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基于Redis的窗口過濾策略
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Redis是一個(gè)開源的內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)，它支持各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如字符串、哈希表、列表等，還能夠支持事務(wù)、Lua腳本、持久化，以及分布式集群。在實(shí)際開發(fā)中，我們可能會(huì)碰到一些需要實(shí)時(shí)過濾的數(shù)據(jù)，如短信驗(yàn)證碼、異常請求、頻繁操作等。這時(shí)，可以采用窗口過濾策略，即按照一定時(shí)間和數(shù)量來控制數(shù)據(jù)的進(jìn)出。本文將介紹基于Redis的窗口過濾策略的實(shí)現(xiàn)方式。
1. Redis的zset結(jié)構(gòu)
Redis的zset結(jié)構(gòu)是一種有序集合，集合中的元素由分值和成員兩部分組成。我們可以使用zadd命令向zset中添加元素，zrange命令來查詢元素，還可以通過zrange命令指定score的范圍查詢元素。下面演示一下添加元素、查詢元素、查詢score范圍內(nèi)的元素的操作。
“`shell
# 添加元素，score為當(dāng)前時(shí)間戳
> zadd myset $(date +%s) “foo”
(integer) 1
# 查詢元素
> zrange myset 0 -1
1) “foo”
# 查詢score范圍內(nèi)的元素
> zrangebyscore myset $(date +%s) -1
1) “foo”
2. 窗口過濾策略
窗口過濾策略的基本思路是，維護(hù)一個(gè)有序集合，每個(gè)元素包含時(shí)間戳和唯一標(biāo)識(shí)，每當(dāng)有數(shù)據(jù)進(jìn)來時(shí)，先將其加入有序集合，再判斷其在集合中的位置和數(shù)量，如果超過了規(guī)定的范圍，則將最早的數(shù)據(jù)刪除。下面是一組根據(jù)時(shí)間戳和唯一標(biāo)識(shí)來過濾的示例代碼。
```python
import time
class Window(object):
def __init__(self, max_count, max_time):
self.max_count = max_count
self.max_time = max_time
self.redis = redis.Redis.from_url(os.environ["REDIS_URL"])
def push(self, key):
timestamp = time.time()
values = self.redis.zrangebyscore(key, timestamp-self.max_time, timestamp)
if len(values) >= self.max_count:
self.redis.zremrangebyrank(key, 0, len(values)-self.max_count)
return False
else:
self.redis.zadd(key, timestamp, timestamp)
return True
上述代碼中，我們定義了一個(gè)窗口類，初始化時(shí)需要設(shè)定最大數(shù)量和最大時(shí)間。在push方法中，首先獲取當(dāng)前時(shí)間戳，然后使用zrangebyscore方法獲取當(dāng)前時(shí)段內(nèi)的數(shù)據(jù)列表，然后再判斷數(shù)據(jù)列表的數(shù)量是否超過最大值，超過則利用zremrangebyrank方法刪除最早的數(shù)據(jù)，否則利用zadd方法繼續(xù)添加當(dāng)前數(shù)據(jù)。最后返回True或False表示是否添加成功。
3. 示例應(yīng)用：限制短信驗(yàn)證碼發(fā)送頻率
下面假設(shè)我們有一個(gè)用戶注冊功能，在注冊時(shí)需要手機(jī)短信通知驗(yàn)證碼，為了避免用戶重復(fù)注冊或釣魚攻擊，我們可以在后端代碼中使用窗口過濾策略來限制短信驗(yàn)證碼的發(fā)送頻率。下面是示例代碼：
“`python
import os
import redis
import time
class SmsService(object):
def __init__(self):
self.window = Window(3, 60) # 最大3次/分鐘
self.redis = redis.Redis.from_url(os.environ[“REDIS_URL”])
def send(self, phone):
# 檢查窗口
key = f”sms:{phone}”
if not self.window.push(key):
return False
# 生成驗(yàn)證碼
code = random.randint(1000, 9999)
# 保存驗(yàn)證碼
self.redis.set(key, code)
self.redis.expire(key, 300) # 5分鐘有效期
# 發(fā)送消息
send_sms(phone, f”您的驗(yàn)證碼是{code}，5分鐘內(nèi)有效?！?
return True
上述代碼中，我們定義了一個(gè)短信服務(wù)類SmsService，初始化時(shí)創(chuàng)建了一個(gè)窗口實(shí)例和一個(gè)Redis連接。在send方法中，首先調(diào)用窗口實(shí)例的push方法判斷是否需要限制，如果需要，則直接返回False表示無法發(fā)送短信；否則，根據(jù)傳入的phone生成一個(gè)redis鍵名，生成一個(gè)4位隨機(jī)數(shù)字作為驗(yàn)證碼，保存到Redis中，并設(shè)置5分鐘的有效期，最后調(diào)用send_sms方法發(fā)送短信，并返回True表示發(fā)送成功。
4. 總結(jié)
本文介紹了基于Redis的窗口過濾策略及其應(yīng)用，展示了窗口類和短信服務(wù)類的示例代碼，以及相關(guān)Redis命令的使用方法。在實(shí)際場景中，我們還可以結(jié)合其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，如Bloom Filter和Spark Streaming等，來實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的過濾和分析功能。
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創(chuàng)新互聯(lián)（www.cdcxhl.com）互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商,擁有超過10年的服務(wù)器租用、服務(wù)器托管、云服務(wù)器、虛擬主機(jī)、網(wǎng)站系統(tǒng)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。專業(yè)提供云主機(jī)、虛擬主機(jī)、域名注冊、VPS主機(jī)、云服務(wù)器、香港云服務(wù)器、免備案服務(wù)器等。
文章名稱：基于Redis的窗口過濾策略（redis窗口過濾）
文章鏈接：http://m.5511xx.com/article/djjsggc.html
