开源配置中心和注册中心： Nacos 限流最佳实践

•Nacos 限流最佳实践

•Tomcat 限流

•Nginx 限流

◾限制访问速率

◾限制并发连接数

◾黑名单

•总结

作者：风卿（Nacos 社区 committer）

Nacos 限流最佳实践

Nacos自开源以来，版本迭代速度很快，已经发布了0.9版本，准备发1.0的正式版本，支持企业使用Nacos生产高可用。在生产环境，Nacos首先需要保证自身服务的稳定性，在正常的运行环境下不会出现服务挂掉的情况。当然在一些依赖的系统出问题的时候（比如磁盘和DB），Nacos服务会受到影响，需要监控系统发现这些问题并能及时的介入处理。

作为高性能的服务发现和配置管理服务，Nacos也是存在自己的性能基线的，当瞬时的高峰流量超过自身的性能基线的时候，需要对高峰流量进行限流，以保证整体服务的健康运行而不影响到其他核心应用。

Tomcat 限流

Nacos基于spring boot使用内嵌的tomcat，tomcat线程分为acceptor线程和worker线程，acceptor线程负责从内核accept队列中取出连接并交给worker线程，而worker线程则负责处理连接（读取参数、执行处理、返回响应等）

•acceptCount

当tomcat不能及时处理新的连接时，内核中新建的连接将会进入连接队列排队，acceptCount参数能够设置tomcat accept连接队列大小，当新的连接数超过acceptCount则拒绝连接，立即返回给client，不会让client一直等待造成响应很慢或超时

•maxConnections

接受了的连接需要由worker线程调度处理，当worker线程处理的连接数越来越多时，处理的速度会越来越慢造成client响应时间变长，需要根据系统和机器情况设置合理的maxConnections，当连接数到达maxConnections时，不再接受新的连接，让新连接排队等待，超出队列长度则直接拒绝。

•maxThreads

maxThreads参数设置tomcat的最大线程数，过高的线程数会让系统运行的负载过高、响应变慢，过低的线程数让系统的资源利用率太低，需要根据实际的运行情况（CPU、IO等）设置合理的最大线程数。

Nginx 限流

tomcat限流只能做到自身负载的调节，在实际生产环境中还远远不够，需要依赖Nacos自身的限流来提高系统的限流能力。

Nacos的open API都是基于http协议，可以很方便地使用nginx来做限流，不需要自身再开发限流模块来支持各种限流策略。nginx的基本使用以及nginx+lua模块安装网上资源很丰富，这里就不再介绍。

Nacos每个接口执行的代价不尽相同，一般来说写操作代价比读操作大，与此同时还有高频操作和低频操作之分，SDK调用的接口一般来说是高频接口，容易出现问题，所以在生产环境需要将这些接口区别对待，根据服务自身的实际情况采取合理的限流策略，以防错用方打垮Nacos服务。下面介绍一下Nacos在生产环境的几种限流场景

限制访问速率

1、限制单个接口的请求QPS

limit_get_config对读操作进行限流，正常使用Nacos获取动态配置一般就启动和运行时修改配置推送到client，获取配置相对来说是低频操作，如果频繁获取配置肯定是client有错用或者应用不正常（比如数据平台任务failover重试任务）
limit_req_zone $limit_key zone=limit_get_config:10m rate=10r/s;

server {
listen 8080;
server_name localhost;

    location /nacos/v1/cs/configs {
        if ($request_method = POST ) {
           rewrite ^ /limit_publish_config_url last;
        }

        rewrite ^ /limit_get_config_url last;
    }

    location /limit_get_config_url {
        set $limit_key "$remote_addr+$arg_dataid+$arg_group+$arg_tenant";
        limit_req zone=limit_get_config burst=10 nodelay;
        proxy_pass http://127.0.0.1:8848/nacos/v1/cs/configs;
    }

}

（全文左右滑动查看完整代码）

•limit_req_zone设置限流key和内存大小，以及请求速率

•limit_key由[ip,dataId,group,tenant]四元组组成，可以防止client错用频繁访问单个配置

•burst设置漏桶算法的桶的大小

•nodelay设置非延迟模式，如果桶满了则会马上返回给客户端错误码

•proxy_pass指定后端Nacos的接口url

limit_publish_config对写操作进行限流，可以有效防止热点写问题。对同一个数据的高频写会触发mysql的行锁，从而导致mysql的多线程任务因等待行锁排队，最终导致mysql所有操作都超时服务不可用。这里通过nginx lua模块获取post请求的参数，设置limit_key
limit_req_zone $limit_key zone=limit_publish_config:10m rate=5r/s;

location /limit_publish_config_url {
set $dataId $arg_dataid;
set $group $arg_group;
set $tenant $arg_tenant;
set $limi{t}_{k}ey"$remote_addr+$dataId+$group+$tenant";
lua_need_request_body on;
rewrite_by_lua ’
ngx.req.read_body()
local post_args = ngx.req.get_post_args()
if post_args[“dataId”] then
ngx.var.dataId = post_args[“dataId”];
ngx.var.group = post_args[“group”];
ngx.var.tenant = post_args[“tenant”];
ngx.var.limit_key = ngx.var.remote_addr…"+"…ngx.var.dataId…"+"…ngx.var.group;
if ngx.var.tenant then
ngx.var.limit_key = ngx.var.limit_key…"+"…ngx.var.tenant;
end
end
';

limit_req zone=limit_publish_config burst=10 nodelay;
proxy_pass http://127.0.0.1:8848/nacos/v1/cs/configs;

}

•lua_need_request_body on;用于读取post请求的request body

•rewrite_by_lua指令在http rewrite阶段执行lua代码

2、限制单机访问QPS

perclient对单个client的所有请求限制低于500QPS，可以有效防止单台client的重试攻击
limit_req_zone $remote_addr zone=perclient:10m rate=500r/s;

server {
listen 8080;
server_name localhost;

    limit_req zone=perclient burst=250 nodelay;

    location / {
        proxy_pass http://127.0.0.1:8848/nacos/v1/cs/configs;
    }

}

3、限制 Nacos 服务 QPS

perserver限制整个Nacos服务的QPS，Nacos的服务部署在nginx之后，nginx可以保证到达Nacos的流量不会打垮Nacos
limit_req zone=perserver burst=1000 nodelay;

限制并发连接数

/nacos/v1/cs/configs/listener接口是Nacos的长连接通道，一般来说，一个client一个长连接就可以满足生产需求。limit_conn_client限制client的连接数不超过10个，limit_conn_server限制Nacos单机（8核16G内存）支撑最多9000个长连接，最多可以同时服务9000个应用节点
limit_conn_zone $remote_addr zone=limit_conn_client:10m;
limit_conn_zone $server_name zone=limit_conn_server:10m;

server {
listen 8080;
server_name localhost;
location = /nacos/v1/cs/configs/listener {
limit_conn limit_conn_client 10;
limit_conn limit_conn_server 9000;
proxy_pass http://127.0.0.1:7001/diamond-server/config.co;
tcp_nodelay on;
proxy_redirect off;
proxy_set_header Host $host;
proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
}
}

黑名单

1、IP黑名单

当生产环境发现有错用的client影响到Nacos服务，可以使用nginx黑名单限制client的访问
deny 30.5.125.70;

从被限制的IP访问Nacos
curl -X GET “http://{IP}:8080/nacos/v1/cs/configs?dataId=nacos.cfg.dataId&group=test” -i

Nginx返回403状态码给client，禁止client访问
HTTP/1.1 403 Forbidden
Server: nginx/1.13.5
Date: Fri, 15 Mar 2019 08:34:33 GMT
Content-Type: text/html
Content-Length: 169
Connection: keep-alive

403 Forbidden

403 Forbidden

---

nginx/1.13.5

2、读写黑名单分离

有时候通过IP维度直接限制client访问所有Nacos接口粒度过大，会导致应用服务不可用，可以将读操作和写操作分开，禁止client写Nacos，依然允许其进行读

1 limit read, 0 no limit

map "$remote_addr" $limit_read {
   #10.2.24.252    1;
   default    0;
}

# 1 limit write, 0 no limit
map "$remote_addr" $limit_write {
   #10.2.24.252    1;
   default    0;
}

location /some_url_to_write {
  if ($limit_write = 1) {
    return 403;
  }
}

•map指令匹配remote_addr变量，如果$remote_addr变量在ip黑名单里面，则设置limit_read和limit_write参数为1，否则为0

•在写接口中对limit_write做判断，如果禁写则返回403状态码

3、应用黑名单

IP黑名单功能是nginx提供的基础能力，能够限制某些IP的访问，但是一般一个应用会有很多台机器，当一个应用出问题的时候，会有很多IP访问都有问题，通过IP的维度来限制访问达不到预期，需要有应用的维度来限制

namespace（命名空间）是一个可以区分不同应用的维度，不同的应用一般会使用不同的namespace，这样可以在namespace维度对服务的访问进行限制
map “$arg_tenant” $limit_namespace {
af884cf8-1719-4e07-a1e1-3c4c105ab237 1;
#a6c745b7-fd92-4c1d-be99-6dc98abfe3dc 1;
default 0;
}

location /some_url {
  if ($limit_namespace = 1) {
    return 403;
  }
}

通过匹配namespace是否在黑名单中来设置limit_namespace变量，然后在访问的url中判断limit_namespace的值，如果为1返回403状态码

ak维度：使用一个ak代表一个应用，不同的应用在启动的时候设置不同的ak。client在发起请求的时候会带上ak参数到server端，在nginx层对请求的参数进行解析，对特定的应用的ak进行访问限制
map “$http_Spas_AccessKey” $limit_ak {
6839c164bb344cdc93107f08eda8a136 1;
default 0;
}

location /some_url {
  if ($limit_ak = 1) {
    return 403;
  }
}

总结

本文简单介绍了Nacos在实际生产环境中如何通过限流来提高自身服务的稳定性，除了自身设置tomcat参数，还可以通过高性能的nginx作为前端对流量进行过滤提高限流能力。文中难免会有个别错误或者遗漏，如果大家有更多的限流或者提高稳定性的办法可以在Nacos官网提出来。