.getHeader("X-Real-IP");}
}