JAVA：基于Redis 实现计数器限流

1、简述

在现实世界中可能会出现服务器被虚假请求轰炸的情况，因此您可能希望控制这种虚假的请求。
一些实际使用情形可能如下所示：

API配额管理-作为提供者，您可能希望根据用户的付款情况限制向服务器发出API请求的速率。这可以在客户端或服务端实现。
安全性-防止DDOS攻击。
成本控制–这对服务方甚至客户方来说都不是必需的。如果某个组件以非常高的速率发出一个事件，它可能有助于控制它，它可能有助于控制从客户端发送的请求。

常见的限流算法：令牌桶算法，漏桶算法。比较成熟的有分布式hystrix, sentinel，还有guava高并发限流ratelimiter。本文主要是介绍Redis如何对指定的key进行计数限流的。

2、引用和配置

引用redis的maven包，包括客户端连接插件jedis。

<dependency>
   <groupId>org.springframework.boot</groupId>
   <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
</dependency>
<dependency>
   <groupId>redis.clients</groupId>
   <artifactId>jedis</artifactId>
</dependency>

在application.yml配置中添加Redis服务端配置：

spring:
  #redis配置#
  redis:
    database: 0
    host: 192.168.254.128
    port: 6379
    password: 123456
    timeout: 5000
    jedis:
      pool:
        max-active: 8
        max-wait: 5000
        max-idle: 8
        min-idle: 1

3、Config配置

添加redis configuration配置bean和redis存储json转换。

@Configuration
public class MyRedisConfig {
    
    
    @Value("${spring.redis.host}")
    private String host;
    @Value("${spring.redis.password}")
    private String password;
    @Value("${spring.redis.port}")
    private int port;
    @Value("${spring.redis.database}")
    private int database;

    //@SuppressWarnings("all")
    @Bean
    public StringRedisTemplate redisTemplate(RedisConnectionFactory factory){
    
    
        StringRedisTemplate template = new StringRedisTemplate(factory);
        Jackson2JsonRedisSerializer jackson2JsonRedisSerializer = new Jackson2JsonRedisSerializer(Object.class);
        ObjectMapper om = new ObjectMapper();
        om.setVisibility(PropertyAccessor.ALL, JsonAutoDetect.Visibility.ANY);
        om.enableDefaultTyping(ObjectMapper.DefaultTyping.NON_FINAL);
        jackson2JsonRedisSerializer.setObjectMapper(om);
        RedisSerializer stringSerializer = new StringRedisSerializer();
        template.setKeySerializer(stringSerializer);
        template.setValueSerializer(jackson2JsonRedisSerializer);
        template.setHashKeySerializer(stringSerializer);
        template.setHashValueSerializer(jackson2JsonRedisSerializer);
        template.afterPropertiesSet();
        return template;
    }

    @Bean
    public JedisConnectionFactory jedisConnectionFactory() {
    
    
        RedisStandaloneConfiguration configuration = new RedisStandaloneConfiguration();
        configuration.setHostName(host);
        configuration.setPassword(RedisPassword.of(password));
        configuration.setPort(port);
        configuration.setDatabase(database);
        JedisConnectionFactory jedisConnectionFactory = new JedisConnectionFactory(configuration);
        jedisConnectionFactory.getPoolConfig().setMaxIdle(30);
        jedisConnectionFactory.getPoolConfig().setMinIdle(10);
        return jedisConnectionFactory;
    }
}

4、添加组件

添加自定义的限速拦截器组件，到时候拦截器会根据该组件注释来拦截对应的接口请求，实现跟业务解耦。


@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.METHOD)
public @interface RequestLimit {
    
    

    /**
     * 调用方唯一key的名字
     *
     * @return
     */
    String name();
    /**
     * 限制访问次数
     * @return
     */
    int limitTimes();

    /**
     * 限制时长，也就是计数器的过期时间
     *
     * @return
     */
    long timeout();

    /**
     * 限制时长单位
     *
     * @return
     */
    TimeUnit timeUnit();
}

name ：表示请求方唯一的身份参数，如userId,token等。
limitTimes ：表示限制访问次数，也就是他在指定时间内可以访问多少次。
timeout：表示限制访问次数的有效期，一分钟还是一个小时。
timeUnit：表示限速实际的单位，秒、分钟、小时等

5、拦截器

添加拦截器实现HandlerInterceptor 来实现对添加@RequestLimit 进行拦截处理当前请求在规定的时间是否超出。当前采用的是redis的BoundValueOperations 来计算请求次数在规定的时间内是否异常。

/**
 * 请求限流拦截器
 */
@Slf4j
@Component
public class RequestLimitInterceptor implements HandlerInterceptor {
    
    
    @Autowired
    private RedisTemplate redisTemplate;

    @Override
    public  boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler) throws Exception {
    
    
        if(handler instanceof HandlerMethod){
    
    
            HandlerMethod handlerMethod = (HandlerMethod) handler;
            //判断接口是否添加requestLimit
            if(handlerMethod.hasMethodAnnotation(RequestLimit.class)){
    
    
                RequestLimit requestLimit = handlerMethod.getMethod().getAnnotation(RequestLimit.class);
                JSONObject object = new JSONObject();
                String token = request.getParameter(requestLimit.name());
                response.setContentType("text/json;charset=utf-8");
                object.put("timestamp", System.currentTimeMillis());
                BoundValueOperations<String, Integer> boundValueOperations = redisTemplate.boundValueOps(token);
                if(StringUtils.isEmpty(token)){
    
    
                    object.put("result", "token is invalid");
                    response.getWriter().print(JSON.toJSONString(object));
                } else if(checkLimit(token,requestLimit)){
    
    
                    object.put("result","token is success,请求成功");
                     long expire = boundValueOperations.getExpire();
                    return true;
                }else {
    
    
                    object.put("result", "达到访问次数上限，禁止访问!");
                    response.getWriter().print(JSON.toJSONString(object));
                }
                return false;
            }
        }
        return true;
    }

    /**
     * 限速校验
     * @param token
     * @param limit
     * @return
     */
    private Boolean checkLimit(String token, RequestLimit limit){
    
    
        BoundValueOperations<String , Integer> boundValueOperations = redisTemplate.boundValueOps(token);
        Integer count  = boundValueOperations.get();
        if(Objects.isNull(count)){
    
    
            redisTemplate.boundValueOps(token).set(1,limit.timeout(), limit.timeUnit());
        }else if(count > limit.limitTimes()){
    
    
            return Boolean.FALSE;
        }else {
    
    
            redisTemplate.boundValueOps(token).set(++count, boundValueOperations.getExpire(),limit.timeUnit());
        }
        return  Boolean.TRUE;
    }
}

实现拦截器后我们需要将当前拦截器添加到WebMvcConfigurer拦截器中：

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@Configuration
public class MyWebConfig implements WebMvcConfigurer {
    
    
    @Autowired
    private RequestLimitInterceptor requestLimitInterceptor;

    @Override
    public void addInterceptors(InterceptorRegistry registry) {
    
    
        registry.addInterceptor(requestLimitInterceptor).addPathPatterns("/**");
        WebMvcConfigurer.super.addInterceptors(registry);
    }

}

这样我们就完成了简易的拦截限速器，我们在请求的接口前添加@RequestLimit就可以限速了：

/**
 * 分页查询
 * @param param
 * @return
 */
@RequestLimit(name = "token", limitTimes = 20, timeout = 60, timeUnit = TimeUnit.SECONDS)
@GetMapping("/page")
public R page(TagParam param) {
    
    
    Query query = param.toQuery();

    PageInfo<Tag> pageInfo = tagService.page(query);
    return R.ok().put("pageInfo", pageInfo);
}

6、BoundValueOperations 使用

6.1 BoundValueOperations

就是一个绑定key的对象，我们可以通过这个对象来进行与key相关的操作

BoundValueOperations boundValueOps = redisTemplate.boundValueOps("token");

6.2 set(V value)

给绑定键重新设置值(如果没有值，则会添加这个值)

boundValueOps.set("token");

6.3 get()

获取绑定键的值。

String str = (String) boundValueOps.get();
System.out.println(str);

6.4 set(V value, long timeout, TimeUnit unit)

给绑定键设置新值并设置过期时间

boundValueOps.set("token",30, TimeUnit.SECONDS);

6.5 getAndSet(V value)

如果有这个值则获取没有则设置

String oldValue = (String) boundValueOps.getAndSet("token");
String newValue = (String) boundValueOps.get();

6.6 increment(double delta)和increment(long delta)

它是Redis的自增长键，前提是绑定值的类型是double或long类型。increment是单线程的，所以它是安全的。

BoundValueOperations boundValueOps = redisTemplate.boundValueOps("token");
boundValueOps.set(1);
System.out.println(boundValueOps.get());
boundValueOps.increment(1);
System.out.println(boundValueOps.get());

注意！使用该方法，需要使用StringRedisSerializer序列化器才能使用increment方法，否则会报错

7、代码地址

不管代码实现方式如何，还是要自己动手来实现才能体验设计的思想，让自己成长的更快，理解的更透彻。

代码地址：https://gitee.com/lhdxhl/redis.git
参考文章：https://zhuanlan.zhihu.com/p/427906048
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