淺談Redis限流的3種實作方式

這篇文章跟大家介紹Redis實現限流的三種方式。有一定的參考價值，有需要的朋友可以參考一下，希望對大家有幫助。

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面對越來越多的高並發場景，限流顯示的尤為重要。

當然，限流有許多種實現的方式，Redis具有很強大的功能，我用Redis實踐了三種的實現方式，可以較為簡單的實現其方式。 Redis不只是可以做限流，還可以做資料統計，附近的人等功能，這些可能會後續寫到。

第一種：基於Redis的setnx的運算

      我們在使用Redis的分散式鎖定的時候，大家都知道是依靠了setnx的指令，在CAS（Compare and swap）的操作的時候，同時給指定的key設定了過期實踐（expire），我們在限流的主要目的就是為了在單位時間內，有且僅有N數量的請求能夠存取我的代碼程式。所以依靠setnx可以很輕鬆的做到這方面的功能。

     例如我們需要在10秒內限定20個請求，那麼我們在setnx的時候可以設定過期時間10，當請求的setnx數量達到20時候即達到了限流效果。程式碼比較簡單就不做展示了。

    特定的setnx用法可以參考我另一篇部落格  RedisTemplate下Redis分散式鎖定引發的系列問題

   當然這種做法的弊端是很多的，例如當統計1-10秒的時候，無法統計2-11秒之內，如果需要統計N秒內的M個請求，那麼我們的Redis中需要保持N個key等等問題

第二種：基於Redis的資料結構zset

     其實限流涉及的最主要的是滑動窗口，上面也提到1-10怎麼變成2-11。其實也就是起始值和末端值都各 1即可。

    而我們如果用Redis的list資料結構可以輕鬆的實現該功能

    我們可以將請求打造成一個zset數組，當每一次請求進來的時候，value保持唯一，可以用UUID生成，而score可以用當前時間戳表示，因為score我們可以用來計算當前時間戳記內有多少的請求數量。而zset資料結構也提供了range方法讓我們可以很輕易的取得到2個時間戳內有多少請求

    程式碼如下

public Response limitFlow(){
        Long currentTime = new Date().getTime();
        System.out.println(currentTime);
        if(redisTemplate.hasKey("limit")) {
            Integer count = redisTemplate.opsForZSet().rangeByScore("limit", currentTime -  intervalTime, currentTime).size();        // intervalTime是限流的时间 
            System.out.println(count);
            if (count != null && count > 5) {
                return Response.ok("每分钟最多只能访问5次");
            }
        }
        redisTemplate.opsForZSet().add("limit",UUID.randomUUID().toString(),currentTime);
        return Response.ok("访问成功");
    }

   透過上述程式碼可以做到滑動視窗的效果，並且能確保每N秒內至多M個請求，缺點就是zset的資料結構會越來越大。實作方式相對也是比較簡單的。

第三種：基於Redis的令牌桶演算法

#    提到限流就必須提到令牌桶算法了。具體可以參考度娘的解釋  令牌桶演算法

    令牌桶演算法提及到輸入速率和輸出速率，當輸出速率大於輸入速率，那麼就超出流量限制了。

    也就是說我們每訪問一次請求的時候，可以從Redis取得一個令牌，如果拿到令牌了，那就表示沒超出限制，而如果拿不到，則結果相反。

    依靠上述的思想，我們可以結合Redis的List資料結構很輕易的做到這樣的程式碼，只是簡單實作

    依賴List的leftPop來取得令牌

// 输出令牌
public Response limitFlow2(Long id){
        Object result = redisTemplate.opsForList().leftPop("limit_list");
        if(result == null){
            return Response.ok("当前令牌桶中无令牌");
        }
        return Response.ok(articleDescription2);
    }

   再依靠Java的定時任務，定時往List中rightPush令牌，當然令牌也需要唯一性，所以我這裡還是用UUID進行了生成

// 10S的速率往令牌桶中添加UUID，只为保证唯一性
    @Scheduled(fixedDelay = 10_000,initialDelay = 0)
    public void setIntervalTimeTask(){
        redisTemplate.opsForList().rightPush("limit_list",UUID.randomUUID().toString());
    }

    綜上，程式碼實現起始都不是很難，針對這些限流方式我們可以在AOP或是filter加入以上程式碼，用來做到介面的限流，最終保護你的網站。

    Redis其實還有很多其他的用途，他的作用不只是緩存，分散式鎖定的作用。他的資料結構也不只是只有String，Hash，List，Set，Zset。有興趣的可以後續了解下他的GeoHash演算法；BitMap，HLL以及布隆過濾器資料(Redis4.0之後加入，可以用Docker直接安裝redislabs/rebloom)結構。

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