WebApiThrottle限流框架使用手册
介绍
为了防止网站意外暴增的流量比如活动、秒杀、攻击等，导致整个系统瘫痪，在前后端接口服务处进行流量限制是非常有必要的。本篇主要介绍下Net限流框架WebApiThrottle的使用。
WebApiThrottle是一个专门为webApi限制请求频率而设计的，支持寄宿OWIN上的中间件的限制过滤。服务端接口可以基于客户端请求IP地址、客户端请求key、及请求路由去限制webapi接口的访问频率。
使用nuget命令安装WebApiThrottle：
PM> Install-Package WebApiThrottle
Nuget地址：
https://www.nuget.org/packages/WebApiThrottle/
WebApiThrottle支持自定义配置各种限流策略。可以根据不同场景配置多个不同的限制，比如授权某个IP每秒、每分钟、每小时、每天、每周的最大调用次数。 这些限制策略可以配置在所有请求上，也可以单独给每个API接口去配置。
基于IP全局限流
下面的代码是限制来自同IP请求的最大次数。如果在一分钟内，同样IP的客户端分别调用api/values和api/values/1两个接口， 那么调用api/values/1的请求会被拒绝掉。
public static class WebApiConfig
{
public static void Register(HttpConfiguration config)
{
config.MessageHandlers.Add(new ThrottlingHandler()
{
Policy = new ThrottlePolicy(perSecond: 1, perMinute: 20, perHour: 200, perDay: 1500, perWeek: 3000)
{
IpThrottling = true
},
Repository = new CacheRepository()
});
}
} 如果是自寄宿在Owin上的WebApi，上面的CacheRepository必须替换成运行时的MemoryCacheRepository类，因为CacheRepository使用的是Asp.net版本的缓存。
public class Startup
{
public void Configuration(IAppBuilder appBuilder)
{
// Configure Web API for self-host.
HttpConfiguration config = new HttpConfiguration();
//Register throttling handler
config.MessageHandlers.Add(new ThrottlingHandler()
{
Policy = new ThrottlePolicy(perSecond: 1, perMinute: 20, perHour: 200, perDay: 1500, perWeek: 3000)
{
IpThrottling = true
},
Repository = new MemoryCacheRepository()
});
appBuilder.UseWebApi(config);
}
}
基于IP的端点限流
上面的api/values限流配置会对整个api/values开头的API限流，同一秒内、同一ip访问api/values后，所有后续访问 api/values/xxx的请求都会被拒绝掉。 如果配置了端点限流，同一秒内你也访问api/values/1了，请求将不会被拒绝，因为它们走的是不同的路由。
config.MessageHandlers.Add(new ThrottlingHandler()
{
Policy = new ThrottlePolicy(perSecond: 1, perMinute: 30)
{
IpThrottling = true,
EndpointThrottling = true
},
Repository = new CacheRepository()
});
基于IP和客户端key的端点限流
如果同一个ip的客户端，在同一秒内，调用了2次api/values，其最后一次的调用将会被拒绝掉。
如果想接口通过唯一key去识别限制客户端，忽略客户端的ip地址限制，应该配置IpThrottling为false。
config.MessageHandlers.Add(new ThrottlingHandler()
{
Policy = new ThrottlePolicy(perSecond: 1, perMinute: 30)
{
IpThrottling = true,
ClientThrottling = true,
EndpointThrottling = true
},
Repository = new CacheRepository()
});
IP和客户端key的白名单
如果请求是从一个白名单中的IP或客户端key发起的，那么限流策略将不会生效，这个请求的所有信息也不会被存储。 其IP白名单列表支持IP v4和v6的范围配置，比如"192.168.0.0/24", "fe80::/10" 和 "192.168.0.0-192.168.0.255"，关于IP范围的更多信息请查看https://github.com/jsakamoto/ipaddressrange
config.MessageHandlers.Add(new ThrottlingHandler()
{
Policy = new ThrottlePolicy(perSecond: 2, perMinute: 60)
{
IpThrottling = true,
IpWhitelist = new List<string> { "::1", "192.168.0.0/24" },
ClientThrottling = true,
ClientWhitelist = new List<string> { "admin-key" }
},
Repository = new CacheRepository()
});
IP和客户端key自定义限制频率
你可以自定义基于ip或客户端key的请求频率限制，这些限制会重写WebApiThrottle的默认配置。
需要注意的是，这些自定义策略需要写到全局配置里才会生效，策略里可以单独给某个ip或某个key配置限流策略。
config.MessageHandlers.Add(new ThrottlingHandler()
{
Policy = new ThrottlePolicy(perSecond: 1, perMinute: 20, perHour: 200, perDay: 1500)
{
IpThrottling = true,
IpRules = new Dictionary<string, RateLimits>
{
{ "192.168.1.1", new RateLimits { PerSecond = 2 } },
{ "192.168.2.0/24", new RateLimits { PerMinute = 30, PerHour = 30*60, PerDay = 30*60*24 } }
},
ClientThrottling = true,
ClientRules = new Dictionary<string, RateLimits>
{
{ "api-client-key-1", new RateLimits { PerMinute = 40, PerHour = 400 } },
{ "api-client-key-9", new RateLimits { PerDay = 2000 } }
}
},
Repository = new CacheRepository()
});
端点自定义限制频率
你也可以为明确的路由地址去自定义限制频率，这些限制配置会重写WebApiThrottle的默认配置。也可以通过相关联的路由地址去定义端点的 限制规则，比如api/entry/1端点的请求仅仅是/entry/整个路由地址请求的一部分。 配置后，端点限制引擎会在请求的绝对URI中去搜索这个表达式(api/entry/1)，如果这个表达式在请求路由策略中被找到，那么这个限制规则将会 被应用。如果有两个或更多的限制规则匹配到同一个URL，更近一级的限制策略将会被应用。
config.MessageHandlers.Add(new ThrottlingHandler()
{
Policy = new ThrottlePolicy(perSecond: 1, perMinute: 20, perHour: 200)
{
IpThrottling = true,
ClientThrottling = true,
EndpointThrottling = true,
EndpointRules = new Dictionary<string, RateLimits>
{
{ "api/search", new RateLimits { PerSecond = 10, PerMinute = 100, PerHour = 1000 } }
}
},
Repository = new CacheRepository()
});
关于被拒请求的计数器
默认情况下，被拒绝的请求不会累加到WebApiThrottle的计数器里。 比如一个客户端在同一秒中请求了3次，而你配置的限制策略是每秒1次，那么分钟、小时、天的计数器只会记录第一次调用，因为第一次请求不会被拒绝。如果你 想把被拒绝的请求也计算到其他的计数器里(分钟、小时、天)，你可以设置StackBlockedRequests为true。
config.MessageHandlers.Add(new ThrottlingHandler()
{
Policy = new ThrottlePolicy(perSecond: 1, perMinute: 30)
{
IpThrottling = true,
ClientThrottling = true,
EndpointThrottling = true,
StackBlockedRequests = true
},
Repository = new CacheRepository()
});
在web.config或app.config中定义限制策略
在web.config或app.config中配置限制策略，通过ThrottlePolicy.FromStore加装配置项。
config.MessageHandlers.Add(new ThrottlingHandler()
{
Policy = ThrottlePolicy.FromStore(new PolicyConfigurationProvider()),
Repository = new CacheRepository()
});
配置示例(policyType的值1代表ip、2代表clientkey、3代表端点)
<configuration>
<configSections>
<section name="throttlePolicy"
type="WebApiThrottle.ThrottlePolicyConfiguration, WebApiThrottle" />
</configSections>
<throttlePolicy limitPerSecond="1"
limitPerMinute="10"
limitPerHour="30"
limitPerDay="300"
limitPerWeek ="1500"
ipThrottling="true"
clientThrottling="true"
endpointThrottling="true">
<rules>
<!--Ip 规则-->
<add policyType="1" entry="::1/10"
limitPerSecond="2"
limitPerMinute="15"/>
<add policyType="1" entry="192.168.2.1"
limitPerMinute="12" />
<!--Client 规则-->
<add policyType="2" entry="api-client-key-1"
limitPerHour="60" />
<!--Endpoint 规则-->
<add policyType="3" entry="api/values"
limitPerDay="120" />
</rules>
<whitelists>
<!--Ip 白名单-->
<add policyType="1" entry="127.0.0.1" />
<add policyType="1" entry="192.168.0.0/24" />
<!--Client 白名单-->
<add policyType="2" entry="api-admin-key" />
</whitelists>
</throttlePolicy>
</configuration>
获取API的客户端key
默认情况下，WebApiThrottle的ThrottlingHandler(限流处理器)会从客户端请求head里通过 Authorization-Token key取值。如果你的API key存储在不同的地方，你可以重写ThrottlingHandler.SetIndentity方法，指定你自己的取值策略。
public class CustomThrottlingHandler : ThrottlingHandler
{
protected override RequestIdentity SetIndentity(HttpRequestMessage request)
{
return new RequestIdentity()
{
ClientKey = request.Headers.Contains("Authorization-Key") ? request.Headers.GetValues("Authorization-Key").First() : "anon",
ClientIp = base.GetClientIp(request).ToString(),
Endpoint = request.RequestUri.AbsolutePath.ToLowerInvariant()
};
}
}
存储限流的数据
WebApiThrottle会在内存中存储所有的请求数据，寄宿在IIS里使用ASP.NET版本的cache、自寄宿在Owin上使用运行时版 本的缓存MemoryCache。如果你想改变请求数据存储的策略，框架是支持redis、nosql、数据库存储的，这种情况下必须创建自己的存储引 擎，可以通过实现IThrottleRepository接口完成。
public interface IThrottleRepository { bool Any(string id);
ThrottleCounter? FirstOrDefault(string id);
void Save(string id, ThrottleCounter throttleCounter, TimeSpan expirationTime);
void Remove(string id);
void Clear();
}
public interface IPolicyRepository
{
ThrottlePolicy FirstOrDefault(string id);
void Remove(string id);
void Save(string id, ThrottlePolicy policy);
}
运行期间更新限制频率
为了更新限制策略对象，并在运行时使用新的ThrottlingHandler对象，需要引入WebApiThrottle 1.2版本后支持的ThrottleManager.UpdatePolicy函数。
在启动时注册ThrottlingHandler对象，并在构造函数中传入PolicyCacheRepository ，如果你是通过Owin自寄宿的webapi，需要使用PolicyMemoryCacheRepository对象。
public static void Register(HttpConfiguration config)
{
//trace provider
var traceWriter = new SystemDiagnosticsTraceWriter()
{
IsVerbose = true
};
config.Services.Replace(typeof(ITraceWriter), traceWriter);
config.EnableSystemDiagnosticsTracing();
//添加限流处理者到Web API消息处理集合里
config.MessageHandlers.Add(new ThrottlingHandler(
policy: new ThrottlePolicy(perMinute: 20, perHour: 30, perDay: 35, perWeek: 3000)
{
//启用ip限制策略
IpThrottling = true,
//启用客户端key限制策略
ClientThrottling = true,
ClientRules = new Dictionary<string, RateLimits>
{
{ "api-client-key-1", new RateLimits { PerMinute = 60, PerHour = 600 } },
{ "api-client-key-2", new RateLimits { PerDay = 5000 } }
},
//启用端点限制策略
EndpointThrottling = true
},
//如果是owin寄宿，替换成PolicyMemoryCacheRepository
policyRepository: new PolicyCacheRepository(),
//如果是owin寄宿，替换成MemoryCacheRepository
repository: new CacheRepository(),
logger: new TracingThrottleLogger(traceWriter)));
}
public void UpdateRateLimits()
{
//初始化策略仓库
var policyRepository = new PolicyCacheRepository();
//从缓存中获取策略对象
var policy = policyRepository.FirstOrDefault(ThrottleManager.GetPolicyKey());
//更新客户端限制频率
policy.ClientRules["api-client-key-1"] =
new RateLimits { PerMinute = 80, PerHour = 800 };
//添加新的客户端限制频率
policy.ClientRules.Add("api-client-key-3",
new RateLimits { PerMinute = 60, PerHour = 600 });
//应用策略更新
ThrottleManager.UpdatePolicy(policy, policyRepository);
}
限流的请求日志
如果你想记录限流后的请求日志，可以实现IThrottleLogger接口，添加到ThrottlingHandler里。
public interface IThrottleLogger
{
void Log(ThrottleLogEntry entry);
}
public class TracingThrottleLogger : IThrottleLogger
{
private readonly ITraceWriter traceWriter;
public TracingThrottleLogger(ITraceWriter traceWriter)
{
this.traceWriter = traceWriter;
}
public void Log(ThrottleLogEntry entry)
{
if (null != traceWriter)
{
traceWriter.Info(entry.Request, "WebApiThrottle",
"{0} Request {1} from {2} has been throttled (blocked), quota {3}/{4} exceeded by {5}",
entry.LogDate, entry.RequestId, entry.ClientIp, entry.RateLimit, entry.RateLimitPeriod, entry.TotalRequests);
}
}
}
var traceWriter = new SystemDiagnosticsTraceWriter()
{
IsVerbose = true
};
config.Services.Replace(typeof(ITraceWriter), traceWriter);
config.EnableSystemDiagnosticsTracing();
config.MessageHandlers.Add(new ThrottlingHandler()
{
Policy = new ThrottlePolicy(perSecond: 1, perMinute: 30)
{
IpThrottling = true,
ClientThrottling = true,
EndpointThrottling = true
},
Repository = new CacheRepository(),
Logger = new TracingThrottleLogger(traceWriter)
});
用ThrottlingFilter、EnableThrottlingAttribute特性配置限制频率
EnableThrottling与ThrottlingHandler是一个二选一的策略配置方案，二者会做同样的事情，但 ThrottlingHandler可以通过EnableThrottlingAttribute特性指定某个webapi的controllers和 actions去自定义频率限制。需要注意的是，在webapi请求管道中，ThrottlingHandler是在controller前面执行，因此 在你不需要ThrottlingFilter提供的功能时，可以用ThrottlingHandler去直接替代它。
使用ThrottlingHandler设置过滤器的步骤:
config.Filters.Add(new ThrottlingFilter()
{
Policy = new ThrottlePolicy(perSecond: 1, perMinute: 20,
perHour: 200, perDay: 2000, perWeek: 10000)
{
//ip配置区域
IpThrottling = true,
IpRules = new Dictionary<string, RateLimits>
{
{ "::1/10", new RateLimits { PerSecond = 2 } },
{ "192.168.2.1", new RateLimits { PerMinute = 30, PerHour = 30*60, PerDay = 30*60*24 } }
},
//添加127.0.0.1到白名单，本地地址不启用限流策略
IpWhitelist = new List<string> { "127.0.0.1", "192.168.0.0/24" },
//客户端配置区域，如果ip限制也是启动的，那么客户端限制策略会与ip限制策略组合使用。
ClientRules = new Dictionary<string, RateLimits>
{
{ "api-client-key-demo", new RateLimits { PerDay = 5000 } }
},
//白名单中的客户端key不会进行限流。
ClientWhitelist = new List<string> { "admin-key" },
//端点限制策略配置会从EnableThrottling特性中获取。
EndpointThrottling = true
}
});
[EnableThrottling(PerSecond = 2)]
public class ValuesController : ApiController
{
[EnableThrottling(PerSecond = 1, PerMinute = 30, PerHour = 100)]
public IEnumerable<string> Get()
{
return new string[] { "value1", "value2" };
}
[DisableThrotting]
public string Get(int id)
{
return "value";
}
}
关于ThrottlingMiddleware限制频率
ThrottlingMiddleware是一个OWIN中间件部分，它的作用跟ThrottlingHandler一样。使用ThrottlingMiddleware 你可以在webapi作用域范围外配置限制策略，跟使用OAuth中间件或SignalR端点类似。
自寄宿配置例子：
public class Startup
{
public void Configuration(IAppBuilder appBuilder)
{
...
//从app.config加载限流策略
appBuilder.Use(typeof(ThrottlingMiddleware),
ThrottlePolicy.FromStore(new PolicyConfigurationProvider()),
new PolicyMemoryCacheRepository(),
new MemoryCacheRepository(),
null);
...
}
}
public class Startup
{
public void Configuration(IAppBuilder appBuilder)
{
...
//从web.config加载限流策略
appBuilder.Use(typeof(ThrottlingMiddleware),
ThrottlePolicy.FromStore(new PolicyConfigurationProvider()),
new PolicyCacheRepository(),
new CacheRepository(),
null);
...
}
}