OpenResty实现限流的几种方式

时间  2019-11-11
标签 openresty 实现 限流 几种 方式 繁體版
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在开发 api 网关的时，作过一些简单的限流，好比说静态拦截和动态拦截；静态拦截说白了就是限流某一个接口在必定时间窗口的请求数。用户能够在系统上给他们的接口配置一个每秒最大调用量，若是超过这个限制，则拒绝服务此接口，而动态拦截其实也是基于静态拦截进行改进，咱们能够依据当前系统的响应时间来动态调整限流的阈值，若是响应较快则能够把阈值调的大一些，放过更多请求，反之则自动下降限流阈值，只使少许请求经过。node

 

其实这就是一个很简单的限流方式。可是由于这些场景在咱们开发的时候常常遇到，因此在这里用 OpenResty 大概实现一些常见的限流方式。（此处使用OpenResty1.13.6.1版本自带lua-resty-limit-traffic模块 ，实现起来更为方便）nginx

限制接口总并发数

场景：
按照 ip 限制其并发链接数算法

lua_shared_dict my_limit_conn_store 100m;
...
location /hello {
    access_by_lua_block {
        local limit_conn = require "resty.limit.conn"
        -- 限制一个 ip 客户端最大 1 个并发请求
        -- burst 设置为 0，若是超过最大的并发请求数，则直接返回503，
        -- 若是此处要容许突增的并发数，能够修改 burst 的值（漏桶的桶容量）
        -- 最后一个参数实际上是你要预估这些并发（或者说单个请求）要处理多久，以便于对桶里面的请求应用漏桶算法
        
        local lim, err = limit_conn.new("my_limit_conn_store", 1, 0, 0.5)              
        if not lim then
            ngx.log(ngx.ERR, "failed to instantiate a resty.limit.conn object: ", err)
            return ngx.exit(500)
        end

        local key = ngx.var.binary_remote_addr
        -- commit 为true 表明要更新shared dict中key的值，
        -- false 表明只是查看当前请求要处理的延时状况和前面还未被处理的请求数
        local delay, err = lim:incoming(key, true)
        if not delay then
            if err == "rejected" then
                return ngx.exit(503)
            end
            ngx.log(ngx.ERR, "failed to limit req: ", err)
            return ngx.exit(500)
        end

        -- 若是请求链接计数等信息被加到shared dict中，则在ctx中记录下，
        -- 由于后面要告知链接断开，以处理其余链接
        if lim:is_committed() then
            local ctx = ngx.ctx
            ctx.limit_conn = lim
            ctx.limit_conn_key = key
            ctx.limit_conn_delay = delay
        end

        local conn = err
        -- 其实这里的 delay 确定是上面说的并发处理时间的整数倍，
        -- 举个例子，每秒处理100并发，桶容量200个，当时同时来500个并发，则200个拒掉
        -- 100个在被处理，而后200个进入桶中暂存，被暂存的这200个链接中，0-100个链接其实应该延后0.5秒处理，
        -- 101-200个则应该延后0.5*2=1秒处理（0.5是上面预估的并发处理时间）
        if delay >= 0.001 then
            ngx.sleep(delay)
        end
    }

    log_by_lua_block {
        local ctx = ngx.ctx
        local lim = ctx.limit_conn
        if lim then
            local key = ctx.limit_conn_key
            -- 这个链接处理完后应该告知一下，更新shared dict中的值，让后续链接能够接入进来处理
            -- 此处能够动态更新你以前的预估时间，可是别忘了把limit_conn.new这个方法抽出去写，
            -- 要不每次请求进来又会重置
            local conn, err = lim:leaving(key, 0.5)
            if not conn then
                ngx.log(ngx.ERR,
                        "failed to record the connection leaving ",
                        "request: ", err)
                return
            end
        end
    }
    proxy_pass http://10.100.157.198:6112;
    proxy_set_header Host $host;
    proxy_redirect off;
    proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
    proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
    proxy_connect_timeout 60;
    proxy_read_timeout 600;
    proxy_send_timeout 600;
}

说明：
其实此处没有设置 burst 的值，就是单纯的限制最大并发数，若是设置了 burst 的值，而且作了延时处理，其实就是对并发数使用了漏桶算法，可是若是不作延时处理，其实就是使用的令牌桶算法。参考下面对请求数使用漏桶令牌桶的部分，并发数的漏桶令牌桶实现与之类似后端

限制接口时间窗请求数

场景：
限制 ip 每分钟只能调用 120 次 /hello 接口（容许在时间段开始的时候一次性放过120个请求）api

lua_shared_dict my_limit_count_store 100m;
...

init_by_lua_block {
    require "resty.core"
}
....

location /hello {
    access_by_lua_block {
        local limit_count = require "resty.limit.count"

        -- rate: 10/min 
        local lim, err = limit_count.new("my_limit_count_store", 120, 60)
        if not lim then
            ngx.log(ngx.ERR, "failed to instantiate a resty.limit.count object: ", err)
            return ngx.exit(500)
        end

        local key = ngx.var.binary_remote_addr
        local delay, err = lim:incoming(key, true)
        -- 若是请求数在限制范围内，则当前请求被处理的延迟（这种场景下始终为0，由于要么被处理要么被拒绝）和将被处理的请求的剩余数
        if not delay then
            if err == "rejected" then
                return ngx.exit(503)
            end

            ngx.log(ngx.ERR, "failed to limit count: ", err)
            return ngx.exit(500)
        end
    }

    proxy_pass http://10.100.157.198:6112;
    proxy_set_header Host $host;
    proxy_redirect off;
    proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
    proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
    proxy_connect_timeout 60;
    proxy_read_timeout 600;
    proxy_send_timeout 600;
}

平滑限制接口请求数

场景：
限制 ip 每分钟只能调用 120 次 /hello 接口（平滑处理请求，即每秒放过2个请求）服务器

lua_shared_dict my_limit_req_store 100m;
....

location /hello {
    access_by_lua_block {
        local limit_req = require "resty.limit.req"
        -- 这里设置rate=2/s，漏桶桶容量设置为0，（也就是来多少水就留多少水） 
        -- 由于resty.limit.req代码中控制粒度为毫秒级别，因此能够作到毫秒级别的平滑处理
        local lim, err = limit_req.new("my_limit_req_store", 2, 0)
        if not lim then
            ngx.log(ngx.ERR, "failed to instantiate a resty.limit.req object: ", err)
            return ngx.exit(500)
        end

        local key = ngx.var.binary_remote_addr
        local delay, err = lim:incoming(key, true)
        if not delay then
            if err == "rejected" then
                return ngx.exit(503)
            end
            ngx.log(ngx.ERR, "failed to limit req: ", err)
            return ngx.exit(500)
        end
    }

    proxy_pass http://10.100.157.198:6112;
    proxy_set_header Host $host;
    proxy_redirect off;
    proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
    proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
    proxy_connect_timeout 60;
    proxy_read_timeout 600;
    proxy_send_timeout 600;
}

漏桶算法限流

场景：
限制 ip 每分钟只能调用 120 次 /hello 接口（平滑处理请求，即每秒放过2个请求），超过部分进入桶中等待，（桶容量为60），若是桶也满了，则进行限流并发

lua_shared_dict my_limit_req_store 100m;
....

location /hello {
    access_by_lua_block {
        local limit_req = require "resty.limit.req"
        -- 这里设置rate=2/s，漏桶桶容量设置为0，（也就是来多少水就留多少水） 
        -- 由于resty.limit.req代码中控制粒度为毫秒级别，因此能够作到毫秒级别的平滑处理
        local lim, err = limit_req.new("my_limit_req_store", 2, 60)
        if not lim then
            ngx.log(ngx.ERR, "failed to instantiate a resty.limit.req object: ", err)
            return ngx.exit(500)
        end

        local key = ngx.var.binary_remote_addr
        local delay, err = lim:incoming(key, true)
        if not delay then
            if err == "rejected" then
                return ngx.exit(503)
            end
            ngx.log(ngx.ERR, "failed to limit req: ", err)
            return ngx.exit(500)
        end
        
        -- 此方法返回，当前请求须要delay秒后才会被处理，和他前面对请求数
        -- 因此此处对桶中请求进行延时处理，让其排队等待，就是应用了漏桶算法
        -- 此处也是与令牌桶的主要区别既
        if delay >= 0.001 then
            ngx.sleep(delay)
        end
    }

    proxy_pass http://10.100.157.198:6112;
    proxy_set_header Host $host;
    proxy_redirect off;
    proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
    proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
    proxy_connect_timeout 60;
    proxy_read_timeout 600;
    proxy_send_timeout 600;
}

令牌桶算法限流

令牌桶其实能够看着是漏桶的逆操做，看咱们对把超过请求速率而进入桶中的请求如何处理，若是是咱们把这部分请求放入到等待队列中去，那么其实就是用了漏桶算法，可是若是咱们容许直接处理这部分的突发请求，其实就是使用了令牌桶算法。ui

场景：
限制 ip 每分钟只能调用 120 次 /hello 接口（平滑处理请求，即每秒放过2个请求），可是容许必定的突发流量（突发的流量，就是桶的容量（桶容量为60），超过桶容量直接拒绝lua

这边只要将上面漏桶算法关于桶中请求的延时处理的代码修改为直接送到后端服务就能够了，这样即是使用了令牌桶spa

lua_shared_dict my_limit_req_store 100m;
....

location /hello {
    access_by_lua_block {
        local limit_req = require "resty.limit.req"

        local lim, err = limit_req.new("my_limit_req_store", 2, 0)
        if not lim then
            ngx.log(ngx.ERR, "failed to instantiate a resty.limit.req object: ", err)
            return ngx.exit(500)
        end

        local key = ngx.var.binary_remote_addr
        local delay, err = lim:incoming(key, true)
        if not delay then
            if err == "rejected" then
                return ngx.exit(503)
            end
            ngx.log(ngx.ERR, "failed to limit req: ", err)
            return ngx.exit(500)
        end
        
        -- 此方法返回，当前请求须要delay秒后才会被处理，和他前面对请求数
        -- 此处忽略桶中请求所须要的延时处理，让其直接返送到后端服务器，
        -- 其实这就是容许桶中请求做为突发流量 也就是令牌桶桶的原理所在
        if delay >= 0.001 then
        --    ngx.sleep(delay)
        end
    }

    proxy_pass http://10.100.157.198:6112;
    proxy_set_header Host $host;
    proxy_redirect off;
    proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
    proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
    proxy_connect_timeout 60;
    proxy_read_timeout 600;
    proxy_send_timeout 600;
}

说明：
其实nginx的ngx_http_limit_req_module 这个模块中的delay和nodelay也就是相似此处对桶中请求是否作延迟处理的两种方案，也就是分别对应的漏桶和令牌桶两种算法

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