Java併發：分散式應用限流實踐
阿新 • • 發佈：2019-01-07
任何限流都不是漫無目的的，也不是一個開關就可以解決的問題，常用的限流演算法有：令牌桶，漏桶。在之前的文章中，也講到過，但是那是基於單機場景來寫。
然而再牛逼的機器，再優化的設計，對於特殊場景我們也是要特殊處理的。就拿秒殺來說，可能會有百萬級別的使用者進行搶購，而商品數量遠遠小於使用者數量。如果這些請求都進入佇列或者查詢快取，對於最終結果沒有任何意義，徒增後臺華麗的資料。對此，為了減少資源浪費，減輕後端壓力，我們還需要對秒殺進行限流，只需保障部分使用者服務正常即可。
就秒殺介面來說，當訪問頻率或者併發請求超過其承受範圍的時候，這時候我們就要考慮限流來保證介面的可用性，以防止非預期的請求對系統壓力過大而引起的系統癱瘓。通常的策略就是拒絕多餘的訪問，或者讓多餘的訪問排隊等待服務。
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分散式限流
單機限流，可以用到 AtomicInteger、 RateLimiter、 Semaphore 這些。但是在分散式中，就不能使用了。常用分散式限流用 Nginx 限流，但是它屬於閘道器層面，不能解決所有問題，例如內部服務，簡訊介面，你無法保證消費方是否會做好限流控制，所以自己在應用層實現限流還是很有必要的。
本文不涉及 nginx+lua，簡單介紹 redis+lua分散式限流的實現。如果是需要在接入層限流的話，應該直接採用nginx自帶的連線數限流模組和請求限流模組。
Redis + Lua 限流示例
本次專案使用 SpringBoot2.0.4，使用到 Redis 叢集， Lua 限流指令碼
引入依賴
<dependencies> <dependency> <groupId>org.springframework.boot</groupId> <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId> </dependency> <dependency> <groupId>org.springframework.boot</groupId> <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId> </dependency> <dependency> <groupId>org.springframework.boot</groupId> <artifactId>spring-boot-starter-aop</artifactId> </dependency> <dependency> <groupId>org.apache.commons</groupId> <artifactId>commons-lang3</artifactId> </dependency> <dependency> <groupId>org.springframework.boot</groupId> <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId> </dependency> </dependencies>
Redis 配置
application.properties
spring.application.name=spring-boot-limit
# Redis資料庫索引
spring.redis.database=0
# Redis伺服器地址
spring.redis.host=10.4.89.161
# Redis伺服器連線埠
spring.redis.port=6379
# Redis伺服器連線密碼（預設為空）
spring.redis.password=
# 連線池最大連線數（使用負值表示沒有限制）
spring.redis.jedis.pool.max-active=8
# 連線池最大阻塞等待時間（使用負值表示沒有限制）
spring.redis.jedis.pool.max-wait=-1
# 連線池中的最大空閒連線
spring.redis.jedis.pool.max-idle=8
# 連線池中的最小空閒連線
spring.redis.jedis.pool.min-idle=0
# 連線超時時間（毫秒）
spring.redis.timeout=10000
Lua 指令碼
local key = "rate.limit:" .. KEYS[1] --限流KEY
local limit = tonumber(ARGV[1]) --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 --請求數+1，並設定2秒過期
redis.call("INCRBY", key,"1")
redis.call("expire", key,"2")
return current + 1
end
1、我們通過KEYS[1] 獲取傳入的key引數
2、通過ARGV[1]獲取傳入的limit引數
3、redis.call方法，從快取中get和key相關的值，如果為nil那麼就返回0
4、接著判斷快取中記錄的數值是否會大於限制大小，如果超出表示該被限流，返回0
5、如果未超過，那麼該key的快取值+1，並設定過期時間為1秒鐘以後，並返回快取值+1
限流注解
註解的目的，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 {
/**
* 限流唯一標示
*
* @return
*/
String key() default "";
/**
* 限流時間
*
* @return
*/
int time();
/**
* 限流次數
*
* @return
*/
int count();
}
公共配置
package com.souyunku.example.config;
@Component
public class Commons {
/**
* 讀取限流指令碼
*
* @return
*/
@Bean
public DefaultRedisScript<Number> redisluaScript() {
DefaultRedisScript<Number> redisScript = new DefaultRedisScript<>();
redisScript.setScriptSource(new ResourceScriptSource(new ClassPathResource("rateLimit.lua")));
redisScript.setResultType(Number.class);
return redisScript;
}
/**
* RedisTemplate
*
* @return
*/
@Bean
public RedisTemplate<String, Serializable> limitRedisTemplate(LettuceConnectionFactory redisConnectionFactory) {
RedisTemplate<String, Serializable>
template = new RedisTemplate<String, Serializable>();
template.setKeySerializer(new StringRedisSerializer());
template.setValueSerializer(new GenericJackson2JsonRedisSerializer());
template.setConnectionFactory(redisConnectionFactory);
return template;
}
}
攔截器
通過攔截器 攔截 @RateLimit註解的方法，使用 Redsiexecute 方法執行我們的限流指令碼，判斷是否超過限流次數
以下下是核心程式碼
package com.souyunku.example.config;
/**
* 描述:攔截器
*
* @author yanpenglei
* @create 2018-08-16 15:33
**/
@Aspect
@Configuration
public class LimitAspect {
private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(LimitAspect.class);
@Autowired
private RedisTemplate<String, Serializable> limitRedisTemplate;
@Autowired
private DefaultRedisScript<Number> 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) equestContextHolder.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<String> keys = Collections.singletonList(stringBuffer.toString());
Number number = limitRedisTemplate.execute(redisluaScript, keys, rateLimit.count(), rateLimit.time());
if (number != null && number.intValue() != 0 && number.intValue() <= rateLimit.count()) {
logger.info("限流時間段內訪問第：{} 次", number.toString());
return joinPoint.proceed();
}
} else {
return joinPoint.proceed();
}
throw new RuntimeException("已經到設定限流次數");
}
public static String getIpAddr(HttpServletRequest request) {
String ipAddress = null;
try {
ipAddress = request.getHeader("x-forwarded-for");
if (ipAddress == null || ipAddress.length() == 0 || "unknown".equalsIgnoreCase(ipAddress)) {
ipAddress = request.getHeader("Proxy-Client-IP");
}
if (ipAddress == null || ipAddress.length() == 0 || "unknown".equalsIgnoreCase(ipAddress)) {
ipAddress = request.getHeader("WL-Proxy-Client-IP");
}
if (ipAddress == null || ipAddress.length() == 0 || "unknown".equalsIgnoreCase(ipAddress)) {
ipAddress = request.getRemoteAddr();
}
// 對於通過多個代理的情況，第一個IP為客戶端真實IP,多個IP按照','分割
if (ipAddress != null && ipAddress.length() > 5) { // "***.***.***.***".length()
// = 15
if (ipAddress.indexOf(",") > 0) {
ipAddress = ipAddress.substring(0, ipAddress.indexOf(","));
}
}
} catch (Exception e) {
ipAddress = "";
}
return ipAddress;
}
}
控制層
新增 @RateLimit() 註解，會在 Redsi 中生成 10 秒中，可以訪問5次 的key
RedisAtomicLong 是為測試例子例，記錄累計訪問次數，跟限流沒有關係。
package com.souyunku.example.controller;
/**
* 描述: 測試頁
*
* @author yanpenglei
* @create 2018-08-16 15:42
**/
@RestController
public class LimiterController {
@Autowired
private RedisTemplate redisTemplate;
// 10 秒中，可以訪問10次
@RateLimit(key = "test", time = 10, ount = 10)
@GetMapping("/test")
public String luaLimiter() {
RedisAtomicInteger entityIdCounter = new RedisAtomicInteger("entityIdCounter", redisTemplate.getConnectionFactory());
String date = DateFormatUtils.format(new Date(), "yyyy-MM-dd H:mm:ss.SSS");
return date + " 累計訪問次數：" + entityIdCounter.getAndIncrement();
}
}
啟動服務
package com.souyunku.example;
@SpringBootApplicationpublic class SpringBootLimitApplication {
public static void main(String[] args) {
SpringApplication.run(SpringBootLimitApplication.class, args);
}
}
啟動專案頁面訪問：http://127.0.0.1:8080/test
10 秒中，可以訪問10次,超過十次，頁面就報錯，等夠10秒，重新計算。
.後臺日誌
2018-08-16 18:41:08.205 INFO 18076 --- [nio-8080-exec-1] com.souyunku.example.config.LimitAspect : 限流時間段內訪問第：1 次
2018-08-16 18:41:08.426 INFO 18076 --- [nio-8080-exec-3] com.souyunku.example.config.LimitAspect : 限流時間段內訪問第：2 次
2018-08-16 18:41:08.611 INFO 18076 --- [nio-8080-exec-5] com.souyunku.example.config.LimitAspect : 限流時間段內訪問第：3 次
2018-08-16 18:41:08.819 INFO 18076 --- [nio-8080-exec-7] com.souyunku.example.config.LimitAspect : 限流時間段內訪問第：4 次
2018-08-16 18:41:09.021 INFO 18076 --- [nio-8080-exec-9] com.souyunku.example.config.LimitAspect : 限流時間段內訪問第：5 次
2018-08-16 18:41:09.203 INFO 18076 --- [nio-8080-exec-1] com.souyunku.example.config.LimitAspect : 限流時間段內訪問第：6 次
2018-08-16 18:41:09.406 INFO 18076 --- [nio-8080-exec-3] com.souyunku.example.config.LimitAspect : 限流時間段內訪問第：7 次
2018-08-16 18:41:09.629 INFO 18076 --- [nio-8080-exec-5] com.souyunku.example.config.LimitAspect : 限流時間段內訪問第：8 次
2018-08-16 18:41:09.874 INFO 18076 --- [nio-8080-exec-7] com.souyunku.example.onfig.LimitAspect :限流時間段內訪問第：9 次
2018-08-16 18:41:10.178 INFO 18076 --- [nio-8080-exec-9] com.souyunku.example.config.LimitAspect : 限流時間段內訪問第：10 次
2018-08-16 18:41:10.702 ERROR 18076 --- [nio-8080-exec-1] o.a.c.c.C[.[.[/].[dispatcherServlet] : Servlet.service() for servlet [dispatcherServlet] in ontext with path [] threw exception [Request processing failed; nested exception is java.lang.RuntimeException: 已經到設定限流次數] with root cause
java.lang.RuntimeException: 已經到設定限流次數
at com.souyunku.example.config.LimitAspect.interceptor(LimitAspect.java:73) ~[classes/:na]
at sun.reflect.GeneratedMethodAccessor35.invoke(Unknown Source) ~[na:na]
at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorIpl.java:43) ~[na:1.8.0_112]
at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:498) ~[na:1.8.0_112]