Springboot 实现接口限流之分布式

2023-05-23 03 SpringCloud java 0 评论阅读时长: 8(分)

上文中介绍类单实例下如何在业务接口层做限流，本文主要介绍分布式场景下限流的方案，以及什么样的场景下需要在业务层级加限流而不是接入层；

并且结合开源的ratelimiter-spring-boot-starter为例。

1. 准备知识点

我们需要分布式限流和接入层限流来进行全局限流

redis + lua 实现lua脚本
使用Nginx + Lua实现的lua脚本
使用OpenResty开源的限流方案
限流框架，比如Sentinel实现降级限流熔断

2. redis + lua封装

redis+lua时代码层实现比较常见的方案，以作者kailing的开源ratelimiter-spring-boot-starter为例，学习思路+代码封装+starter封装

2.1 使用场景

为什么有些分布式场景下，还会在代码层进行控制限流？

基于 redis 的偏业务应用的分布式限流组件，目前支持时间窗口、令牌桶两种限流算法。使得项目拥有分布式限流能力变得很简单。限流的场景有很多，常说的限流一般指网关限流，控制好洪峰流量，以免打垮后方应用。这里突出偏业务应用的分布式限流
的原因，是因为区别于网关限流，业务侧限流可以轻松根据业务性质做到细粒度的流量控制。比如如下场景：

案例一：

一个公开的openapi接口，给接入方派发一个appId，此时，如果需要根据各接入方的appId限流，网关限流就不好做来，只能在业务侧实现

案例二：

公司内部的短信接口，内部对接来多个第三方短信通道，每个短信通道对流量的控制都不相同，假设有的第三方根据手机号和短信模版组合限流，网关限流就不好做来

接下来看作者kailing时如何封装实现ratelimiter-spring-boot-starter的

2.2 源代码的要点

引入包

ext {
    redisson_Version = '3.15.1'
}

dependencies {
    compile "org.redisson:redisson:${redisson_Version}"
    compile 'org.springframework.boot:spring-boot-starter-aop'
    compileOnly 'org.springframework.boot:spring-boot-starter-web'

    annotationProcessor 'org.springframework.boot:spring-boot-configuration-processor'
    testImplementation 'org.springframework.boot:spring-boot-starter-test'
    testImplementation 'org.springframework.boot:spring-boot-starter-web'
    testImplementation 'org.springdoc:springdoc-openapi-ui:1.5.2'
}

RateLimit注解

作者考虑了时间表达式，限流后的自定义回退后的拒绝逻辑, 用户自定义Key（PS：这里其实可以加一些默认的Key生成策略，比如按照方法策略，按照方法&IP 策略, 按照自定义策略等，默认为按照方法）

package com.taptap.ratelimiter.annotation;

import java.lang.annotation.ElementType;
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
import java.lang.annotation.Target;

/**
* @author kl (http://kailing.pub)
* @since 2021/3/16
  */
  @Target(value = {ElementType.METHOD})
  @Retention(value = RetentionPolicy.RUNTIME)
  public @interface RateLimit {

  /**
    * 时间窗口流量数量
    * @return rate
  */
  long rate();
  /**
    * 时间窗口流量数量表达式
    * @return rateExpression
  */
  String rateExpression() default "";

  /**
    * 时间窗口，最小单位秒，如 2s，2h , 2d
    * @return rateInterval
  */
  String rateInterval();

  /**
    * 获取key
    * @return keys
  */
  String [] keys() default {};

  /**
    * 限流后的自定义回退后的拒绝逻辑
    * @return fallback
      */
  String fallbackFunction() default "";

  /**
    * 自定义业务 key 的 Function
    * @return key
  */
  String customKeyFunction() default "";

}

AOP 拦截

around环绕方式，通过定义RateLimiterService获取方法注解的信息，存放在为RateLimiterInfo如果还定义了回调方法，被限流后还会执行回调方法，回调方法也在RateLimiterService中。

package com.taptap.ratelimiter.core;

import com.taptap.ratelimiter.annotation.RateLimit;
import com.taptap.ratelimiter.exception.RateLimitException;
import com.taptap.ratelimiter.model.LuaScript;
import com.taptap.ratelimiter.model.RateLimiterInfo;
import org.aspectj.lang.ProceedingJoinPoint;
import org.aspectj.lang.annotation.Around;
import org.aspectj.lang.annotation.Aspect;
import org.redisson.api.RScript;
import org.redisson.api.RedissonClient;
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;
import org.springframework.core.annotation.Order;
import org.springframework.stereotype.Component;
import org.springframework.util.StringUtils;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * Created by kl on 2017/12/29.
 * Content : 切面拦截处理器
 */
@Aspect
@Component
@Order(0)
public class RateLimitAspectHandler {

    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(RateLimitAspectHandler.class);

    private final RateLimiterService rateLimiterService;
    private final RScript rScript;

    public RateLimitAspectHandler(RedissonClient client, RateLimiterService lockInfoProvider) {
        this.rateLimiterService = lockInfoProvider;
        this.rScript = client.getScript();
    }

    @Around(value = "@annotation(rateLimit)")
    public Object around(ProceedingJoinPoint joinPoint, RateLimit rateLimit) throws Throwable {
        RateLimiterInfo limiterInfo = rateLimiterService.getRateLimiterInfo(joinPoint, rateLimit);

        List<Object> keys = new ArrayList<>();
        keys.add(limiterInfo.getKey());
        keys.add(limiterInfo.getRate());
        keys.add(limiterInfo.getRateInterval());
        List<Long> results = rScript.eval(RScript.Mode.READ_WRITE, LuaScript.getRateLimiterScript(), RScript.ReturnType.MULTI, keys);
        boolean allowed = results.get(0) == 0L;
        if (!allowed) {
            logger.info("Trigger current limiting,key:{}", limiterInfo.getKey());
            if (StringUtils.hasLength(rateLimit.fallbackFunction())) {
                return rateLimiterService.executeFunction(rateLimit.fallbackFunction(), joinPoint);
            }
            long ttl = results.get(1);
            throw new RateLimitException("Too Many Requests", ttl);
        }
        return joinPoint.proceed();
    }
}

这里LuaScript加载定义的lua脚本

package com.taptap.ratelimiter.model;

import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;
import org.springframework.util.StreamUtils;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.nio.charset.StandardCharsets;

/**
 * @author kl (http://kailing.pub)
 * @since 2021/3/18
 */
public final class LuaScript {

    private LuaScript(){}
    private static final Logger log = LoggerFactory.getLogger(LuaScript.class);
    private static final String RATE_LIMITER_FILE_PATH = "META-INF/ratelimiter-spring-boot-starter-rateLimit.lua";
    private static String rateLimiterScript;

    static {
        InputStream in = Thread.currentThread().getContextClassLoader()
                .getResourceAsStream(RATE_LIMITER_FILE_PATH);
        try {
            rateLimiterScript =  StreamUtils.copyToString(in, StandardCharsets.UTF_8);
        } catch (IOException e) {
            log.error("ratelimiter-spring-boot-starter Initialization failure",e);
        }
    }

    public static String getRateLimiterScript() {
        return rateLimiterScript;
    }
}

lua脚本放在META-INF/ratelimiter-spring-boot-starter-rateLimit.lua，如下

--
-- Created by IntelliJ IDEA.
-- User: kl
-- Date: 2021/3/18
-- Time: 11:17 上午
-- To change this template use File | Settings | File Templates.
local rateLimitKey = KEYS[1];
local rate = tonumber(KEYS[2]);
local rateInterval = tonumber(KEYS[3]);
local limitResult = 0;
local ttlResult = 0;
local currValue = redis.call('incr', rateLimitKey);
if (currValue == 1) then
    redis.call('expire', rateLimitKey, rateInterval);
    limitResult = 0;
else
    if (currValue > rate) then
        limitResult = 1;
        ttlResult = redis.call('ttl', rateLimitKey);
    end
end
return { limitResult, ttlResult }

starter自动装配

RateLimiterAutoConfiguration + RateLimiterProperties + spring.factories

package com.taptap.ratelimiter.configuration;

import com.taptap.ratelimiter.core.BizKeyProvider;
import com.taptap.ratelimiter.core.RateLimitAspectHandler;
import com.taptap.ratelimiter.core.RateLimiterService;
import com.taptap.ratelimiter.web.RateLimitExceptionHandler;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import org.redisson.Redisson;
import org.redisson.api.RedissonClient;
import org.redisson.codec.JsonJacksonCodec;
import org.redisson.config.Config;
import org.springframework.boot.autoconfigure.AutoConfigureAfter;
import org.springframework.boot.autoconfigure.condition.ConditionalOnMissingBean;
import org.springframework.boot.autoconfigure.condition.ConditionalOnProperty;
import org.springframework.boot.autoconfigure.data.redis.RedisAutoConfiguration;
import org.springframework.boot.context.properties.EnableConfigurationProperties;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.context.annotation.Import;

/**
 * @author kl (http://kailing.pub)
 * @since 2021/3/16
 */
@Configuration
@ConditionalOnProperty(prefix = RateLimiterProperties.PREFIX, name = "enabled", havingValue = "true")
@AutoConfigureAfter(RedisAutoConfiguration.class)
@EnableConfigurationProperties(RateLimiterProperties.class)
@Import({RateLimitAspectHandler.class, RateLimitExceptionHandler.class})
public class RateLimiterAutoConfiguration {

    private final RateLimiterProperties limiterProperties;

    public RateLimiterAutoConfiguration(RateLimiterProperties limiterProperties) {
        this.limiterProperties = limiterProperties;
    }

    @Bean(destroyMethod = "shutdown")
    @ConditionalOnMissingBean
    RedissonClient redisson() {
        Config config = new Config();
        if (limiterProperties.getRedisClusterServer() != null) {
            config.useClusterServers().setPassword(limiterProperties.getRedisPassword())
                    .addNodeAddress(limiterProperties.getRedisClusterServer().getNodeAddresses());
        } else {
            config.useSingleServer().setAddress(limiterProperties.getRedisAddress())
                    .setDatabase(limiterProperties.getRedisDatabase())
                    .setPassword(limiterProperties.getRedisPassword());
        }
        config.setCodec(new JsonJacksonCodec());
        config.setEventLoopGroup(new NioEventLoopGroup());
        return Redisson.create(config);
    }

    @Bean
    public RateLimiterService rateLimiterInfoProvider() {
        return new RateLimiterService();
    }

    @Bean
    public BizKeyProvider bizKeyProvider() {
        return new BizKeyProvider();
    }
}

3. 示例源码

https://gitee.com/kailing/ratelimiter-spring-boot-starter

本文链接： http://xiaoyuge.work/springboot-chapter13/index.html

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