基于Redis的分布式限流

遇到这种场景：要求某个接口1s最多请求10次，在分布式环境下guava的RateLimiter用不上。redis可以满足需求，于是baidu一下redis分布式限流的代码实现，总结看基本分为两种，脚本实现、非脚本实现。非脚本实现缺点明显，lua实现优势满满，肯定用lua啊啊啊啊。但是还是要看下非脚本实现的坑在哪里，lua实现的两种方式：均匀实现和非均匀实现。当然用lua的均匀实现方式是最好用的，也是推荐的。

看具体的实现之前，还是给一个场景：限定登录接口1s最多请求5次

非脚本实现

实现思路：用String结构，value存储当前登录次数，设置key的过期时间是1s。所以只要key没过期并且value<10就可以继续登录。

private boolean accessLimit(String ip, int limit, int time, Jedis jedis) {
    boolean result = true;

    String key = "rate.limit:" + ip;
    if (jedis.exists(key)) {
        long afterValue = jedis.incr(key);
        if (afterValue > limit) {
            result = false;
        }
    } else {
        Transaction transaction = jedis.multi();
        transaction.incr(key);
        transaction.expire(key, time);
        transaction.exec();
    }
    return result;
}

这段代码存在以下几个问题：

• 可能出现竞态条件
• 不使用pipeline的情况下，最多发送5条指令给redis，传输太多
• 限速不均匀

下面一一来看一下这几个问题

可能出现竞态条件

redis是单线程单进程，多客户端的命令请求是串行在服务端执行的，所以在服务端不存在竞争条件，竞争条件存在于多客户端，没办法保证一个客户端的多次命令请求是一个原子操作。redis事物可以解决这个问题，redis事物可以保证一个客户端的多个命令原子执行。但是啊但是，redis事物也不是万能的，使用受限，使用的时候要考虑自己的使用场景。

redis事物使用需要注意：
1.实现乐观锁需要配合WATCH命令
2.redis事物只支持单机或者单节点。所在redis cluster环境下，需要操作多个key的情况不能使用事物。因为多个key很可能在不同的redis节点。

经过上面的分析，在redis集群环境，上面的代码是可以使用redis事物，因为事物里边只有一个key，肯定事物的作用范围也只有一个redis节点。再加上WATCH上面的代码就滴水不漏了。

但是啊但是，这个实现太麻烦，跟redis的交互也太多。

限速不均匀

上面代码实现的时间窗不平滑。
举个例子：限速每秒5个，如下的场景9个请求都能被接收，因为第一请求设置1s过期，第5个请求又设置1s过期，所以这9个请求都不会被限速拦截。但是中间的7个请求也是在1s内，已经违背了限速每秒5个。

脚本实现

脚本实现是指用lua+redis实现，可保证lua脚本原子执行，并且和redis服务端只交互一次。限速是否均匀要看实现方式。

脚本实现-非均匀实现

实现思路：跟上边的非脚本实现一样的思路。

lua脚本：

local key = KEYS[1]
local limit = tonumber(ARGV[1])
local expire_time = tonumber(ARGV[2])

local is_exists = redis.call("EXISTS", key)
if is_exists == 1 then

    if redis.call("INCR", key) > limit then

        return 10
    else
        return 1
    end
else
    redis.call("SET", key, 1)
    redis.call("EXPIRE", key,expire_time )
    return 1
end

顺便说一下在redis集群环境下使用lua遇到的问题：

redis.clients.jedis.exceptions.JedisClusterException: No way to dispatch this command to Redis Cluster because keys have different slots.

	at redis.clients.jedis.JedisClusterCommand.run(JedisClusterCommand.java:46)
	at redis.clients.jedis.JedisCluster.eval(JedisCluster.java:1737)

或者是这样的报错

@user_script:2: @user_script: 2: Lua script attempted to access a non local key in a cluster node

因为lua脚本中的key也必须在同一个槽中，所以必须给key加{}保证lua中的key都在同一个槽中。

两点说明：

• 调用lua脚本传递的参数key就要带有{}。在lua脚本中给传递进来的key加{}是不行的。
• 即便lua中只操作一个key，也要加{}。

脚本实现-均匀实现

实现思路：用list结构实现，保存有限个元素，（限速每秒请求5次则list最多保存5个元素），value记录请求时间。每次请求，用当前时间和list最后一个元素时间比较，判断是否限速。

链接: 参考原文.