SpringBoot 2.x 第二十七篇：优雅解决分布式限流

SpringBoot 是为了简化 Spring 应用的创建、运行、调试、部署等一系列问题而诞生的产物，自动装配的特性让我们可以更好的关注业务本身而不是外部的XML配置，我们只需遵循规范，引入相关的依赖就可以轻易的搭建出一个WEB工程

在前面的两篇文章中，介绍了一些限流的类型和策略，本篇从 SpringBoot、 Redis 应用层面来实现分布式的限流….

分布式限流

单机版中我们了解到 AtomicInteger、 RateLimiter、 Semaphore 这几种解决方案，但它们也仅仅是单机的解决手段，在集群环境下就透心凉了，后面又讲述了 Nginx 的限流手段，可它又属于网关层面的策略之一，并不能解决所有问题。例如供短信接口，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。

本章目标

利用自定义注解、 SpringAop、 RedisCache 实现分布式限流….

具体代码

很简单…

导入依赖

在 pom.xml 中添加上 starter-web、 starter-aop、 starter-data-redis 的依赖即可，习惯了使用 commons-lang3 和 guava 中的一些工具包…

<dependencies> <!-- 默认就内嵌了Tomcat 容器，如需要更换容器也极其简单--> <dependency> <groupId>org.springframework.boot</groupId> <artifactId>spring-boot-starter-aop</artifactId> </dependency> <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>com.google.guava</groupId> <artifactId>guava</artifactId> <version>21.0</version> </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>

属性配置

在 application.properites 资源文件中添加 redis 相关的配置项

spring.redis.host=localhost
spring.redis.port=6379 spring.redis.password=battcn

Limit 注解

创建一个 Limit 注解，不多说注释都给各位写齐全了….

package com.battcn.limiter.annotation; import com.battcn.limiter.LimitType; import java.lang.annotation.*; /**
 * 限流
 *
 * @author Levin
 * @since 2018-02-05
 */ @Target({ElementType.METHOD, ElementType.TYPE}) @Retention(RetentionPolicy.RUNTIME) @Inherited @Documented public @interface Limit { /**
     * 资源的名字
     *
     * @return String
     */ String name() default ""; /**
     * 资源的key
     *
     * @return String
     */ String key() default ""; /**
     * Key的prefix
     *
     * @return String
     */ String prefix() default ""; /**
     * 给定的时间段
     * 单位秒
     *
     * @return int
     */ int period(); /**
     * 最多的访问限制次数
     *
     * @return int
     */ int count(); /**
     * 类型
     *
     * @return LimitType
     */ LimitType limitType() default LimitType.CUSTOMER; } public enum LimitType { /**
     * 自定义key
     */ CUSTOMER, /**
     * 根据请求者IP
     */ IP; }

RedisTemplate

默认情况下 spring-boot-data-redis 为我们提供了 StringRedisTemplate 但是满足不了其它类型的转换，所以还是得自己去定义其它类型的模板….

package com.battcn.limiter; import org.springframework.context.annotation.Bean; import org.springframework.context.annotation.Configuration; import org.springframework.data.redis.connection.lettuce.LettuceConnectionFactory; import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate; import org.springframework.data.redis.serializer.GenericJackson2JsonRedisSerializer; import org.springframework.data.redis.serializer.StringRedisSerializer; import java.io.Serializable; /**
 * @author Levin
 * @since 2018/8/2 0002
 */ @Configuration public class RedisLimiterHelper { @Bean public RedisTemplate<String, Serializable> limitRedisTemplate(LettuceConnectionFactory redisConnectionFactory) { RedisTemplate<String, Serializable> template = new RedisTemplate<>(); template.setKeySerializer(new StringRedisSerializer()); template.setValueSerializer(new GenericJackson2JsonRedisSerializer()); template.setConnectionFactory(redisConnectionFactory); return template; } }

Limit 拦截器（AOP）

熟悉 Redis 的朋友都知道它是线程安全的，我们利用它的特性可以实现分布式锁、分布式限流等组件，限流相比它稍微复杂一点，官方虽然没有提供相应的API，但却提供了支持 Lua 脚本的功能，我们可以通过编写 Lua 脚本实现自己的API，同时他是满足原子性的….

下面核心就是调用 execute 方法传入我们的 Lua 脚本内容，然后通过返回值判断是否超出我们预期的范围，超出则给出错误提示。

package com.battcn.limiter; import com.battcn.limiter.annotation.Limit; import com.google.common.collect.ImmutableList; import org.apache.commons.lang3.StringUtils; import org.aspectj.lang.ProceedingJoinPoint; import org.aspectj.lang.annotation.Around; import org.aspectj.lang.annotation.Aspect; import org.aspectj.lang.reflect.MethodSignature; import org.slf4j.Logger; import org.slf4j.LoggerFactory; import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired; import org.springframework.context.annotation.Configuration; import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate; import org.springframework.data.redis.core.script.DefaultRedisScript; import org.springframework.data.redis.core.script.RedisScript; import org.springframework.web.context.request.RequestContextHolder; import org.springframework.web.context.request.ServletRequestAttributes; import javax.servlet.http.HttpServletRequest; import java.io.Serializable; import java.lang.reflect.Method; /**
 * @author Levin
 * @since 2018/2/5 0005
 */ @Aspect @Configuration public class LimitInterceptor { private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(LimitInterceptor.class); private final RedisTemplate<String, Serializable> limitRedisTemplate; @Autowired public LimitInterceptor(RedisTemplate<String, Serializable> limitRedisTemplate) { this.limitRedisTemplate = limitRedisTemplate; } @Around("execution(public * *(..)) && @annotation(com.battcn.limiter.annotation.Limit)") public Object interceptor(ProceedingJoinPoint pjp) { MethodSignature signature = (MethodSignature) pjp.getSignature(); Method method = signature.getMethod(); Limit limitAnnotation = method.getAnnotation(Limit.class); LimitType limitType = limitAnnotation.limitType(); String name = limitAnnotation.name(); String key; int limitPeriod = limitAnnotation.period(); int limitCount = limitAnnotation.count(); switch (limitType) { case IP: key = getIpAddress(); break; case CUSTOMER: // TODO 如果此处想根据表达式或者一些规则生成 请看 一起来学Spring Boot | 第二十三篇：轻松搞定重复提交（分布式锁） key = limitAnnotation.key(); break; default: key = StringUtils.upperCase(method.getName()); } ImmutableList<String> keys = ImmutableList.of(StringUtils.join(limitAnnotation.prefix(), key)); try { String luaScript = buildLuaScript(); RedisScript<Number> redisScript = new DefaultRedisScript<>(luaScript, Number.class); Number count = limitRedisTemplate.execute(redisScript, keys, limitCount, limitPeriod); logger.info("Access try count is {} for name={} and key = {}", count, name, key); if (count != null && count.intValue() <= limitCount) { return pjp.proceed(); } else { throw new RuntimeException("You have been dragged into the blacklist"); } } catch (Throwable e) { if (e instanceof RuntimeException) { throw new RuntimeException(e.getLocalizedMessage()); } throw new RuntimeException("server exception"); } } /**
     * 限流 脚本
     *
     * @return lua脚本
     */ public String buildLuaScript() { StringBuilder lua = new StringBuilder(); lua.append("local c"); lua.append("\nc = redis.call('get',KEYS[1])"); // 调用不超过最大值，则直接返回 lua.append("\nif c and tonumber(c) > tonumber(ARGV[1]) then"); lua.append("\nreturn c;"); lua.append("\nend"); // 执行计算器自加 lua.append("\nc = redis.call('incr',KEYS[1])"); lua.append("\nif tonumber(c) == 1 then"); // 从第一次调用开始限流，设置对应键值的过期 lua.append("\nredis.call('expire',KEYS[1],ARGV[2])"); lua.append("\nend"); lua.append("\nreturn c;"); return lua.toString(); } private static final String UNKNOWN = "unknown"; public String getIpAddress() { HttpServletRequest request = ((ServletRequestAttributes) RequestContextHolder.getRequestAttributes()).getRequest(); String ip = request.getHeader("x-forwarded-for"); if (ip == null || ip.length() == 0 || UNKNOWN.equalsIgnoreCase(ip)) { ip = request.getHeader("Proxy-Client-IP"); } if (ip == null || ip.length() == 0 || UNKNOWN.equalsIgnoreCase(ip)) { ip = request.getHeader("WL-Proxy-Client-IP"); } if (ip == null || ip.length() == 0 || UNKNOWN.equalsIgnoreCase(ip)) { ip = request.getRemoteAddr(); } return ip; } }

控制层

在接口上添加 @Limit() 注解，如下代码会在 Redis 中生成过期时间为 100s 的 key = test 的记录，特意定义了一个 AtomicInteger用作测试…

package com.battcn.controller; import com.battcn.limiter.annotation.Limit; import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping; import org.springframework.web.bind.annotation.RestController; import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger; /**
 * @author Levin
 * @since 2018/8/2 0002
 */ @RestController public class LimiterController { private static final AtomicInteger ATOMIC_INTEGER = new AtomicInteger(); @Limit(key = "test", period = 100, count = 10) @GetMapping("/test") public int testLimiter() { // 意味著 100S 内最多允許訪問10次 return ATOMIC_INTEGER.incrementAndGet(); } }

主函数

就一个普通的不能在普通的主函数类了

package com.battcn; import org.springframework.boot.SpringApplication; import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication; /**
 * @author Levin
 */ @SpringBootApplication public class Chapter27Application { public static void main(String[] args) { SpringApplication.run(Chapter27Application.class, args); } }

测试

完成准备事项后，启动 Chapter27Application 自行测试即可，测试手段相信大伙都不陌生了，如浏览器、 postman、 junit、 swagger，此处基于 postman，如果你觉得自带的异常信息不够友好，那么配上一起来学 SpringBoot | 第十八篇：轻松搞定全局异常可以轻松搞定…

未达设定的阀值时

达到设置的阀值时

总结

目前很多大佬都写过关于 SpringBoot 的教程了，如有雷同，请多多包涵，本教程基于最新的 spring-boot-starter-parent：2.0.3.RELEASE编写…

本篇文章核心的 Lua 脚本截取自军哥的 Aquarius 开源项目，有兴趣的朋友可以 fork star ，该项目干货满满…

全文代码：https://github.com/battcn/spring-boot2-learning/tree/master/chapter27

作者：唐亚峰 | 出自：https://blog.battcn.com

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