Java并发解决方案：分布式应用限流实践

执笔记忆的空白 2020-10-20 17:39:41 ⋅ 873 阅读

任何限流都不是漫无目的的，也不是一个开关就可以解决的问题，常用的限流算法有：令牌桶，漏桶。在之前的文章中，也讲到过，但是那是基于单机场景来写。

之前文章：接口限流算法：漏桶算法&令牌桶算法

然而再牛逼的机器，再优化的设计，对于特殊场景我们也是要特殊处理的。就拿秒杀来说，可能会有百万级别的用户进行抢购，而商品数量远远小于用户数量。如果这些请求都进入队列或者查询缓存，对于最终结果没有任何意义，徒增后台华丽的数据。对此，为了减少资源浪费，减轻后端压力，我们还需要对秒杀进行限流，只需保障部分用户服务正常即可。

就秒杀接口来说，当访问频率或者并发请求超过其承受范围的时候，这时候我们就要考虑限流来保证接口的可用性，以防止非预期的请求对系统压力过大而引起的系统瘫痪。通常的策略就是拒绝多余的访问，或者让多余的访问排队等待服务。

分布式限流

单机限流，可以用到 AtomicInteger、 RateLimiter、 Semaphore 这些。但是在分布式中，就不能使用了。常用分布式限流用 Nginx 限流，但是它属于网关层面，不能解决所有问题，例如内部服务，短信接口，你无法保证消费方是否会做好限流控制，所以自己在应用层实现限流还是很有必要的。

本文不涉及 nginx+lua，简单介绍 redis+lua分布式限流的实现。如果是需要在接入层限流的话，应该直接采用nginx自带的连接数限流模块和请求限流模块。

Redis + Lua 限流示例

本次项目使用 SpringBoot2.0.4，使用到 Redis 集群， Lua 限流脚本

引入依赖

<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数据库索引
spring.redis.database=0
# Redis服务器地址
spring.redis.host=10.4.89.161
# Redis服务器连接端口
spring.redis.port=6379
# Redis服务器连接密码（默认为空）
spring.redis.password=
# 连接池最大连接数（使用负值表示没有限制）
spring.redis.jedis.pool.max-active=8
# 连接池最大阻塞等待时间（使用负值表示没有限制）
spring.redis.jedis.pool.max-wait=-1
# 连接池中的最大空闲连接
spring.redis.jedis.pool.max-idle=8
# 连接池中的最小空闲连接
spring.redis.jedis.pool.min-idle=0
# 连接超时时间（毫秒）
spring.redis.timeout=10000

Lua 脚本

参考： 聊聊高并发系统之限流特技http://jinnianshilongnian.iteye.com/blog/2305117

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  --请求数+1，并设置2秒过期
  redis.call("INCRBY", key,"1")
   redis.call("expire", key,"2")
   return current + 1
end

 

1、我们通过KEYS[1] 获取传入的key参数 2、通过ARGV[1]获取传入的limit参数 3、redis.call方法，从缓存中get和key相关的值，如果为nil那么就返回0 4、接着判断缓存中记录的数值是否会大于限制大小，如果超出表示该被限流，返回0 5、如果未超过，那么该key的缓存值+1，并设置过期时间为1秒钟以后，并返回缓存值+1

限流注解

注解的目的，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 {
    /**
     * 限流唯一标示
     *
     * @return
     */
    String key() default "";
    /**
     * 限流时间
     *
     * @return
     */
    int time();
    /**
     * 限流次数
     *
     * @return
     */
    int count();
}

公共配置

package com.souyunku.example.config;
@Component
public class Commons {
    /**
     * 读取限流脚本
     *
     * @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;
    }
}

拦截器

通过拦截器 拦截 @RateLimit注解的方法，使用 Redsiexecute 方法执行我们的限流脚本，判断是否超过限流次数

以下下是核心代码

package com.souyunku.example.config;
/**
 * 描述:拦截器
 *
 * @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) RequestContextHolder.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("限流时间段内访问第：{} 次", number.toString());
                return joinPoint.proceed();
            }
        } else {
            return joinPoint.proceed();
        }
        throw new RuntimeException("已经到设置限流次数");
    }
    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();
            }
            // 对于通过多个代理的情况，第一个IP为客户端真实IP,多个IP按照','分割
            if (ipAddress != null && ipAddress.length() > 15) { // "***.***.***.***".length()
                // = 15
                if (ipAddress.indexOf(",") > 0) {
                    ipAddress = ipAddress.substring(0, ipAddress.indexOf(","));
                }
            }
        } catch (Exception e) {
            ipAddress = "";
        }
        return ipAddress;
    }
}

控制层

添加 @RateLimit() 注解，会在 Redsi 中生成 10 秒中，可以访问5次 的key

RedisAtomicLong 是为测试例子例，记录累计访问次数，跟限流没有关系。

package com.souyunku.example.controller;
/**
 * 描述: 测试页
 *
 * @author yanpenglei
 * @create 2018-08-16 15:42
 **/
@RestController
public class LimiterController {
    @Autowired
    private RedisTemplate redisTemplate;
    // 10 秒中，可以访问10次
    @RateLimit(key = "test", time = 10, count = 10)
    @GetMapping("/test")
    public String luaLimiter() {
        RedisAtomicInteger entityIdCounter = new RedisAtomicInteger("entityIdCounter", redisTemplate.getConnectionFactory());
        String date = DateFormatUtils.format(new Date(), "yyyy-MM-dd HH:mm:ss.SSS");
        return date + " 累计访问次数：" + entityIdCounter.getAndIncrement();
    }
}

启动服务

package com.souyunku.example;
@SpringBootApplication
public class SpringBootLimitApplication {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(SpringBootLimitApplication.class, args);
    }
}

 

启动项目页面访问：http://127.0.0.1:8080/test

10 秒中，可以访问10次,超过十次，页面就报错，等够10秒，重新计算。

后台日志

2018-08-16 18:41:08.205  INFO 18076 --- [nio-8080-exec-1] com.souyunku.example.config.LimitAspect  : 限流时间段内访问第：1 次
2018-08-16 18:41:08.426  INFO 18076 --- [nio-8080-exec-3] com.souyunku.example.config.LimitAspect  : 限流时间段内访问第：2 次
2018-08-16 18:41:08.611  INFO 18076 --- [nio-8080-exec-5] com.souyunku.example.config.LimitAspect  : 限流时间段内访问第：3 次
2018-08-16 18:41:08.819  INFO 18076 --- [nio-8080-exec-7] com.souyunku.example.config.LimitAspect  : 限流时间段内访问第：4 次
2018-08-16 18:41:09.021  INFO 18076 --- [nio-8080-exec-9] com.souyunku.example.config.LimitAspect  : 限流时间段内访问第：5 次
2018-08-16 18:41:09.203  INFO 18076 --- [nio-8080-exec-1] com.souyunku.example.config.LimitAspect  : 限流时间段内访问第：6 次
2018-08-16 18:41:09.406  INFO 18076 --- [nio-8080-exec-3] com.souyunku.example.config.LimitAspect  : 限流时间段内访问第：7 次
2018-08-16 18:41:09.629  INFO 18076 --- [nio-8080-exec-5] com.souyunku.example.config.LimitAspect  : 限流时间段内访问第：8 次
2018-08-16 18:41:09.874  INFO 18076 --- [nio-8080-exec-7] com.souyunku.example.config.LimitAspect  : 限流时间段内访问第：9 次
2018-08-16 18:41:10.178  INFO 18076 --- [nio-8080-exec-9] com.souyunku.example.config.LimitAspect  : 限流时间段内访问第：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 context with path [] threw exception [Request processing failed; nested exception is java.lang.RuntimeException: 已经到设置限流次数] with root cause
java.lang.RuntimeException: 已经到设置限流次数
    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(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43) ~[na:1.8.0_112]
    at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:498) ~[na:1.8.0_112]

 

---------------END----------------

后续的内容同样精彩

长按关注“IT实战联盟”哦

 

image

 

 


注意：本文归作者所有，未经作者允许，不得转载

#分布式限流
阅读全部

全部评论: 0 条

    我有话说:

    码云推荐：一个优秀的分布式spring boot/Spring Cloud API限流框架，特别适合微服务架构

    一个优秀的分布式spring boot/Spring Cloud API限流框架，特别适合微服务架构.

    「推荐」通过API网关实现微服务管控-限流，熔断和降级

      今天准备谈下基于API网关来实现微服务治理管控中的服务限流，熔断和降级方面的内容。在前面谈微服务架构的时候也谈到过类似通过Hystrix，Sentinel来是服务限流熔断。包括也不断

    高并发下分布式事务的解决方案-MQ消息事务+最终一致性

    分布式事务分布式事务就是指事务的参与者、支持事务的服务器、资源服务器以及事务管理器分别位于不同的分布式系统的不同节点之上

    京东技术：Hystrix 分布式系统限流、降级、熔断框架

    Hystrix是Netflix开源的一款容错框架，包含常用的容错方法：线程隔离、信号量隔离、降级策略、熔断技术。

    Google发布Java 核心工具库——Guava 28.0

    Guava是一种基于开源的Java库，其中包含谷歌正在由他们很多项目使用的很多核心库。这个库是为了方便编码，并减少编码错误。这个库提供用于集合，缓存，支持原语，并发性，常见注解，字符串处理，I/O和

    Apache Traffic Control 5.1.2 发布，高可扩分布式 CDN 解决方案

    Apache Traffic Control 5.1.2 现已发布。Apache Traffic Control 是一个分布式、可扩展的冗余解决方案，实现了现代 CDN 的所有核心功能，可

    微型Java开发框架Solon 1.1发布，QPS达10万+

    简介 Solon 是一个微型的Java开发框架。项目从2018年启动以来，参考过大量前人作品；历时两年，2700多次的commit；内核保持0.1m的身材，超高的Web跑分，良好的使用体验

    Google 宣布正式开源 Jib ，帮助 Java 应用快速容器化

    Google 本周宣布开源一款新的 Java 工具 Jib ，旨在让开发者使用他们熟悉的工具更轻松地将 Java 应用程序容器化。

    高并发服务器逻辑处理瓶颈，如何解决？

    从多方面入手解决高并发服务器逻辑处理瓶颈

    「转载」分布式事务方案 - SAGA模式

    性能与架构：杜亦舒原文：https://mp.weixin.qq.com/s/An6QbAOw6jhWxg7GDT56Ug 本文目的是讲清楚 SAGA 这种分布式事务解决方案的实现思路，不包括具体

    「轻阅读」亿级用户的分布式数据存储解决方案

    分布式数据库和分布式存储是分布式系统中难度最大、挑战最大，也是最容易出问题的地方。互联网公司只有解决分布式数据存储的问题，才能支撑更多次亿级用户的涌入。

    前端实战篇：JavaScript 反调试技巧的简单应用（下）

    通过时间差异、DevTools检测（Chrome）、隐式流完整性控制和 代理对象来达到JavaScript反调试目的

    使用Redis分布式锁解决并发线程资源共享问题

    分布式锁----redis setnx

    高并发的核心技术-幂等的实现方案

    幂等性应该是合格程序员的一个基因，在设计系统时，是首要考虑的问题，尤其是在像支付宝，银行，互联网金融公司等涉及的都是钱的系统，既要高效，数据也要准确，所以不能出现多扣款，多打款等问题......

    JAVA实现附近范围内公交定位问题

    接上篇【前端实战篇：通过JS抓取城市所有站点与线路】获取附近定位信息

    Spring Cloud快速搭建开放平台解决方案

    基于Spring Cloud开放平台解决方案 SOP

    「轻阅读」分布式事务的四种解决方案，成长需要尝试

    分布式事务指事务的操作位于不同的节点上，需要保证事务的 AICD 特性。

    Java Web实战篇：发布和运维必备的12条Linux命令

    作为一名Java起步的从业人员，学会一些常用的Linux命令是必须的。

    Java Web实战篇-轻松提高千万级数据库查询效率

    通过优化数据库设计、java后台和数据库优化达到提高千万级数据查询的效率。