浅谈Api限流 _ 搞代码

限流：对某段时间内拜访次数限度，保证系统的可用性和稳定性。避免忽然拜访暴增导致系统响应迟缓或者宕机。
场景:在php-fpm中，fpm开启的子过程数是无限的，当并发申请大于可用子过程数时，过程池调配不了多余的子过程解决http申请,服务就会开始阻塞。导致nginx抛出502。

晓得了大略的概念，当初咱们次要讲限流在单体架构外面的应用。

1.服务代理层限流

nginx 限流

nginx的 `HttpLimitRequest`模块

该模块能够指定会话申请数量,能够通过指定ip进行申请频率限度。应用漏桶算法进行申请频率限度。

示例:

http { 
//会话状态存储在了10m的名称为"one"这个区域。该区域均匀查问限度在每秒1个申请
  limit_req_zone $binary_remote_addr zone=one:10m rate=1r/s; 
  
 ... server { ... location /search/ { 
 // 没秒均匀申请不超过1个申请 突发不超过5个查问 如果不须要限度突发提早内的超额申请，则应应用
 nodelay  limit_req zone=one burst= 5 nodelay;
 }

具体能够参考nginx文档 HttpLimitReqest模块

这是摘抄nginx文档中的一段对于限流的小例子。nginx应用的漏桶算法对用户拜访频率进行限度。
通过百度、google 咱们晓得了。原来限流是基于算法来实现的。上面是限流的两种算法:

实现限流的算法

漏桶算法
令牌桶算法

当然咱们不仅要知其然，还要知其所以然。

1.漏桶算法

漏桶算法:漏桶有肯定的容量,且漏桶会漏水。
当单位工夫内注入的水大于单位工夫内流出的水。漏桶积攒的水越来越多。直到溢出，如果溢出，则须要限流。
算法形容：
以后水量: 上次容量-流出容量+注入水量
流出容量：(以后注水工夫-上次注水工夫)*流出速率
当「以后水量」> 「桶子容量」则溢出。否则失常，记录本次水量和注水工夫。

通过图片形容漏桶算法

2. php+redis 实现漏桶算法限流类

新增BucketLimit.php类

<code class="php">  protected $capacity  = 60; //桶子总容量
  protected $addNum    = 20; //每次注入水的容量
  protected $rate      = 2;  //漏水速率
  protected $water_key = "water_capacity"; //缓存key
  public $redis;        //应用redis 缓存以后桶水量和上次注水工夫

  public function __construct()
  {
        $redis = new \Redis();
        $this->redis= $redis;
        $this->redis->connect('127.0.0.1',6379);
  }

具体实现办法

<code class="php"> /**
     * @param $api [string 指定接口限流]
     * @param $addNum [int 注水量 ]
     * @return bool
     */
    public function bucket($addNum,$api='')
    {
        $this->addNum = $addNum;
        // 获取上次 桶内水量 注水工夫
        list($waterCapacity,$waterTime,$lastTime) = $this->getLastWater();
        //计算出工夫内流出的水量
        $lastWater = ($lastTime-$waterTime)*$this->rate;
        //本次水量
        $waterCapacity = $waterCapacity-$lastWater;
        //水量不能小于0
        $waterCapacity = ( $waterCapacity>=0 ) ? $waterCapacity : 0 ;
        $waterTime = $lastTime;
        //以后水量大于桶子容量 溢出返回 false 存储水量和注水工夫
        if( ($waterCapacity+$addNum) <= $this->capacity ){
            $waterCapacity += $addNum;
            $this->setWater($waterCapacity,$waterTime);
            return true;
        }else{
           $this->setWater($waterCapacity,$waterTime);
            return false;
        }
  }
 
 /**
 * @return array [$waterCapacity,$waterTime,$lastTime] *  以后容量 上次漏水工夫 以后工夫
 */
 private function getLastWater()
{
    $water = $this->redis->get($this->water_key);

    if($water) {
        $water = json_decode($water,true);
        $waterCapacity =$water['water_capacity'];  //上一次容量
        $waterTime =$water['time']; //上一次注水工夫
        $lastTime = time(); //本次注水工夫
  } else{
        $this->redis->set($this->water_key,json_encode([
            'water_capacity'=>0,
            'time'=>time()
        ]));
        $waterCapacity =0;  //上一次容量
        $waterTime =time(); //上一次注水工夫
        $lastTime = time(); //本次注水工夫
  }
    return [$waterCapacity,$waterTime,$lastTime];
}

/**
 * @param $waterCapacity [int 本次残余容量]
 * @param $waterTime [int 本次注水工夫]
 */
 private function setWater($waterCapacity,$waterTime)
{
    $this->redis->set($this->water_key,json_encode([
        'water_capacity'=>$waterCapacity,
        'time'=>$waterTime
  ]));
}

开始测试

应用 for + sleep函数模仿申请失常2s申请一次办法失常不限流小于2秒申请到大略到第四次会进行限流

<code class="php">require_once 'BucketLimit.php';

$bucket = new BucketLimit();

for($i=1;$i<=100;$i++) {
 //依据for + sleep函数模仿申请 失常2s申请一次 办法失常不限流 sleep(1);
 $data =  $bucket->bucket(10);
  var_dump($data)."\n";
}

2. 令牌桶算法

令牌桶算法和漏桶算法刚好相同，指定速率向桶子外面投放令牌。每次申请都会想桶外面拿走一枚令牌，当桶子外面的令牌生产结束，则限流。长处：能够不便扭转投递令牌的速率。

应用案例

hyperf 令牌桶算法实现限流代码

3.laravel框架中对api限流 `app/Http/Kernel.php`

<code class="php">    protected $middlewareGroups = [
           'api' => [
               'throttle:60,1', //执行中间件 每分钟申请限度在60次
           ],
       ];

源码剖析

判断是否设置api申请速率限度
执行判断限度速率办法
依据缓存key 判断api 设置工夫单位内申请次数达到了阀值
达到了申请阀值，进行速率限度

注入缓存实例

<code class="php"> protected $limiter;

    /**
     * Create a new request throttler.
     *
     * @param  \Illuminate\Cache\RateLimiter  $limiter
     * @return void
     */
    public function __construct(RateLimiter $limiter)
    {
        $this->limiter = $limiter;
    }

判断是否配置了速率限度

<code class="php"> /**
     * Handle an incoming request.
     *
     * @param  \Illuminate\Http\Request  $request
     * @param  \Closure  $next
     * @param  int|string  $maxAttempts
     * @param  float|int  $decayMinutes
     * @param  string  $prefix
     * @return \Symfony\Component\HttpFoundation\Response
     *
     * @throws \Illuminate\Http\Exceptions\ThrottleRequestsException
     */
    public function handle($request, Closure $next, $maxAttempts = 60, $decayMinutes = 1, $prefix = '')
    {

        //判断用户是否限度频率
        if (is_string($maxAttempts)
            && func_num_args() === 3
            && ! is_null($limiter = $this->limiter->limiter($maxAttempts))) {

            return $this->handleRequestUsingNamedLimiter($request, $next, $maxAttempts, $limiter);
        }
       //执行频率限度判断 参数别离是：
        return $this->handleRequest(
            $request, //申请类
            $next,    //中间件基类
            [
                (object) [
                    'key' => $prefix.$this->resolveRequestSignature($request), //缓存key
                    'maxAttempts' => $this->resolveMaxAttempts($request, $maxAttempts), //获取频繁阀值
                    'decayMinutes' => $decayMinutes,
                    'responseCallback' => null, //寄存回调响应
                ],
            ]
        );
    }

判断是否达到阀值。

<code class="php">/**
     * Handle an incoming request.
     *
     * @param  \Illuminate\Http\Request  $request
     * @param  \Closure  $next
     * @param  array  $limits
     * @return \Symfony\Component\HttpFoundation\Response
     *
     * @throws \Illuminate\Http\Exceptions\ThrottleRequestsException
     */
    protected function handleRequest($request, Closure $next, array $limits)
    {
        foreach ($limits as $limit) {
            //判断速率是否达到阀值 返回 true false 该办法应用缓存实例取出缓存的key
            if ($this->limiter->tooManyAttempts($limit->key, $limit->maxAttempts)) {
                throw $this->buildException($request, $limit->key, $limit->maxAttempts, $limit->responseCallback);
            }
            //相似于redis数值自增 并且设置过期工夫
            $this->limiter->hit($limit->key, $limit->decayMinutes * 60);
        }

        $response = $next($request);
        //将响应放入响应回调函数中
        foreach ($limits as $limit) {
            $response = $this->addHeaders(
                $response,
                $limit->maxAttempts,
                $this->calculateRemainingAttempts($limit->key, $limit->maxAttempts)
            );
        }
        //返回响应
        return $response;
    }

获取频率 `$this->limiter->tooManyAttempts`办法

<code class="php">
    /**
     * Determine if the given key has been "accessed" too many times.
     *
     * @param  string  $key
     * @param  int  $maxAttempts
     * @return bool
     */
    public function tooManyAttempts($key, $maxAttempts)
    {
        if ($this->attempts($key) >= $maxAttempts) {
            if ($this->cache->has($key.':timer')) {
                return true;
            }

            $this->resetAttempts($key);
        }

        return false;
    }

该办法实现的原理：周期性限流。通过次数/工夫来限度申请频率。

上面是我基于下面的逻辑实现一个这样的类，仅供参考。

<code class="php">class CurrentLimiting
{

    protected $limit;
    protected $minutes;
    protected $redis;
    protected $key;

    /**
     * CurrentLimiting constructor.
     * @param string $api 接口
     * @param string $ip ip
     * @param int $limit 限度频率
     * @param int $minutes 分钟
     */
    public function __construct(string  $api,string $ip,int $limit,int $minutes)
    {
        $redis = new \Redis();
        $redis->connect('127.0.0.1','6379',3);
        $this->redis = $redis;
        $this->limit = $limit;
        $this->minutes = $minutes;
        $this->key = $ip.$api;

    }
    //获取申请次数
    public function attempts()
    {
      $count =  $this->redis->get($this->key);
      return is_null($count) ? 0 : $count;
    }

    /**
     *
     * @return bool
     */
    public function CurrentLimit()
    {
        $count = $this->attempts();
       if($count >= $this->limit) {
           return false;
       }
       if($count==0){
           $this->redis->set($this->key,0,$this->minutes*60);
       }
       //设置锁
       $this->redis->multi();
       $this->redis->watch();
       $this->redis->incr($this->key);

       return true;
    }
}

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