如何实现 Redis 限流

在高并发中我们往往会使用限流减轻服务器的压力。常用的是 Redis 方式限流，Redis 限流的方式有许多种，常用的方式有三种，这三种可以简单的实现限流。

基于 Redis 的 setnx 的操作

在使用 Redis 分布式锁的时候，我们都知道它是依靠 setnx 指令，在 CAS 的操作时同时给指定的 key 设置了过期时间，我们限流的主要目的就是为了在单位时间内有且仅有 N 个数量的请求能够访问我们的程序。因此依靠 setnx 可以做到这方面。例如我们需要在 5 秒内限定 10 个请求，那么我们在 setnx 的时候可以设置过期时间为 5，当请求的 setnx 数量达到 10 个的时候就达到了限流效果。这种做法的弊端是很多的，例如当统计 1 到 5 秒的时候，但无法统计 2 到 6 秒之内，如果需要统计 N 秒内的 M 个请求，那么在 Redis 中需要保持 N 个 key 问题。

基于 Redis 的数据结构 zset

限流涉及的最主要的是滑动窗口，上面提到 1 到 5 怎么变成 2 到 6。其实就是起始值和末端值都各+1 即可。用 Redis 的 list 数据结构可以轻而易举的实现该功能。我们可以将请求打造成一个 zset 数组，当每一次请求进来时为了 value 保持唯一性，可以用 GUID 生成，而 score 可以用当前时间戳来表示，这是因为 score 可以用来计算当前时间戳之内有多少的请求数量。同时 zset 数据结构也提供了 range 方法让我们可以很轻易的获取到 2 个时间戳内有多少请求。代码如下：

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();
            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");
    }

通过上述代码可以做到滑动窗口的效果，并且能保证每 N 秒内至多 M 个请求，缺点就是 zset 的数据结构会越来越大。实现方式相对也是比较简单的。

基于 Redis 的令牌桶算法

提到限流就不得不提到令牌桶算法了。令牌桶算法提及到输入速率和输出速率，当输出速率大于输入速率，那么就是超出流量限制了。也就是说我们每访问一次请求的时候，可以从 Redis 中获取一个令牌，如果拿到令牌了，那就说明没超出限制，而如果拿不到，则结果相反。依靠上述的思想，可以结合 Redis 的 List 数据结构很轻易的做到这样的代码，只是简单实现。依靠 List 的 leftPop 来获取令牌，代码如下：

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 的定时任务，定时往 List 中 rightPush 令牌，当然令牌也需要唯一性，所以我这里还是用 UUID 进行了生成

// 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());
    }

代码实现起始都不是很难，针对这些限流方式我们可以在 AOP 或者 filter 中加入以上代码，用来做到接口的限流，最终保护你的网站。