Redis和Lua實現(xiàn)分布式限流器的方法詳解

更新時間：2019年06月14日 11:23:43 作者：嘉興ing

這篇文章主要給大家介紹了關(guān)于Redis和Lua實現(xiàn)分布式限流器的相關(guān)資料，文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì)，對大家學(xué)習(xí)或者使用Redis和Lua具有一定的參考學(xué)習(xí)價值，需要的朋友們下面來一起學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧

主要是依靠 redis + lua 來實現(xiàn)限流器, 使用 lua 的原因是將多條命令合并在一起作為一個原子操作, 無需過多考慮并發(fā).

計數(shù)器模式

原理

計數(shù)器算法是指在一段窗口時間內(nèi)允許通過的固定數(shù)量的請求, 比如10次/秒, 500次/30秒.

如果設(shè)置的時間粒度越細(xì), 那么限流會更平滑.

實現(xiàn)

所使用的 Lua 腳本

-- 計數(shù)器限流
-- 此處支持的最小單位時間是秒, 若將 expire 改成 pexpire 則可支持毫秒粒度.
-- KEYS[1] string 限流的key
-- ARGV[1] int  限流數(shù)
-- ARGV[2] int  單位時間(秒)

local cnt = tonumber(redis.call("incr", KEYS[1]))

if (cnt == 1) then
 -- cnt 值為1說明之前不存在該值, 因此需要設(shè)置其過期時間
 redis.call("expire", KEYS[1], tonumber(ARGV[2]))
elseif (cnt > tonumber(ARGV[1])) then
 return -1
end 

return cnt

返回 -1 表示超過限流, 否則返回當(dāng)前單位時間已通過的請求數(shù)

key 可以但不限于以下的情況

ip + 接口
user_id + 接口

優(yōu)點

實現(xiàn)簡單

缺點

粒度不夠細(xì)的情況下, 會出現(xiàn)在同一個窗口時間內(nèi)出現(xiàn)雙倍請求數(shù)

注意

盡量保持時間粒度精細(xì)

場景分析

eg. 1000/3s 的限流

極端情況1:

第1秒請求數(shù) 10

第2秒請求數(shù) 10

第3秒請求數(shù) 980

第4秒請求數(shù) 900

第5秒請求數(shù) 100

第6秒請求數(shù) 0

此時注意第3~5秒內(nèi)的總請求數(shù)高達(dá) 1980

極端情況2:

第1秒請求數(shù) 1000

第2秒請求數(shù) 0

第3秒請求數(shù) 0

此時后續(xù)的第2~3秒會出現(xiàn)大量拒絕請求

令牌桶模式

原理

令牌桶的

桶中保存有令牌, 存在上限, 且一開始是滿的
每次請求都要消耗令牌(可根據(jù)不同請求消耗不同數(shù)量的令牌)
每隔一段時間(固定速率)會往桶中放令牌

桶的實現(xiàn)還分為:

可預(yù)消費(fèi)

提前預(yù)支令牌數(shù): 前人挖坑, 后人跳

不可預(yù)消費(fèi)

令牌數(shù)不夠直接拒絕

實現(xiàn)

此處實現(xiàn)的不可預(yù)消費(fèi)的令牌桶, 具體Lua代碼:

-- 令牌桶限流: 不支持預(yù)消費(fèi), 初始桶是滿的
-- KEYS[1] string 限流的key

-- ARGV[1] int  桶最大容量
-- ARGV[2] int  每次添加令牌數(shù)
-- ARGV[3] int  令牌添加間隔(秒)
-- ARGV[4] int  當(dāng)前時間戳

local bucket_capacity = tonumber(ARGV[1])
local add_token = tonumber(ARGV[2])
local add_interval = tonumber(ARGV[3])
local now = tonumber(ARGV[4])

-- 保存上一次更新桶的時間的key
local LAST_TIME_KEY = KEYS[1].."_time";   
-- 獲取當(dāng)前桶中令牌數(shù)
local token_cnt = redis.call("get", KEYS[1]) 
-- 桶完全恢復(fù)需要的最大時長
local reset_time = math.ceil(bucket_capacity / add_token) * add_interval;

if token_cnt then -- 令牌桶存在
 -- 上一次更新桶的時間
 local last_time = redis.call('get', LAST_TIME_KEY)
 -- 恢復(fù)倍數(shù)
 local multiple = math.floor((now - last_time) / add_interval)
 -- 恢復(fù)令牌數(shù)
 local recovery_cnt = multiple * add_token
 -- 確保不超過桶容量
 local token_cnt = math.min(bucket_capacity, token_cnt + recovery_cnt) - 1
 
 if token_cnt < 0 then
  return -1;
 end
 
 -- 重新設(shè)置過期時間, 避免key過期
 redis.call('set', KEYS[1], token_cnt, 'EX', reset_time)      
 redis.call('set', LAST_TIME_KEY, last_time + multiple * add_interval, 'EX', reset_time)
 return token_cnt
 
else -- 令牌桶不存在
 token_cnt = bucket_capacity - 1
 -- 設(shè)置過期時間避免key一直存在
 redis.call('set', KEYS[1], token_cnt, 'EX', reset_time);
 redis.call('set', LAST_TIME_KEY, now, 'EX', reset_time + 1); 
 return token_cnt 
end

令牌桶的關(guān)鍵是以下幾個參數(shù):