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如何使用SpringBoot + Redis实现接口限流

Redis Assistant
Redis Assistant

Redis Assistant 是一款为Redis设计的高效可视化管理与监控工具,提供多种操作模式,高效处理服务器数据。日常使用里的持续防护和信息管理会更突出,适合把安全控制放进长期使用流程中的场景。

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配置首先我们创建一个SpringBoot工程,引入Web和Redis依赖,同时考虑到接口限流一般是通过注解来标记,而注解是通过AOP来解析的,所以我们还需要加上AOP的依赖,最终的依赖如下:org.springframework.bootspring-boot-starter-data-redisorg.springframework.bootspring-boot-starter-weborg.springframework.bootspring-boot-starter-aop然后提前准备好一个Red

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    配置

    首先我们创建一个 Spring Boot 工程,引入 Web 和 Redis 依赖,同时考虑到接口限流一般是通过注解来标记,而注解是通过 AOP 来解析的,所以我们还需要加上 AOP 的依赖,最终的依赖如下:

    
        org.springframework.boot
        spring-boot-starter-data-redis
    
    
        org.springframework.boot
        spring-boot-starter-web
    
    
        org.springframework.boot
        spring-boot-starter-aop
    

    然后提前准备好一个 Redis 实例,这里我们项目配置好之后,直接配置一下 Redis 的基本信息即可,如下:

    spring.redis.host=localhost
    spring.redis.port=6379
    spring.redis.password=123

    限流注解

    接下来我们创建一个限流注解,我们将限流分为两种情况:

    • 针对当前接口的全局性限流,例如该接口可以在 1 分钟内访问 100 次。

    • 针对某一个 IP 地址的限流,例如某个 IP 地址可以在 1 分钟内访问 100 次。

    针对这两种情况,我们创建一个枚举类:

    public enum LimitType {
        /**
         * 默认策略全局限流
         */
        DEFAULT,
        /**
         * 根据请求者IP进行限流
         */
        IP
    }

    接下来我们来创建限流注解:

    @Target(ElementType.METHOD)
    @Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
    @Documented
    public @interface RateLimiter {
        /**
         * 限流key
         */
        String key() default "rate_limit:";
    
        /**
         * 限流时间,单位秒
         */
        int time() default 60;
    
        /**
         * 限流次数
         */
        int count() default 100;
    
        /**
         * 限流类型
         */
        LimitType limitType() default LimitType.DEFAULT;
    }

    第一个参数限流的 key,这个仅仅是一个前缀,将来完整的 key 是这个前缀再加上接口方法的完整路径,共同组成限流 key,这个 key 将被存入到 Redis 中。

    另外三个参数好理解,我就不多说了。

    好了,将来哪个接口需要限流,就在哪个接口上添加 @RateLimiter 注解,然后配置相关参数即可。

    定制 RedisTemplate

    在 Spring Boot 中,我们其实更习惯使用 Spring Data Redis 来操作 Redis,不过默认的 RedisTemplate 有一个小坑,就是序列化用的是 JdkSerializationRedisSerializer,不知道小伙伴们有没有注意过,直接用这个序列化工具将来存到 Redis 上的 key 和 value 都会莫名其妙多一些前缀,这就导致你用命令读取的时候可能会出错。

    例如存储的时候,key 是 name,value 是 test,但是当你在命令行操作的时候,get name 却获取不到你想要的数据,原因就是存到 redis 之后 name 前面多了一些字符,此时只能继续使用 RedisTemplate 将之读取出来。

    我们用 Redis 做限流会用到 Lua 脚本,使用 Lua 脚本的时候,就会出现上面说的这种情况,所以我们需要修改 RedisTemplate 的序列化方案。

    可能有小伙伴会说为什么不用 StringRedisTemplate 呢?StringRedisTemplate 确实不存在上面所说的问题,但是它能够存储的数据类型不够丰富,所以这里不考虑。

    修改 RedisTemplate 序列化方案,代码如下:

    @Configuration
    public class RedisConfig {
    
        @Bean
        public RedisTemplate redisTemplate(RedisConnectionFactory connectionFactory) {
            RedisTemplate redisTemplate = new RedisTemplate<>();
            redisTemplate.setConnectionFactory(connectionFactory);
            // 使用Jackson2JsonRedisSerialize 替换默认序列化(默认采用的是JDK序列化)
            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);
            redisTemplate.setKeySerializer(jackson2JsonRedisSerializer);
            redisTemplate.setValueSerializer(jackson2JsonRedisSerializer);
            redisTemplate.setHashKeySerializer(jackson2JsonRedisSerializer);
            redisTemplate.setHashValueSerializer(jackson2JsonRedisSerializer);
            return redisTemplate;
        }
    }

    这个其实也没啥好说的,key 和 value 我们都使用 Spring Boot 中默认的 jackson 序列化方式来解决。

    Lua 脚本

    这个其实我在之前 vhr 那一套视频中讲过,Redis 中的一些原子操作我们可以借助 Lua 脚本来实现,想要调用 Lua 脚本,我们有两种不同的思路:

    • 在 Redis 服务端定义好 Lua 脚本,然后计算出来一个散列值,在 Java 代码中,通过这个散列值锁定要执行哪个 Lua 脚本。

    • 直接在 Java 代码中将 Lua 脚本定义好,然后发送到 Redis 服务端去执行。

    Spring Data Redis 中也提供了操作 Lua 脚本的接口,还是比较方便的,所以我们这里就采用第二种方案。

    我们在 resources 目录下新建 lua 文件夹专门用来存放 lua 脚本,脚本内容如下:

    local key = KEYS[1]
    local count = tonumber(ARGV[1])
    local time = tonumber(ARGV[2])
    local current = redis.call('get', key)
    if current and tonumber(current) > count then
        return tonumber(current)
    end
    current = redis.call('incr', key)
    if tonumber(current) == 1 then
        redis.call('expire', key, time)
    end
    return tonumber(current)

    这个脚本其实不难,大概瞅一眼就知道干啥用的。KEYS 和 ARGV 都是一会调用时候传进来的参数,tonumber 就是把字符串转为数字,redis.call 就是执行具体的 redis 指令,具体流程是这样:

    • 首先获取到传进来的 key 以及 限流的 count 和时间 time。

    • 通过 get 获取到这个 key 对应的值,这个值就是当前时间窗内这个接口可以访问多少次。

    • 如果是第一次访问,此时拿到的结果为 nil,否则拿到的结果应该是一个数字,所以接下来就判断,如果拿到的结果是一个数字,并且这个数字还大于 count,那就说明已经超过流量限制了,那么直接返回查询的结果即可。

    • 如果拿到的结果为 nil,说明是第一次访问,此时就给当前 key 自增 1,然后设置一个过期时间。

    • 最后把自增 1 后的值返回就可以了。

    其实这段 Lua 脚本很好理解。

    接下来我们在一个 Bean 中来加载这段 Lua 脚本,如下:

    @Bean
    public DefaultRedisScript limitScript() {
        DefaultRedisScript redisScript = new DefaultRedisScript<>();
        redisScript.setScriptSource(new ResourceScriptSource(new ClassPathResource("lua/limit.lua")));
        redisScript.setResultType(Long.class);
        return redisScript;
    }

    可以啦,我们的 Lua 脚本现在就准备好了。

    注解解析

    接下来我们就需要自定义切面,来解析这个注解了,我们来看看切面的定义:

    @Aspect
    @Component
    public class RateLimiterAspect {
        private static final Logger log = LoggerFactory.getLogger(RateLimiterAspect.class);
        @Autowired
        private RedisTemplate redisTemplate;
        @Autowired
        private RedisScript limitScript;
        @Before("@annotation(rateLimiter)")
        public void doBefore(JoinPoint point, RateLimiter rateLimiter) throws Throwable {
            String key = rateLimiter.key();
            int time = rateLimiter.time();
            int count = rateLimiter.count();
    
            String combineKey = getCombineKey(rateLimiter, point);
            List keys = Collections.singletonList(combineKey);
            try {
                Long number = redisTemplate.execute(limitScript, keys, count, time);
                if (number==null || number.intValue() > count) {
                    throw new ServiceException("访问过于频繁,请稍候再试");
                }
                log.info("限制请求'{}',当前请求'{}',缓存key'{}'", count, number.intValue(), key);
            } catch (ServiceException e) {
                throw e;
            } catch (Exception e) {
                throw new RuntimeException("服务器限流异常,请稍候再试");
            }
        }
    
        public String getCombineKey(RateLimiter rateLimiter, JoinPoint point) {
            StringBuffer stringBuffer = new StringBuffer(rateLimiter.key());
            if (rateLimiter.limitType() == LimitType.IP) {
                stringBuffer.append(IpUtils.getIpAddr(((ServletRequestAttributes) RequestContextHolder.currentRequestAttributes()).getRequest())).append("-");
            }
            MethodSignature signature = (MethodSignature) point.getSignature();
            Method method = signature.getMethod();
            Class targetClass = method.getDeclaringClass();
            stringBuffer.append(targetClass.getName()).append("-").append(method.getName());
            return stringBuffer.toString();
        }
    }

    这个切面就是拦截所有加了 @RateLimiter 注解的方法,在前置通知中对注解进行处理。

    • 首先获取到注解中的 key、time 以及 count 三个参数。

    • 获取一个组合的 key,所谓的组合的 key,就是在注解的 key 属性基础上,再加上方法的完整路径,如果是 IP 模式的话,就再加上 IP 地址。以 IP 模式为例,最终生成的 key 类似这样:rate_limit:127.0.0.1-org.javaboy.ratelimiter.controller.HelloController-hello(如果不是 IP 模式,那么生成的 key 中就不包含 IP 地址)。

    • 将生成的 key 放到集合中。

    • 通过 redisTemplate.execute 方法取执行一个 Lua 脚本,第一个参数是脚本所封装的对象,第二个参数是 key,对应了脚本中的 KEYS,后面是可变长度的参数,对应了脚本中的 ARGV。

    • 将 Lua 脚本执行的结果与 count 进行比较,如果大于 count,就说明过载了,抛异常就行了。

    接口测试

    接下来我们就进行接口的一个简单测试,如下:

    @RestController
    public class HelloController {
        @GetMapping("/hello")
        @RateLimiter(time = 5,count = 3,limitType = LimitType.IP)
        public String hello() {
            return "hello>>>"+new Date();
        }
    }

    每一个 IP 地址,在 5 秒内只能访问 3 次。

    这个自己手动刷新浏览器都能测试出来。

    全局异常处理

    由于过载的时候是抛异常出来,所以我们还需要一个全局异常处理器,如下:

    @RestControllerAdvice
    public class GlobalException {
        @ExceptionHandler(ServiceException.class)
        public Map serviceException(ServiceException e) {
            HashMap map = new HashMap<>();
            map.put("status", 500);
            map.put("message", e.getMessage());
            return map;
        }
    }

    这是一个小 demo,我就不去定义实体类了,直接用 Map 来返回 JSON 了。 最后我们看看过载时的测试效果:

    如何使用SpringBoot + Redis实现接口限流

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