何为限流

本文介绍了“什么是限流”的相关知识。很多人在实际案例的操作中会遇到这样的困难。让边肖带领你学习如何处理这些情况。希望大家认真阅读，学点东西！

00-1010，我们在做限流的时候，有一些常用的限流算法，包括：计数器限流、令牌桶限流、漏桶限流；

1.令牌桶电流限制。

令牌桶算法的原理是系统以一定的速率将令牌放入桶中，满了就丢弃。当请求到来时，令牌将首先从桶中取出。如果可以获得令牌，则可以继续完成请求，否则，等待或拒绝服务。令牌桶一定程度上允许突发流量，只要有令牌就可以处理，支持一次取多个令牌；

2.漏桶限流。

漏桶的原理是请求以固定的恒定速率流出，而传入的请求以任意速率流出。当请求数量超过存储桶的容量时，新请求会等待或拒绝服务。可见漏桶可以强行限制数据的传输速度。

3.逆流极限。

Counter是一种简单粗暴的算法，主要用于限制总并发数，比如数据库连接池、线程池、spike并发数。只要某一时间内的请求总数超过设定的阈值，计数器的限流；

限流算法

了解限流算法后，我们需要知道在哪里以及如何限制电流。对于系统，我们通常可以限制接入层的电流。大多数情况下，我们可以直接使用nginx、OpenResty等中间件直接处理。你也可以在业务层面进行限流，这需要根据我们不同的业务需求，使用相关的限流算法来处理。

如何限流

对于业务层，我们可以是单节点、多节点用户绑定，也可以是多节点非绑定。此时，我们需要区分过程限流和分布式限流。

业务层限流

对于过程限流来说相对简单，而番石榴是我们经常使用的利器。让我们看看如何限制接口的总并发量，特定时间窗口内的请求数量，并使用令牌桶和漏桶进行更平滑的限流。

限制接口的总并发量。

您只需要配置总并发量，然后使用计算器记录每个请求，然后将其与总并发量进行比较：

privatestaticintmax=10privatedstationatomicintegerlimit=new tomicinteger()；If(限制器。incrementandget()(最大值){system。呃。println('超过最大限制')；返回；

}限制时间窗口请求的数量。

在指定时间内限制一个接口的请求量，用番石榴缓存计数器，然后设置到期时间；例如，将每分钟最大请求数设置为100:

LoadingCacheLong，AtomicLongcounter=cachebuilder . new builder()。expireAfterWrite(1，时间单位。分钟)。build(newCacheLoaderLong，atomic clong(){ @ overridedpublicatatomiclongload(Longkey)throwsException { returnnewAtomicLong(0)；

}

});privatestaticintmax=100longcurMinutes=system . currentimellis()/1000 * 60；if(counter.get(curMinutes))。incrementAndGet()(最大值){ 0

System.err.println('时间窗口请求数超过上限')；返回；

}到期时间为一分钟，每分钟自动清零；这样可能会有超限。例如，前59秒没有消息，60秒有200条消息。此时，100条消息首先被接受，就在过期计数器被清除为0之后，然后100条消息被接受。这种情况可以参考TCP的滑动窗口思想来解决。

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计数器的方式还是比较粗暴的，令牌桶和漏桶限流这两种算法相对来说还是比较平滑的，可以直接使用guava提供的RateLimiter类：

RateLimiter limiter = RateLimiter.create(2);System.out.println(limiter.acquire(4));System.out.println(limiter.acquire());System.out.println(limiter.acquire());System.out.println(limiter.acquire(2));System.out.println(limiter.acquire());System.out.println(limiter.acquire());

create(2)表示桶容量为2并且每秒新增2个令牌，也就是500毫秒新增一个令牌，acquire()表示从里面获取一个令牌，返回值为等待的时间，输出结果如下：

0.01.9986330.496440.5002240.9993350.500186

可以看到此算法是允许一定突发情况的，第一次获取4个令牌等待时间为0，后面再获取需要等待2秒才可以，后面每次获取需要500毫秒。

分布式限流

现在大部分系统都采用了多节点部署，所以一个业务可能在多个进程内被处理，所以这时候分布式限流必不可少，比如常见的秒杀系统，可能同时有N台业务逻辑节点；
常规的做法是使用Redis+lua和OpenResty+lua来实现，将限流服务做成原子化，同时也要保证高性能；Redis和OpenResty都已高性能著称，同时也提供了原子化方案，具体如下所示；

• Redis+lua

Redis在服务端对消息的处理是单线程的，同时支持lua脚本的执行，可以将限流的相关逻辑用lua脚本实现，来保证原子性，大体实现如下：

-- 限流 keylocal key = KEYS[1]-- 限流大小local limit = tonumber(ARGV[1])-- 过期时间local expire = tonumber(ARGV[2])local current = tonumber(redis.call('get',key) or "0")if current + 1 > limit thenreturn 0;elseredis.call("INCRBY", key, 1)
    redis.call("EXPIRE", key, expire)return current + 1end

以上使用计数器算法来实现限流，在调用lua的地方可以传入限流key，限流大小以及key的有效期；返回结果如果为0表示超出限流大小，否则返回当前累计的值。

• OpenResty+lua

OpenResty核心就是nginx，但是在这个基础之上加了很多第三方模块，ngx_lua模块将lua嵌入到了nginx中，使得nginx可以作为一个web服务器来使用；还有其他常用的开发模块如：lua-resty-lock，lua-resty-limit-traffic，lua-resty-memcached，lua-resty-mysql，lua-resty-redis等等；
本小节我们先使用lua-resty-lock模块来实现一个简单计数器限流，相关lua代码如下：

local locks = require "resty.lock";local function acquire()local lock = locks:new("locks");local elapsed, err = lock:lock("limit_key");local limit_counter = ngx.shared.limit_counter;--获取客户端iplocal key = ngx.var.remote_addr;--限流大小local limit = 5; local current = limit_counter:get(key);    --打印key和当前值ngx.say("key="..key..",value="..tostring(current));    if current ~= nil and current + 1 > limit then 
       lock:unlock();       return 0;endif current == nil then 
       limit_counter:set(key,1,5); --设置过期时间为5秒else 
       limit_counter:incr(key,1);endlock:unlock();return 1;end

以上是一个对ip进行限流的实例，因为需要保证原子性，所以使用了resty.lock模块，同时也类似redis设置了过期时间重置，另外一点需要注意对锁的释放；还需要设置两个共享字典

http {...    #lua_shared_dict <name> <size> 定义一块名为name的共享内存空间，内存大小为size;  通过该命令定义的共享内存对象对于Nginx中所有worker进程都是可见的lua_shared_dict locks 10m;lua_shared_dict limit_counter 10m;}

接入层限流

接入层通常就是流量入口处，Nginx被很多系统用作流量入口，当然OpenResty也不例外，而且OpenResty提供了更强大的功能，比如这里将要介绍的lua-resty-limit-traffic模块，是一个功能强大的限流模块；在使用lua-resty-limit-traffic之前我们先大致看一下如何使用OpenResty；

OpenResty安装使用

• 下载安装配置

直接去官方下载即可：http://openresty.org/en/download.html，启动，重载，停止命令如下：

nginx.exenginx.exe -s reloadnginx.exe -s stop

打开ip+端口，可以看到：Welcome to OpenResty! 即表示启动成功；

• lua脚本实例

首先需要在nginx.conf的http目录下做如下配置：

http {
    ...
    lua_package_path "/lualib/?.lua;;";  #lua 模块  lua_package_cpath "/lualib/?.so;;";  #c模块   include lua.conf;   #导入自定义lua配置文件}

这里自定义了一个lua.conf，有关lua的请求都在这里面配置，放在和nginx.conf一个路径下即可；已一个test.lua为例，lua.conf配置如下：

#lua.conf  server {  charset utf-8; #设置编码listen       8081;  server_name  _;  location /test {  default_type 'text/html';  content_by_lua_file lua/api/test.lua;
    } 
}

这里把所有的lua文件都放在lua/api目录下，比如一个最简单的hello world：

ngx.say("hello world");

lua-resty-limit-traffic模块

lua-resty-limit-traffic提供了限制最大并发连接数，时间窗口请求数，以及平滑限制请求数三种方式，分别对应：resty.limit.conn，resty.limit.count，resty.limit.req；相关文档可以直接在pod/lua-resty-limit-traffic中找到，里面有完整的实例；

以下会用到三个共享字典，事先在http下配置：

http {lua_shared_dict my_limit_conn_store 100m;lua_shared_dict my_limit_count_store 100m;lua_shared_dict my_limit_req_store 100m;
}

• 限制最大并发连接数

提供的resty.limit.conn限制最大连接数，具体脚本如下：

local limit_conn = require "resty.limit.conn"--B<syntax:> C<obj, err = class.new(shdict_name, conn, burst, default_conn_delay)>local lim, err = limit_conn.new("my_limit_conn_store", 1, 0, 0.5)if not lim thenngx.log(ngx.ERR,"failed to instantiate a resty.limit.conn object: ", err)return ngx.exit(500)endlocal key = ngx.var.binary_remote_addrlocal delay, err = lim:incoming(key, true)if not delay thenif err == "rejected" thenreturn ngx.exit(502)endngx.log(ngx.ERR, "failed to limit req: ", err)return ngx.exit(500)endif lim:is_committed() thenlocal ctx = ngx.ctx
    ctx.limit_conn = lim
    ctx.limit_conn_key = key
    ctx.limit_conn_delay = delayendlocal conn = errif delay >= 0.001 thenngx.sleep(delay)end

new()参数分别是：字典名称，允许的最大并发请求数，允许的突发连接数，连接延迟；
incoming()中commit是一个布尔值，当为true时表示记录当前请求的数量，否则就直接运行；
返回值：如果请求不超过方法中指定的conn值，则此方法返回0作为延迟以及当前时间的并发请求（或连接）数；

• 限制时间窗口请求数

提供的resty.limit.count可以限制一定请求数在一个时间窗口内，具体脚本如下：

local limit_count = require "resty.limit.count"--B<syntax:> C<obj, err = class.new(shdict_name, count, time_window)>--速率限制在20/10slocal lim, err = limit_count.new("my_limit_count_store", 20, 10)if not lim thenngx.log(ngx.ERR, "failed to instantiate a resty.limit.count object: ", err)return ngx.exit(500)endlocal local key = ngx.var.binary_remote_addr--B<syntax:> C<delay, err = obj:incoming(key, commit)>local delay, err = lim:incoming(key, true)if not delay thenif err == "rejected" thenreturn ngx.exit(503)endngx.log(ngx.ERR, "failed to limit count: ", err)return ngx.exit(500)end

new()中指定的三个参数分别是：字典名称，指定的请求阈值，请求个数复位前的窗口时间，以秒为单位；
incoming()中commit是一个布尔值，当为true时表示记录当前请求的数量，否则就直接运行；
返回值：如果请求数在限制范围内，则返回当前请求被处理的延迟和将被处理的请求的剩余数；

• 平滑限制请求数

提供的resty.limit.req可以已更加平滑的方式限制请求，具体脚本如下：

local limit_req = require "resty.limit.req"--B<syntax:> C<obj, err = class.new(shdict_name, rate, burst)>--限制在200个请求/秒以下，给与100个请求/秒的突发请求；也就说每秒请求最大可以200-300之间，超出300报错local lim, err = limit_req.new("my_limit_req_store", 200, 100)if not lim thenngx.log(ngx.ERR,"failed to instantiate a resty.limit.req object: ", err)return ngx.exit(500)endlocal key = ngx.var.binary_remote_addrlocal delay, err = lim:incoming(key, true)if not delay thenif err == "rejected" thenreturn ngx.exit(503)endngx.log(ngx.ERR, "failed to limit req: ", err)return ngx.exit(500)endif delay >= 0.001 thenlocal excess = err
    ngx.sleep(delay)end

new()三个参数分别是：字典名称，请求速率（每秒数）阈值，每秒允许延迟的过多请求数；
incoming()中commit是一个布尔值，当为true时表示记录当前请求的数量，否则就直接运行，可以理解为一个开关；
返回值：如果请求数在限制范围内，则此方法返回0作为当前时间的延迟和每秒过多请求的（零）个数；

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