Java并发：分布式应用限流 Redis + Lua 实践
任何限流都不是漫无目的的，也不是一个开关就可以解决的问题，常用的限流算法有：令牌桶，漏桶。在之前的文章中，也讲到过，但是那是基于单机场景来写。之前文章：接口限流算法：漏桶算法&令牌桶算法
然而再牛逼的机器，再优化的设计，对于特殊场景我们也是要特殊处理的。就拿秒杀来说，可能会有百万级别的用户进行抢购，而商品数量远远小于用户数量。如果这些请求都进入队列或者查询缓存，对于最终结果没有任何意义，徒增后台华丽的数据。对此，为了减少资源浪费，减轻后端压力，我们还需要对秒杀进行限流，只需保障部分用户服务正常即可。
就秒杀接口来说，当访问频率或者并发请求超过其承受范围的时候，这时候我们就要考虑限流来保证接口的可用性，以防止非预期的请求对系统压力过大而引起的系统瘫痪。通常的策略就是拒绝多余的访问，或者让多余的访问排队等待服务。
分布式限流
单机限流，可以用到 AtomicInteger、RateLimiter、Semaphore 这些。但是在分布式中，就不能使用了。常用分布式限流用 Nginx 限流，但是它属于网关层面，不能解决所有问题，例如内部服务，短信接口，你无法保证消费方是否会做好限流控制，所以自己在应用层实现限流还是很有必要的。
本文不涉及 nginx + lua，简单介绍 redis + lua分布式限流的实现。如果是需要在接入层限流的话，应该直接采用nginx自带的连接数限流模块和请求限流模块。
Redis + Lua 限流示例
本次项目使用SpringBoot 2.0.4，使用到 Redis 集群，Lua 限流脚本
引入依赖
org.springframework.boot
spring-boot-starter-web
org.springframework.boot
spring-boot-starter-data-redis
org.springframework.boot
spring-boot-starter-aop
org.apache.commons
commons-lang3
org.springframework.boot
spring-boot-starter-test
Redis 配置
application.properties
spring.application.name=spring-boot-limit
# Redis数据库索引
spring.redis.database=0
# Redis服务器地址
spring.redis.host=10.4.89.161
# Redis服务器连接端口
spring.redis.port=6379
# Redis服务器连接密码（默认为空）
spring.redis.password=
# 连接池最大连接数（使用负值表示没有限制）
spring.redis.jedis.pool.max-active=8
# 连接池最大阻塞等待时间（使用负值表示没有限制）
spring.redis.jedis.pool.max-wait=-1
# 连接池中的最大空闲连接
spring.redis.jedis.pool.max-idle=8
# 连接池中的最小空闲连接
spring.redis.jedis.pool.min-idle=0
# 连接超时时间（毫秒）
spring.redis.timeout=10000
Lua 脚本
参考： 聊聊高并发系统之限流特技
http://jinnianshilongnian.iteye.com/blog/2305117
local key = "rate.limit:" .. KEYS --限流KEY
local limit = tonumber(ARGV) --限流大小
local current = tonumber(redis.call('get', key) or "0")
if current + 1 > limit then --如果超出限流大小
return 0
else--请求数+1，并设置2秒过期
redis.call("INCRBY", key,"1")
redis.call("expire", key,"2")
return current + 1
end
1、我们通过KEYS 获取传入的key参数
2、通过ARGV获取传入的limit参数
3、redis.call方法，从缓存中get和key相关的值，如果为nil那么就返回0
4、接着判断缓存中记录的数值是否会大于限制大小，如果超出表示该被限流，返回0
5、如果未超过，那么该key的缓存值+1，并设置过期时间为1秒钟以后，并返回缓存值+1
限流注解
注解的目的，是在需要限流的方法上使用
package com.souyunku.example.annotation;
/**
* 描述: 限流注解
*
* @author yanpenglei
* @create 2018-08-16 15:24
**/
@Target({ElementType.TYPE, ElementType.METHOD})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface RateLimit {
/**
* 限流唯一标示
*
* @return
*/
String key() default "";
/**
* 限流时间
*
* @return
*/
int time();
/**
* 限流次数
*
* @return
*/
int count();
}
公共配置
package com.souyunku.example.config;
@Component
public>
/**
* 读取限流脚本
*
* @return
*/
@Bean
public DefaultRedisScript redisluaScript() {
DefaultRedisScript redisScript = new DefaultRedisScript();
redisScript.setScriptSource(new ResourceScriptSource(new> redisScript.setResultType(Number.class);
return redisScript;
}
/**
* RedisTemplate
*
* @return
*/
@Bean
public RedisTemplate limitRedisTemplate(LettuceConnectionFactory redisConnectionFactory) {
RedisTemplate template = new RedisTemplate();
template.setKeySerializer(new StringRedisSerializer());
template.setValueSerializer(new GenericJackson2JsonRedisSerializer());
template.setConnectionFactory(redisConnectionFactory);
return template;
}
}
拦截器
通过拦截器 拦截@RateLimit注解的方法，使用Redsi execute 方法执行我们的限流脚本，判断是否超过限流次数
以下下是核心代码
package com.souyunku.example.config;
/**
* 描述:拦截器
*
* @author yanpenglei
* @create 2018-08-16 15:33
**/
@Aspect
@Configuration
public>
private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(LimitAspect.class);
@Autowired
private RedisTemplate limitRedisTemplate;
@Autowired
private DefaultRedisScript redisluaScript;
@Around("execution(* com.souyunku.example.controller ..*(..) )")
public Object interceptor(ProceedingJoinPoint joinPoint) throws Throwable {
MethodSignature signature = (MethodSignature) joinPoint.getSignature();
Method method = signature.getMethod();
Class targetClass = method.getDeclaringClass();
RateLimit rateLimit = method.getAnnotation(RateLimit.class);
if (rateLimit != null) {
HttpServletRequest request = ((ServletRequestAttributes) RequestContextHolder.getRequestAttributes()).getRequest();
String ipAddress = getIpAddr(request);
StringBuffer stringBuffer = new StringBuffer();
stringBuffer.append(ipAddress).append("-")
.append(targetClass.getName()).append("- ")
.append(method.getName()).append("-")
.append(rateLimit.key());
List keys = Collections.singletonList(stringBuffer.toString());
Number number = limitRedisTemplate.execute(redisluaScript, keys, rateLimit.count(), rateLimit.time());
if (number != null && number.intValue() != 0 && number.intValue()15) { // "***.***.***.***".length()
// = 15
if (ipAddress.indexOf(",") > 0) {
ipAddress = ipAddress.substring(0, ipAddress.indexOf(","));
}
}
} catch (Exception e) {
ipAddress = "";
}
return ipAddress;
}
}
控制层
添加 @RateLimit() 注解，会在 Redsi 中生成 10 秒中，可以访问5次 的key
RedisAtomicLong 是为测试例子例，记录累计访问次数，跟限流没有关系。
package com.souyunku.example.controller;
/**
* 描述: 测试页
*
* @author yanpenglei
* @create 2018-08-16 15:42
**/
@RestController
public>
@Autowired
private RedisTemplate redisTemplate;
// 10 秒中，可以访问10次
@RateLimit(key = "test", time = 10, count = 10)
@GetMapping("/test")
public String luaLimiter() {
RedisAtomicInteger entityIdCounter = new RedisAtomicInteger("entityIdCounter", redisTemplate.getConnectionFactory());
String date = DateFormatUtils.format(new Date(), "yyyy-MM-dd HH:mm:ss.SSS");
return date + " 累计访问次数：" + entityIdCounter.getAndIncrement();
}
}
启动服务
package com.souyunku.example;
@SpringBootApplication
public>
public static void main(String[] args) {
SpringApplication.run(SpringBootLimitApplication.class, args);
}
}
启动项目页面访问：http://127.0.0.1:8080/test
10 秒中，可以访问10次,超过十次，页面就报错，等够10秒，重新计算。
后台日志
2018-08-16 18:41:08.205INFO 18076 --- com.souyunku.example.config.LimitAspect: 限流时间段内访问第：1 次
2018-08-16 18:41:08.426INFO 18076 --- com.souyunku.example.config.LimitAspect: 限流时间段内访问第：2 次
2018-08-16 18:41:08.611INFO 18076 --- com.souyunku.example.config.LimitAspect: 限流时间段内访问第：3 次
2018-08-16 18:41:08.819INFO 18076 --- com.souyunku.example.config.LimitAspect: 限流时间段内访问第：4 次
2018-08-16 18:41:09.021INFO 18076 --- com.souyunku.example.config.LimitAspect: 限流时间段内访问第：5 次
2018-08-16 18:41:09.203INFO 18076 --- com.souyunku.example.config.LimitAspect: 限流时间段内访问第：6 次
2018-08-16 18:41:09.406INFO 18076 --- com.souyunku.example.config.LimitAspect: 限流时间段内访问第：7 次
2018-08-16 18:41:09.629INFO 18076 --- com.souyunku.example.config.LimitAspect: 限流时间段内访问第：8 次
2018-08-16 18:41:09.874INFO 18076 --- com.souyunku.example.config.LimitAspect: 限流时间段内访问第：9 次
2018-08-16 18:41:10.178INFO 18076 --- com.souyunku.example.config.LimitAspect: 限流时间段内访问第：10 次
2018-08-16 18:41:10.702 ERROR 18076 --- o.a.c.c.C.[.[.[/]. : Servlet.service() for servlet in context with path [] threw exception with root cause
java.lang.RuntimeException: 已经到设置限流次数
at com.souyunku.example.config.LimitAspect.interceptor(LimitAspect.java:73) ~
at sun.reflect.GeneratedMethodAccessor35.invoke(Unknown Source) ~
at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43) ~
at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:498) ~
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[*]作者：鹏磊
[*]出处：http://www.ymq.io/2018/08/16/redis-lua/
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