一起来学SpringBoot | 第二十七篇：优雅解决分布式限流

文章目录

1. 1. 分布式限流
2. 2. 本章目标
3. 3. 具体代码
   1. 3.1. 导入依赖
   2. 3.2. 属性配置
   3. 3.3. Limit 注解
   4. 3.4. RedisTemplate
   5. 3.5. Limit 拦截器（AOP）
   6. 3.6. 控制层
   7. 3.7. 主函数
   8. 3.8. 测试
4. 4. 总结
5. 5. 说点什么

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 Spring Boot、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、Spring Aop、Redis Cache 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，在一起来学SpringBoot | 第二十三篇：轻松搞定重复提交（分布式锁）中讲述了分布式锁的实现，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 Spring Boot 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…

说点什么

• 个人QQ：1837307557
• battcn开源群（适合新手）：391619659
• 微信公众号（欢迎调戏）：battcn

个人博客：http://blog.battcn.com/

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