当前位置: 首页 > news >正文

滑动窗口限流算法:基于Redis有序集合的实现与优化

滑动窗口限流算法是一种基于时间窗口的流量控制策略,它将时间划分为固定大小的窗口,并在每个窗口内记录请求次数。通过动态滑动窗口,算法能够灵活调整限流速率,以应对流量的波动。

算法核心步骤

  1. 统计窗口内的请求数量:记录当前时间窗口内的请求次数。
  2. 应用限流规则:根据预设的阈值判断是否允许当前请求通过。

Redis有序集合的应用

Redis的有序集合(Sorted Set)为滑动窗口限流提供了理想的实现方式。每个有序集合的成员都有一个分数(score),我们可以利用分数来定义时间窗口。每当有请求进入时,将当前时间戳作为分数,并将请求的唯一标识作为成员添加到集合中。这样,通过统计窗口内的成员数量,即可实现限流。

实现细节

Redis命令简化

通过Redis的ZADD命令,我们可以将请求的时间戳和唯一标识添加到有序集合中:

ZADD 资源标识 时间戳 请求标识
Java代码实现

以下是基于Java和Redis的滑动窗口限流实现:

public boolean isAllow(String key) {ZSetOperations<String, String> zSetOperations = stringRedisTemplate.opsForZSet();long currentTime = System.currentTimeMillis();long windowStart = currentTime - period;zSetOperations.removeRangeByScore(key, 0, windowStart);Long count = zSetOperations.zCard(key);if (count >= threshold) {return false;}String value = "请求唯一标识(如:请求流水号、哈希值、MD5值等)";zSetOperations.add(key, value, currentTime);stringRedisTemplate.expire(key, period, TimeUnit.MILLISECONDS);return true;
}
Lua脚本优化

为了确保在高并发场景下的原子性操作,我们可以将上述逻辑封装为Lua脚本:

local key = KEYS[1]
local current_time = tonumber(ARGV[1])
local window_size = tonumber(ARGV[2])
local threshold = tonumber(ARGV[3])
redis.call('ZREMRANGEBYSCORE', key, 0, current_time - window_size)
local count = redis.call('ZCARD', key)
if count >= threshold thenreturn tostring(0)
elseredis.call('ZADD', key, tostring(current_time), current_time)return tostring(1)
end
完整Java代码
package com.example.demo.controller;import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;
import org.springframework.data.redis.core.ZSetOperations;
import org.springframework.data.redis.core.script.DefaultRedisScript;
import org.springframework.stereotype.Service;import java.util.Collections;
import java.util.concurrent.TimeUnit;@Service
public class SlidingWindowRatelimiter {private long period = 60 * 1000; // 1分钟private int threshold = 3; // 3次@Autowiredprivate StringRedisTemplate stringRedisTemplate;public boolean isAllow(String key) {ZSetOperations<String, String> zSetOperations = stringRedisTemplate.opsForZSet();long currentTime = System.currentTimeMillis();long windowStart = currentTime - period;zSetOperations.removeRangeByScore(key, 0, windowStart);Long count = zSetOperations.zCard(key);if (count >= threshold) {return false;}String value = "请求唯一标识(如:请求流水号、哈希值、MD5值等)";zSetOperations.add(key, value, currentTime);stringRedisTemplate.expire(key, period, TimeUnit.MILLISECONDS);return true;}public boolean isAllow2(String key) {String luaScript = "local key = KEYS[1]\n" +"local current_time = tonumber(ARGV[1])\n" +"local window_size = tonumber(ARGV[2])\n" +"local threshold = tonumber(ARGV[3])\n" +"redis.call('ZREMRANGEBYSCORE', key, 0, current_time - window_size)\n" +"local count = redis.call('ZCARD', key)\n" +"if count >= threshold then\n" +" return tostring(0)\n" +"else\n" +" redis.call('ZADD', key, tostring(current_time), current_time)\n" +" return tostring(1)\n" +"end";long currentTime = System.currentTimeMillis();DefaultRedisScript<String> redisScript = new DefaultRedisScript<>(luaScript, String.class);String result = stringRedisTemplate.execute(redisScript, Collections.singletonList(key), String.valueOf(currentTime), String.valueOf(period), String.valueOf(threshold));return "1".equals(result);}
}

AOP实现限流

为了更方便地应用限流策略,我们可以通过AOP(面向切面编程)来拦截请求并应用限流规则。

自定义注解

首先,定义一个限流注解:

package com.example.demo.controller;import java.lang.annotation.*;@Documented
@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface RateLimit {long period() default 60; // 窗口大小(默认:60秒)long threshold() default 3; // 阈值(默认:3次)
}
切面实现

然后,实现一个切面来拦截带有@RateLimit注解的方法:

package com.example.demo.controller;import jakarta.servlet.http.HttpServletRequest;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.aspectj.lang.JoinPoint;
import org.aspectj.lang.annotation.Aspect;
import org.aspectj.lang.annotation.Before;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;
import org.springframework.data.redis.core.ZSetOperations;
import org.springframework.stereotype.Component;import java.util.concurrent.TimeUnit;@Slf4j
@Aspect
@Component
public class RateLimitAspect {@Autowiredprivate StringRedisTemplate stringRedisTemplate;@Before("@annotation(rateLimit)")public void doBefore(JoinPoint joinPoint, RateLimit rateLimit) {long period = rateLimit.period();long threshold = rateLimit.threshold();HttpServletRequest httpServletRequest = ((ServletRequestAttributes) RequestContextHolder.getRequestAttributes()).getRequest();String uri = httpServletRequest.getRequestURI();Long userId = 123L; // 模拟获取用户IDString key = "limit:" + userId + ":" + uri;ZSetOperations<String, String> zSetOperations = stringRedisTemplate.opsForZSet();long currentTime = System.currentTimeMillis();long windowStart = currentTime - period * 1000;zSetOperations.removeRangeByScore(key, 0, windowStart);Long count = zSetOperations.zCard(key);if (count >= threshold) {throw new RuntimeException("请求过于频繁!");} else {zSetOperations.add(key, String.valueOf(currentTime), currentTime);stringRedisTemplate.expire(key, period, TimeUnit.SECONDS);}}
}
使用注解

最后,在需要限流的方法上添加@RateLimit注解:

@RestController
@RequestMapping("/hello")
public class HelloController {@RateLimit(period = 30, threshold = 2)@GetMapping("/sayHi")public void sayHi() {}
}

总结

通过Redis有序集合和Lua脚本,我们实现了一个高效且灵活的滑动窗口限流算法。结合AOP,我们可以轻松地将限流策略应用到具体的业务方法中。对于更复杂的流量控制需求,可以参考阿里巴巴的Sentinel框架。

参考链接:

  • Sentinel官方文档
  • AOP实现限流
  • Redis Lua脚本
http://www.lryc.cn/news/518353.html

相关文章:

  • Angular 最新版本和 Vue 对比完整指南
  • DAY39|动态规划Part07|LeetCode:198.打家劫舍、213.打家劫舍II、337.打家劫舍III
  • MYSQL----------------sql 优化
  • 深度学习中的正则化方法
  • 前端报告 2024:全新数据,深度解析未来趋势
  • 计算机网络之---子网划分与IP地址
  • 计算机网络 (31)运输层协议概念
  • 代码随想录算法训练营day28
  • 建立时间和保持时间
  • vue,router路由传值问题,引用官方推荐
  • AIDD-人工智能药物设计-AlphaFold系列:年终回顾,AlphaFold迄今为止的实际应用案例
  • Scala语言的面向对象编程
  • MySQL学习记录1【DQL和DCL】
  • 验证码转发漏洞
  • 使用 C++ 实现神经网络:从基础到高级优化
  • 【WRF运行报错】总结WRF运行时报错及解决方案(持续更新)
  • Kotlin语言的循环实现
  • 基于CNN的人脸识别考勤管理系统实现
  • Android基于回调的事件处理
  • postgis和地理围栏
  • 《鸿蒙系统AI技术:筑牢复杂网络环境下的安全防线》
  • SQL SERVER__RSN 恢复的深入解析
  • 面试加分项:Android Framework PMS 全面概述和知识要点
  • Http协议封装
  • el-date-picker 禁用一个月前、一个月后(当天之后)的时间 datetimerange
  • 【C】编译与链接
  • Github上传项目
  • webrtc之rtc::ArrayView<const uint8_t>
  • Zemax 序列模式下的扩束器
  • Flink系统知识讲解之:如何识别反压的源头