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聊聊高并發(fā)系統(tǒng)之限流特技-2

上一篇《聊聊高并發(fā)系統(tǒng)限流特技-1》講了限流算法、應(yīng)用級(jí)限流、分布式限流;本篇將介紹接入層限流實(shí)現(xiàn)。

讓客戶(hù)滿(mǎn)意是我們工作的目標(biāo)，不斷超越客戶(hù)的期望值來(lái)自于我們對(duì)這個(gè)行業(yè)的熱愛(ài)。我們立志把好的技術(shù)通過(guò)有效、簡(jiǎn)單的方式提供給客戶(hù)，將通過(guò)不懈努力成為客戶(hù)在信息化領(lǐng)域值得信任、有價(jià)值的長(zhǎng)期合作伙伴，公司提供的服務(wù)項(xiàng)目有：域名與空間、雅安服務(wù)器托管、營(yíng)銷(xiāo)軟件、網(wǎng)站建設(shè)、瀾滄網(wǎng)站維護(hù)、網(wǎng)站推廣。

接入層限流

接入層通常指請(qǐng)求流量的入口，該層的主要目的有：負(fù)載均衡、非法請(qǐng)求過(guò)濾、請(qǐng)求聚合、緩存、降級(jí)、限流、A/B測(cè)試、服務(wù)質(zhì)量監(jiān)控等等，可以參考筆者寫(xiě)的《使用Nginx+Lua(OpenResty)開(kāi)發(fā)高性能Web應(yīng)用》。

對(duì)于Nginx接入層限流可以使用Nginx自帶了兩個(gè)模塊：連接數(shù)限流模塊ngx_http_limit_conn_module和漏桶算法實(shí)現(xiàn)的請(qǐng)求限流模塊ngx_http_limit_req_module。還可以使用OpenResty提供的Lua限流模塊lua-resty-limit-traffic進(jìn)行更復(fù)雜的限流場(chǎng)景。

limit_conn用來(lái)對(duì)某個(gè)KEY對(duì)應(yīng)的總的網(wǎng)絡(luò)連接數(shù)進(jìn)行限流，可以按照如IP、域名維度進(jìn)行限流。limit_req用來(lái)對(duì)某個(gè)KEY對(duì)應(yīng)的請(qǐng)求的平均速率進(jìn)行限流，并有兩種用法：平滑模式(delay)和允許突發(fā)模式(nodelay)。

ngx_http_limit_conn_module

limit_conn是對(duì)某個(gè)KEY對(duì)應(yīng)的總的網(wǎng)絡(luò)連接數(shù)進(jìn)行限流。可以按照IP來(lái)限制IP維度的總連接數(shù)，或者按照服務(wù)域名來(lái)限制某個(gè)域名的總連接數(shù)。但是記住不是每一個(gè)請(qǐng)求連接都會(huì)被計(jì)數(shù)器統(tǒng)計(jì)，只有那些被Nginx處理的且已經(jīng)讀取了整個(gè)請(qǐng)求頭的請(qǐng)求連接才會(huì)被計(jì)數(shù)器統(tǒng)計(jì)。

配置示例：

 
 
    
  
  
  1. http {
    2. 
  
  
  2.     limit_conn_zone$binary_remote_addr zone=addr:10m; 
    3. 
  
  
  3.     limit_conn_log_level error;
    4. 
  
  
  4.     limit_conn_status 503;
    5. 
  
  
  5.    ...
    6. 
  
  
  6.    server {
    7. 
  
  
  7.        ...
    8. 
  
  
  8.        location /limit {
    9. 
  
  
  9.            limit_conn addr 1;
    10. 
  
  
  10.        }
    11.

limit_conn：要配置存放KEY和計(jì)數(shù)器的共享內(nèi)存區(qū)域和指定KEY的最大連接數(shù);此處指定的最大連接數(shù)是1，表示Nginx最多同時(shí)并發(fā)處理1個(gè)連接;

limit_conn_zone：用來(lái)配置限流KEY、及存放KEY對(duì)應(yīng)信息的共享內(nèi)存區(qū)域大小;此處的KEY是“$binary_remote_addr”其表示IP地址，也可以使用如$server_name作為KEY來(lái)限制域名級(jí)別的最大連接數(shù);

limit_conn_status：配置被限流后返回的狀態(tài)碼，默認(rèn)返回503;

limit_conn_log_level：配置記錄被限流后的日志級(jí)別，默認(rèn)error級(jí)別。

limit_conn的主要執(zhí)行過(guò)程如下所示：

1、請(qǐng)求進(jìn)入后首先判斷當(dāng)前l(fā)imit_conn_zone中相應(yīng)KEY的連接數(shù)是否超出了配置的最大連接數(shù);

2.1、如果超過(guò)了配置的最大大小，則被限流，返回limit_conn_status定義的錯(cuò)誤狀態(tài)碼;

2.2、否則相應(yīng)KEY的連接數(shù)加1，并注冊(cè)請(qǐng)求處理完成的回調(diào)函數(shù);

3、進(jìn)行請(qǐng)求處理;

4、在結(jié)束請(qǐng)求階段會(huì)調(diào)用注冊(cè)的回調(diào)函數(shù)對(duì)相應(yīng)KEY的連接數(shù)減1。

limt_conn可以限流某個(gè)KEY的總并發(fā)/請(qǐng)求數(shù)，KEY可以根據(jù)需要變化。

按照IP限制并發(fā)連接數(shù)配置示例：

首先定義IP維度的限流區(qū)域：

 
 
    
  
  
  1. limit_conn_zone $binary_remote_addrzone=perip:10m;
    2.

接著在要限流的location中添加限流邏輯：

 
 
    
  
  
  1. location /limit {
    2. 
  
  
  2.     limit_conn perip 2;
    3. 
  
  
  3.     echo "123";
    4. 
  
  
  4. }
    5.

即允許每個(gè)IP最大并發(fā)連接數(shù)為2。

使用AB測(cè)試工具進(jìn)行測(cè)試，并發(fā)數(shù)為5個(gè)，總的請(qǐng)求數(shù)為5個(gè)：

 
 
    
  
  
  1. ab -n 5 -c 5 http://localhost/limit
    2.

將得到如下access.log輸出：

[08/Jun/2016:20:10:51+0800] [1465373451.802] 200

[08/Jun/2016:20:10:51+0800] [1465373451.803] 200

[08/Jun/2016:20:10:51 +0800][1465373451.803] 503

[08/Jun/2016:20:10:51 +0800][1465373451.803] 503

[08/Jun/2016:20:10:51 +0800][1465373451.803] 503

此處我們把a(bǔ)ccess log格式設(shè)置為log_format main '[$time_local] [$msec] $status';分別是“日期 日期秒/毫秒值 響應(yīng)狀態(tài)碼”。

如果被限流了，則在error.log中會(huì)看到類(lèi)似如下的內(nèi)容：

 
 
    
  
  
  1. 2016/06/08 20:10:51 [error] 5662#0: *5limiting connections by zone "perip", client: 127.0.0.1, server: _,request: "GET /limit HTTP/1.0", host: "localhost"
    2.

按照域名限制并發(fā)連接數(shù)配置示例：

首先定義域名維度的限流區(qū)域：

 
 
    
  
  
  1. limit_conn_zone $ server_name zone=perserver:10m;
    2.

接著在要限流的location中添加限流邏輯：

 
 
    
  
  
  1. location /limit {
    2. 
  
  
  2.     limit_conn perserver 2;
    3. 
  
  
  3.     echo "123";
    4. 
  
  
  4. }
    5.

即允許每個(gè)域名最大并發(fā)請(qǐng)求連接數(shù)為2;這樣配置可以實(shí)現(xiàn)服務(wù)器最大連接數(shù)限制。

ngx_http_limit_req_module

limit_req是令牌桶算法實(shí)現(xiàn)，用于對(duì)指定KEY對(duì)應(yīng)的請(qǐng)求進(jìn)行限流，比如按照IP維度限制請(qǐng)求速率。

配置示例：

 
 
    
  
  
  1. http {
    2. 
  
  
  2.     limit_req_zone $binary_remote_addr zone=one:10m rate=1r/s;
    3. 
  
  
  3.     limit_conn_log_level error;
    4. 
  
  
  4.     limit_conn_status 503;
    5. 
  
  
  5.     ...
    6. 
  
  
  6.     server {
    7. 
  
  
  7.        ...
    8. 
  
  
  8.        location /limit {
    9. 
  
  
  9.             limit_req zone=one burst=5 nodelay;
    10. 
  
  
  10.     }
    11.

limit_req：配置限流區(qū)域、桶容量(突發(fā)容量，默認(rèn)0)、是否延遲模式(默認(rèn)延遲);

limit_req_zone：配置限流KEY、及存放KEY對(duì)應(yīng)信息的共享內(nèi)存區(qū)域大小、固定請(qǐng)求速率;此處指定的KEY是“$binary_remote_addr”表示IP地址;固定請(qǐng)求速率使用rate參數(shù)配置，支持10r/s和60r/m，即每秒10個(gè)請(qǐng)求和每分鐘60個(gè)請(qǐng)求，不過(guò)最終都會(huì)轉(zhuǎn)換為每秒的固定請(qǐng)求速率(10r/s為每100毫秒處理一個(gè)請(qǐng)求;60r/m，即每1000毫秒處理一個(gè)請(qǐng)求)。

limit_conn_status：配置被限流后返回的狀態(tài)碼，默認(rèn)返回503;

limit_conn_log_level：配置記錄被限流后的日志級(jí)別，默認(rèn)error級(jí)別。

limit_req的主要執(zhí)行過(guò)程如下所示：

1、請(qǐng)求進(jìn)入后首先判斷最后一次請(qǐng)求時(shí)間相對(duì)于當(dāng)前時(shí)間(第一次是0)是否需要限流，如果需要限流則執(zhí)行步驟2，否則執(zhí)行步驟3;

2.1、如果沒(méi)有配置桶容量(burst)，則桶容量為0;按照固定速率處理請(qǐng)求;如果請(qǐng)求被限流，則直接返回相應(yīng)的錯(cuò)誤碼(默認(rèn)503);

2.2、如果配置了桶容量(burst>0)且延遲模式(沒(méi)有配置nodelay);如果桶滿(mǎn)了，則新進(jìn)入的請(qǐng)求被限流;如果沒(méi)有滿(mǎn)則請(qǐng)求會(huì)以固定平均速率被處理(按照固定速率并根據(jù)需要延遲處理請(qǐng)求，延遲使用休眠實(shí)現(xiàn));

2.3、如果配置了桶容量(burst>0)且非延遲模式(配置了nodelay);不會(huì)按照固定速率處理請(qǐng)求，而是允許突發(fā)處理請(qǐng)求;如果桶滿(mǎn)了，則請(qǐng)求被限流，直接返回相應(yīng)的錯(cuò)誤碼;

3、如果沒(méi)有被限流，則正常處理請(qǐng)求;

4、Nginx會(huì)在相應(yīng)時(shí)機(jī)進(jìn)行選擇一些(3個(gè)節(jié)點(diǎn))限流KEY進(jìn)行過(guò)期處理，進(jìn)行內(nèi)存回收。

場(chǎng)景2.1測(cè)試

首先定義IP維度的限流區(qū)域：

 
 
    
  
  
  1. limit_req_zone $binary_remote_addrzone=test:10m rate=500r/s;
    2.

限制為每秒500個(gè)請(qǐng)求，固定平均速率為2毫秒一個(gè)請(qǐng)求。

接著在要限流的location中添加限流邏輯：

 
 
    
  
  
  1. location /limit {
    2. 
  
  
  2.     limit_req zone=test;
    3. 
  
  
  3.     echo "123";
    4. 
  
  
  4. }
    5.

即桶容量為0(burst默認(rèn)為0)，且延遲模式。

使用AB測(cè)試工具進(jìn)行測(cè)試，并發(fā)數(shù)為2個(gè)，總的請(qǐng)求數(shù)為10個(gè)：

 
 
    
  
  
  1. ab -n 10 -c 2 http://localhost/limit
    2.

將得到如下access.log輸出：

[08/Jun/2016:20:25:56+0800] [1465381556.410] 200

[08/Jun/2016:20:25:56 +0800][1465381556.410] 503

[08/Jun/2016:20:25:56 +0800][1465381556.411] 503

[08/Jun/2016:20:25:56+0800] [1465381556.411] 200

[08/Jun/2016:20:25:56 +0800][1465381556.412] 503

[08/Jun/2016:20:25:56 +0800][1465381556.412] 503

雖然每秒允許500個(gè)請(qǐng)求，但是因?yàn)橥叭萘繛?，所以流入的請(qǐng)求要么被處理要么被限流，無(wú)法延遲處理;另外平均速率在2毫秒左右，比如1465381556.410和1465381556.411被處理了;有朋友會(huì)說(shuō)這固定平均速率不是1毫秒嘛，其實(shí)這是因?yàn)閷?shí)現(xiàn)算法沒(méi)那么精準(zhǔn)造成的。

如果被限流在error.log中會(huì)看到如下內(nèi)容：

 
 
    
  
  
  1. 2016/06/08 20:25:56 [error] 6130#0: *1962limiting requests, excess: 1.000 by zone "test", client: 127.0.0.1,server: _, request: "GET /limit HTTP/1.0", host:"localhost"
    2.

如果被延遲了在error.log(日志級(jí)別要INFO級(jí)別)中會(huì)看到如下內(nèi)容：

 
 
    
  
  
  1. 2016/06/10 09:05:23 [warn] 9766#0: *97021delaying request, excess: 0.368, by zone "test", client: 127.0.0.1,server: _, request: "GET /limit HTTP/1.0", host:"localhost"
    2.

場(chǎng)景2.2測(cè)試

首先定義IP維度的限流區(qū)域：

 
 
    
  
  
  1. limit_req_zone $binary_remote_addr    zone=test:10m rate=2r/s;
    2.

為了方便測(cè)試設(shè)置速率為每秒2個(gè)請(qǐng)求，即固定平均速率是500毫秒一個(gè)請(qǐng)求。

接著在要限流的location中添加限流邏輯：

 
 
    
  
  
  1. location /limit {
    2. 
  
  
  2.     limit_req zone=test burst=3;
    3. 
  
  
  3.     echo "123";
    4. 
  
  
  4. }
    5.

固定平均速率為500毫秒一個(gè)請(qǐng)求，通容量為3，如果桶滿(mǎn)了新的請(qǐng)求被限流，否則可以進(jìn)入桶中排隊(duì)并等待(實(shí)現(xiàn)延遲模式)。

為了看出限流效果我們寫(xiě)了一個(gè)req.sh腳本：

 
 
    
  
  
  1. ab -c 6 -n 6 http://localhost/limit
    2. 
  
  
  2. sleep 0.3
    3. 
  
  
  3. ab -c 6 -n 6 http://localhost/limit
    4.

首先進(jìn)行6個(gè)并發(fā)請(qǐng)求6次URL，然后休眠300毫秒，然后再進(jìn)行6個(gè)并發(fā)請(qǐng)求6次URL;中間休眠目的是為了能跨越2秒看到效果，如果看不到如下的效果可以調(diào)節(jié)休眠時(shí)間。

將得到如下access.log輸出：

[09/Jun/2016:08:46:43+0800] [1465433203.959] 200

[09/Jun/2016:08:46:43 +0800][1465433203.959] 503

[09/Jun/2016:08:46:43 +0800][1465433203.960] 503

[09/Jun/2016:08:46:44+0800] [1465433204.450] 200

[09/Jun/2016:08:46:44+0800] [1465433204.950] 200

[09/Jun/2016:08:46:45 +0800][1465433205.453] 200

[09/Jun/2016:08:46:45 +0800][1465433205.766] 503

[09/Jun/2016:08:46:45 +0800][1465433205.766] 503

[09/Jun/2016:08:46:45 +0800][1465433205.767] 503

[09/Jun/2016:08:46:45+0800] [1465433205.950] 200

[09/Jun/2016:08:46:46+0800] [1465433206.451] 200

[09/Jun/2016:08:46:46+0800] [1465433206.952] 200

桶容量為3，即桶中在時(shí)間窗口內(nèi)最多流入3個(gè)請(qǐng)求，且按照2r/s的固定速率處理請(qǐng)求(即每隔500毫秒處理一個(gè)請(qǐng)求);桶計(jì)算時(shí)間窗口(1.5秒)=速率(2r/s)/桶容量(3)，也就是說(shuō)在這個(gè)時(shí)間窗口內(nèi)桶最多暫存3個(gè)請(qǐng)求。因此我們要以當(dāng)前時(shí)間往前推1.5秒和1秒來(lái)計(jì)算時(shí)間窗口內(nèi)的總請(qǐng)求數(shù);另外因?yàn)槟J(rèn)是延遲模式，所以時(shí)間窗內(nèi)的請(qǐng)求要被暫存到桶中，并以固定平均速率處理請(qǐng)求：

第一輪：有4個(gè)請(qǐng)求處理成功了，按照漏桶桶容量應(yīng)該最多3個(gè)才對(duì);這是因?yàn)橛?jì)算算法的問(wèn)題，第一次計(jì)算因沒(méi)有參考值，所以第一次計(jì)算后，后續(xù)的計(jì)算才能有參考值，因此第一次成功可以忽略;這個(gè)問(wèn)題影響很小可以忽略;而且按照固定500毫秒的速率處理請(qǐng)求。

第二輪：因?yàn)榈谝惠喺?qǐng)求是突發(fā)來(lái)的，差不多都在1465433203.959時(shí)間點(diǎn)，只是因?yàn)槁┩皩⑺俾蔬M(jìn)行了平滑變成了固定平均速率(每500毫秒一個(gè)請(qǐng)求);而第二輪計(jì)算時(shí)間應(yīng)基于1465433203.959;而第二輪突發(fā)請(qǐng)求差不多都在1465433205.766時(shí)間點(diǎn)，因此計(jì)算桶容量的時(shí)間窗口應(yīng)基于1465433203.959和1465433205.766來(lái)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果為1465433205.766這個(gè)時(shí)間點(diǎn)漏桶為空了，可以流入桶中3個(gè)請(qǐng)求，其他請(qǐng)求被拒絕;又因?yàn)榈谝惠喿詈笠淮翁幚頃r(shí)間是1465433205.453，所以第二輪第一個(gè)請(qǐng)求被延遲到了1465433205.950。這里也要注意固定平均速率只是在配置的速率左右，存在計(jì)算精度問(wèn)題，會(huì)有一些偏差。

如果桶容量改為1(burst=1)，執(zhí)行req.sh腳本可以看到如下輸出：

[09/Jun/2016:09:04:30+0800] [1465434270.362] 200

[09/Jun/2016:09:04:30 +0800][1465434270.371] 503

[09/Jun/2016:09:04:30 +0800] [1465434270.372]503

[09/Jun/2016:09:04:30 +0800][1465434270.372] 503

[09/Jun/2016:09:04:30 +0800][1465434270.372] 503

[09/Jun/2016:09:04:30+0800] [1465434270.864] 200

[09/Jun/2016:09:04:31 +0800][1465434271.178] 503

[09/Jun/2016:09:04:31 +0800][1465434271.178] 503

[09/Jun/2016:09:04:31 +0800][1465434271.178] 503

[09/Jun/2016:09:04:31 +0800][1465434271.178] 503

[09/Jun/2016:09:04:31 +0800][1465434271.179] 503

[09/Jun/2016:09:04:31+0800] [1465434271.366] 200

桶容量為1，按照每1000毫秒一個(gè)請(qǐng)求的固定平均速率處理請(qǐng)求。

場(chǎng)景2.3測(cè)試

首先定義IP維度的限流區(qū)域：

 
 
    
  
  
  1. limit_req_zone $binary_remote_addrzone=test:10m rate=2r/s;
    2.

為了方便測(cè)試配置為每秒2個(gè)請(qǐng)求，固定平均速率是500毫秒一個(gè)請(qǐng)求。

接著在要限流的location中添加限流邏輯：

 
 
    
  
  
  1. location /limit {
    2. 
  
  
  2.          limit_req zone=test burst=3 nodelay;
    3. 
  
  
  3.          echo "123";
    4. 
  
  
  4.      }
    5.

桶容量為3，如果桶滿(mǎn)了直接拒絕新請(qǐng)求，且每秒2最多兩個(gè)請(qǐng)求，桶按照固定500毫秒的速率以nodelay模式處理請(qǐng)求。

為了看到限流效果我們寫(xiě)了一個(gè)req.sh腳本：

 
 
    
  
  
  1. ab -c 6 -n 6 http://localhost/limit
    2. 
  
  
  2. sleep 1
    3. 
  
  
  3. ab -c 6 -n 6 http://localhost/limit
    4. 
  
  
  4. sleep 0.3
    5. 
  
  
  5. ab -c 6 -n 6 http://localhost/limit
    6. 
  
  
  6. sleep 0.3
    7. 
  
  
  7. ab -c 6 -n 6 http://localhost/limit
    8. 
  
  
  8. sleep 0.3
    9. 
  
  
  9. ab -c 6 -n 6 http://localhost/limit
    10. 
  
  
  10. sleep 2
    11. 
  
  
  11. ab -c 6 -n 6 http://localhost/limit
    12.

將得到類(lèi)似如下access.log輸出：

================================

[09/Jun/2016:14:30:11+0800] [1465453811.754] 200

[09/Jun/2016:14:30:11+0800] [1465453811.755] 200

[09/Jun/2016:14:30:11+0800] [1465453811.755] 200

[09/Jun/2016:14:30:11+0800] [1465453811.759] 200

[09/Jun/2016:14:30:11 +0800][1465453811.759] 503

[09/Jun/2016:14:30:11 +0800][1465453811.759] 503

[09/Jun/2016:14:30:12+0800] [1465453812.776] 200

[09/Jun/2016:14:30:12+0800] [1465453812.776] 200

[09/Jun/2016:14:30:12 +0800][1465453812.776] 503

[09/Jun/2016:14:30:12 +0800][1465453812.777] 503

[09/Jun/2016:14:30:12 +0800][1465453812.777] 503

[09/Jun/2016:14:30:12 +0800][1465453812.777] 503

[09/Jun/2016:14:30:13 +0800] [1465453813.095]503

[09/Jun/2016:14:30:13 +0800][1465453813.097] 503

[09/Jun/2016:14:30:13 +0800][1465453813.097] 503

[09/Jun/2016:14:30:13 +0800][1465453813.097] 503

[09/Jun/2016:14:30:13 +0800][1465453813.097] 503

[09/Jun/2016:14:30:13 +0800][1465453813.098] 503

[09/Jun/2016:14:30:13+0800] [1465453813.425] 200

[09/Jun/2016:14:30:13 +0800][1465453813.425] 503

[09/Jun/2016:14:30:13 +0800][1465453813.425] 503

[09/Jun/2016:14:30:13 +0800][1465453813.426] 503

[09/Jun/2016:14:30:13 +0800][1465453813.426] 503

[09/Jun/2016:14:30:13 +0800][1465453813.426] 503

[09/Jun/2016:14:30:13+0800] [1465453813.754] 200

[09/Jun/2016:14:30:13 +0800][1465453813.755] 503

[09/Jun/2016:14:30:13 +0800][1465453813.755] 503

[09/Jun/2016:14:30:13 +0800][1465453813.756] 503

[09/Jun/2016:14:30:13 +0800][1465453813.756] 503

[09/Jun/2016:14:30:13 +0800][1465453813.756] 503

[09/Jun/2016:14:30:15+0800] [1465453815.278] 200

[09/Jun/2016:14:30:15+0800] [1465453815.278] 200

[09/Jun/2016:14:30:15+0800] [1465453815.278] 200

[09/Jun/2016:14:30:15 +0800][1465453815.278] 503

[09/Jun/2016:14:30:15 +0800][1465453815.279] 503

[09/Jun/2016:14:30:15 +0800][1465453815.279] 503

[09/Jun/2016:14:30:17+0800] [1465453817.300] 200

[09/Jun/2016:14:30:17+0800] [1465453817.300] 200

[09/Jun/2016:14:30:17+0800] [1465453817.300] 200

[09/Jun/2016:14:30:17+0800] [1465453817.301] 200

[09/Jun/2016:14:30:17 +0800][1465453817.301] 503

[09/Jun/2016:14:30:17 +0800][1465453817.301] 503

桶容量為3(，即桶中在時(shí)間窗口內(nèi)最多流入3個(gè)請(qǐng)求，且按照2r/s的固定速率處理請(qǐng)求(即每隔500毫秒處理一個(gè)請(qǐng)求);桶計(jì)算時(shí)間窗口(1.5秒)=速率(2r/s)/桶容量(3)，也就是說(shuō)在這個(gè)時(shí)間窗口內(nèi)桶最多暫存3個(gè)請(qǐng)求。因此我們要以當(dāng)前時(shí)間往前推1.5秒和1秒來(lái)計(jì)算時(shí)間窗口內(nèi)的總請(qǐng)求數(shù);另外因?yàn)榕渲昧薾odelay，是非延遲模式，所以允許時(shí)間窗內(nèi)突發(fā)請(qǐng)求的;另外從本示例會(huì)看出兩個(gè)問(wèn)題：

第一輪和第七輪：有4個(gè)請(qǐng)求處理成功了;這是因?yàn)橛?jì)算算法的問(wèn)題，本示例是如果2秒內(nèi)沒(méi)有請(qǐng)求，然后接著突然來(lái)了很多請(qǐng)求，第一次計(jì)算的結(jié)果將是不正確的;這個(gè)問(wèn)題影響很小可以忽略;

第五輪：1.0秒計(jì)算出來(lái)是3個(gè)請(qǐng)求;此處也是因計(jì)算精度的問(wèn)題，也就是說(shuō)limit_req實(shí)現(xiàn)的算法不是非常精準(zhǔn)的，假設(shè)此處看成相對(duì)于2.75的話(huà)，1.0秒內(nèi)只有1次請(qǐng)求，所以還是允許1次請(qǐng)求的。

如果限流出錯(cuò)了，可以配置錯(cuò)誤頁(yè)面：

 
 
    
  
  
  1. proxy_intercept_errors on;
    2. 
  
  
  2. recursive_error_pages on;
    3. 
  
  
  3. error_page 503 //www.jd.com/error.aspx;
    4.

limit_conn_zone/limit_req_zone定義的內(nèi)存不足，則后續(xù)的請(qǐng)求將一直被限流，所以需要根據(jù)需求設(shè)置好相應(yīng)的內(nèi)存大小。

此處的限流都是單Nginx的，假設(shè)我們接入層有多個(gè)nginx，此處就存在和應(yīng)用級(jí)限流相同的問(wèn)題;那如何處理呢?一種解決辦法：建立一個(gè)負(fù)載均衡層將按照限流KEY進(jìn)行一致性哈希算法將請(qǐng)求哈希到接入層Nginx上，從而相同KEY的將打到同一臺(tái)接入層Nginx上;另一種解決方案就是使用Nginx+Lua(OpenResty)調(diào)用分布式限流邏輯實(shí)現(xiàn)。

lua-resty-limit-traffic

之前介紹的兩個(gè)模塊使用上比較簡(jiǎn)單，指定KEY、指定限流速率等就可以了，如果我們想根據(jù)實(shí)際情況變化KEY、變化速率、變化桶大小等這種動(dòng)態(tài)特性，使用標(biāo)準(zhǔn)模塊就很難去實(shí)現(xiàn)了，因此我們需要一種可編程來(lái)解決我們問(wèn)題;而OpenResty提供了lua限流模塊lua-resty-limit-traffic，通過(guò)它可以按照更復(fù)雜的業(yè)務(wù)邏輯進(jìn)行動(dòng)態(tài)限流處理了。其提供了limit.conn和limit.req實(shí)現(xiàn)，算法與nginx limit_conn和limit_req是一樣的。

此處我們來(lái)實(shí)現(xiàn)ngx_http_limit_req_module中的【場(chǎng)景2.2測(cè)試】，不要忘記下載lua-resty-limit-traffic模塊并添加到OpenResty的lualib中。

配置用來(lái)存放限流用的共享字典：

 
 
    
  
  
  1. lua_shared_dict limit_req_store 100m;
    2.

以下是實(shí)現(xiàn)【場(chǎng)景2.2測(cè)試】的限流代碼limit_req.lua：

 
 
    
  
  
  1. local limit_req = require "resty.limit.req"
    2. 
  
  
  2. local rate = 2 --固定平均速率 2r/s
    3. 
  
  
  3. local burst = 3  --桶容量
    4. 
  
  
  4. local error_status = 503
    5. 
  
  
  5. local nodelay = false --是否需要不延遲處理
    6. 
  
  
  6. local lim, err = limit_req.new("limit_req_store", rate, burst)
    7. 
  
  
  7. if not lim then --沒(méi)定義共享字典
    8. 
  
  
  8.     ngx.exit(error_status)
    9. 
  
  
  9. end
    10. 
  
  
  10. local key = ngx.var.binary_remote_addr --IP維度的限流
    11. 
  
  
  11. --流入請(qǐng)求，如果請(qǐng)求需要被延遲則delay > 0
    12. 
  
  
  12. local delay, err = lim:incoming(key, true)
    13. 
  
  
  13. if not delay and err == "rejected" then --超出桶大小了
    14. 
  
  
  14.     ngx.exit(error_status)
    15. 
  
  
  15. end
    16. 
  
  
  16. if delay > 0 then  --根據(jù)需要決定是延遲或者不延遲處理
    17. 
  
  
  17.     if nodelay then
    18. 
  
  
  18.         --直接突發(fā)處理了
    19. 
  
  
  19.     else
    20. 
  
  
  20.         ngx.sleep(delay) --延遲處理
    21. 
  
  
  21.     end
    22. 
  
  
  22. end
    23.

即限流邏輯再nginx access階段被訪(fǎng)問(wèn)，如果不被限流繼續(xù)后續(xù)流程;如果需要被限流要么sleep一段時(shí)間繼續(xù)后續(xù)流程，要么返回相應(yīng)的狀態(tài)碼拒絕請(qǐng)求。

在分布式限流中我們使用了簡(jiǎn)單的Nginx+Lua進(jìn)行分布式限流，有了這個(gè)模塊也可以使用這個(gè)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)分布式限流。

另外在使用Nginx+Lua時(shí)也可以獲取ngx.var.connections_active進(jìn)行過(guò)載保護(hù)，即如果當(dāng)前活躍連接數(shù)超過(guò)閾值進(jìn)行限流保護(hù)。

 
 
    
  
  
  1. if tonumber(ngx.var.connections_active) >= tonumber(limit) then
    2. 
  
  
  2.     //限流
    3. 
  
  
  3. end
    4.

nginx也提供了limit_rate用來(lái)對(duì)流量限速，如limit_rate 50k，表示限制下載速度為50k。

到此筆者在工作中涉及的限流用法就介紹完，這些算法中有些允許突發(fā)，有些會(huì)整形為平滑，有些計(jì)算算法簡(jiǎn)單粗暴;其中令牌桶算法和漏桶算法實(shí)現(xiàn)上是類(lèi)似的，只是表述的方向不太一樣，對(duì)于業(yè)務(wù)來(lái)說(shuō)不必刻意去區(qū)分它們;因此需要根據(jù)實(shí)際場(chǎng)景來(lái)決定如何限流，最好的算法不一定是最適用的。

參考資料

https://en.wikipedia.org/wiki/Token_bucket

https://en.wikipedia.org/wiki/Leaky_bucket

http://redis.io/commands/incr

http://nginx.org/en/docs/http/ngx_http_limit_req_module.html

http://nginx.org/en/docs/http/ngx_http_limit_conn_module.html

https://github.com/openresty/lua-resty-limit-traffic

http://nginx.org/en/docs/http/ngx_http_core_module.html#limit_rate

【本文是專(zhuān)欄作者張開(kāi)濤的原創(chuàng)文章，作者微信公眾號(hào)：開(kāi)濤的博客( kaitao-1234567)】


文章名稱(chēng)：聊聊高并發(fā)系統(tǒng)之限流特技-2
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