限流又稱為流量控制（流控），通常是指限制到達(dá)系統(tǒng)的并發(fā)請(qǐng)求數(shù)，本文列舉了常見的限流策略，并以gin框架為例演示了如何為項(xiàng)目添加限流組件。

限流

限流又稱為流量控制（流控），通常是指限制到達(dá)系統(tǒng)的并發(fā)請(qǐng)求數(shù)。

我們生活中也會(huì)經(jīng)常遇到限流的場(chǎng)景，比如：某景區(qū)限制每日進(jìn)入景區(qū)的游客數(shù)量為8萬人；沙河地鐵站早高峰通過站外排隊(duì)逐一放行的方式限制同一時(shí)間進(jìn)入車站的旅客數(shù)量等。

限流雖然會(huì)影響部分用戶的使用體驗(yàn)，但是卻能在一定程度上報(bào)障系統(tǒng)的穩(wěn)定性，不至于崩潰（大家都沒了用戶體驗(yàn)）。

而互聯(lián)網(wǎng)上類似需要限流的業(yè)務(wù)場(chǎng)景也有很多，比如電商系統(tǒng)的秒殺、微博上突發(fā)熱點(diǎn)新聞、雙十一購物節(jié)、12306搶票等等。這些場(chǎng)景下的用戶請(qǐng)求量通常會(huì)激增，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過平時(shí)正常的請(qǐng)求量，此時(shí)如果不加任何限制很容易就會(huì)將后端服務(wù)打垮，影響服務(wù)的穩(wěn)定性。

此外，一些廠商公開的API服務(wù)通常也會(huì)限制用戶的請(qǐng)求次數(shù)，比如百度地圖開放平臺(tái)等會(huì)根據(jù)用戶的付費(fèi)情況來限制用戶的請(qǐng)求數(shù)等。

常用的限流策略

漏桶

漏桶法限流很好理解，假設(shè)我們有一個(gè)水桶按固定的速率向下方滴落一滴水，無論有多少請(qǐng)求，請(qǐng)求的速率有多大，都按照固定的速率流出，對(duì)應(yīng)到系統(tǒng)中就是按照固定的速率處理請(qǐng)求。

漏桶法的關(guān)鍵點(diǎn)在于漏桶始終按照固定的速率運(yùn)行，但是它并不能很好的處理有大量突發(fā)請(qǐng)求的場(chǎng)景，畢竟在某些場(chǎng)景下我們可能需要提高系統(tǒng)的處理效率，而不是一味的按照固定速率處理請(qǐng)求。

關(guān)于漏桶的實(shí)現(xiàn)，uber團(tuán)隊(duì)有一個(gè)開源的github.com/uber-go/ratelimit庫。 這個(gè)庫的使用方法比較簡(jiǎn)單，Take()?方法會(huì)返回漏桶下一次滴水的時(shí)間。

import (
	"fmt"
	"time"

	"go.uber.org/ratelimit"
)

func main() {
    rl := ratelimit.New(100) // per second

    prev := time.Now()
    for i := 0; i < 10; i++ {
        now := rl.Take()
        fmt.Println(i, now.Sub(prev))
        prev = now
    }

    // Output:
    // 0 0
    // 1 10ms
    // 2 10ms
    // 3 10ms
    // 4 10ms
    // 5 10ms
    // 6 10ms
    // 7 10ms
    // 8 10ms
    // 9 10ms
}

它的源碼實(shí)現(xiàn)也比較簡(jiǎn)單，這里大致說一下關(guān)鍵的地方，有興趣的同學(xué)可以自己去看一下完整的源碼。

限制器是一個(gè)接口類型，其要求實(shí)現(xiàn)一個(gè)Take()方法：

type Limiter interface {
	// Take方法應(yīng)該阻塞已確保滿足 RPS
	Take() time.Time
}

實(shí)現(xiàn)限制器接口的結(jié)構(gòu)體定義如下，這里可以重點(diǎn)留意下maxSlack字段，它在后面的Take()方法中的處理。

type limiter struct {
	sync.Mutex                // 鎖
	last       time.Time      // 上一次的時(shí)刻
	sleepFor   time.Duration  // 需要等待的時(shí)間
	perRequest time.Duration  // 每次的時(shí)間間隔
	maxSlack   time.Duration  // 最大的富余量
	clock      Clock          // 時(shí)鐘
}

limiter結(jié)構(gòu)體實(shí)現(xiàn)Limiter接口的Take()方法內(nèi)容如下：

// Take 會(huì)阻塞確保兩次請(qǐng)求之間的時(shí)間走完
// Take 調(diào)用平均數(shù)為 time.Second/rate.
func (t *limiter) Take() time.Time {
	t.Lock()
	defer t.Unlock()

	now := t.clock.Now()

	// 如果是第一次請(qǐng)求就直接放行
	if t.last.IsZero() {
		t.last = now
		return t.last
	}

	// sleepFor 根據(jù) perRequest 和上一次請(qǐng)求的時(shí)刻計(jì)算應(yīng)該sleep的時(shí)間
	// 由于每次請(qǐng)求間隔的時(shí)間可能會(huì)超過perRequest, 所以這個(gè)數(shù)字可能為負(fù)數(shù)，并在多個(gè)請(qǐng)求之間累加
	t.sleepFor += t.perRequest - now.Sub(t.last)

	// 我們不應(yīng)該讓sleepFor負(fù)的太多，因?yàn)檫@意味著一個(gè)服務(wù)在短時(shí)間內(nèi)慢了很多隨后會(huì)得到更高的RPS。
	if t.sleepFor < t.maxSlack {
		t.sleepFor = t.maxSlack
	}

	// 如果 sleepFor 是正值那么就 sleep
	if t.sleepFor > 0 {
		t.clock.Sleep(t.sleepFor)
		t.last = now.Add(t.sleepFor)
		t.sleepFor = 0
	} else {
		t.last = now
	}

	return t.last
}

上面的代碼根據(jù)記錄每次請(qǐng)求的間隔時(shí)間和上一次請(qǐng)求的時(shí)刻來計(jì)算當(dāng)次請(qǐng)求需要阻塞的時(shí)間——sleepFor，這里需要留意的是sleepFor的值可能為負(fù)，在經(jīng)過間隔時(shí)間長(zhǎng)的兩次訪問之后會(huì)導(dǎo)致隨后大量的請(qǐng)求被放行，所以代碼中針對(duì)這個(gè)場(chǎng)景有專門的優(yōu)化處理。創(chuàng)建限制器的New()函數(shù)中會(huì)為maxSlack設(shè)置初始值，也可以通過WithoutSlack這個(gè)Option取消這個(gè)默認(rèn)值。

func New(rate int, opts ...Option) Limiter {
	l := &limiter{
		perRequest: time.Second / time.Duration(rate),
		maxSlack:   -10 * time.Second / time.Duration(rate),
	}
	for _, opt := range opts {
		opt(l)
	}
	if l.clock == nil {
		l.clock = clock.New()
	}
	return l
}

令牌桶

令牌桶其實(shí)和漏桶的原理類似，令牌桶按固定的速率往桶里放入令牌，并且只要能從桶里取出令牌就能通過，令牌桶支持突發(fā)流量的快速處理。

對(duì)于從桶里取不到令牌的場(chǎng)景，我們可以選擇等待也可以直接拒絕并返回。

對(duì)于令牌桶的Go語言實(shí)現(xiàn)，大家可以參照github.com/juju/ratelimit庫。這個(gè)庫支持多種令牌桶模式，并且使用起來也比較簡(jiǎn)單。

創(chuàng)建令牌桶的方法：

// 創(chuàng)建指定填充速率和容量大小的令牌桶
func NewBucket(fillInterval time.Duration, capacity int64) *Bucket
// 創(chuàng)建指定填充速率、容量大小和每次填充的令牌數(shù)的令牌桶
func NewBucketWithQuantum(fillInterval time.Duration, capacity, quantum int64) *Bucket
// 創(chuàng)建填充速度為指定速率和容量大小的令牌桶
// NewBucketWithRate(0.1, 200) 表示每秒填充20個(gè)令牌
func NewBucketWithRate(rate float64, capacity int64) *Bucket

取出令牌的方法如下：

// 取token（非阻塞）
func (tb *Bucket) Take(count int64) time.Duration
func (tb *Bucket) TakeAvailable(count int64) int64

// 最多等maxWait時(shí)間取token
func (tb *Bucket) TakeMaxDuration(count int64, maxWait time.Duration) (time.Duration, bool)

// 取token（阻塞）
func (tb *Bucket) Wait(count int64)
func (tb *Bucket) WaitMaxDuration(count int64, maxWait time.Duration) bool

雖說是令牌桶，但是我們沒有必要真的去生成令牌放到桶里，我們只需要每次來取令牌的時(shí)候計(jì)算一下，當(dāng)前是否有足夠的令牌就可以了，具體的計(jì)算方式可以總結(jié)為下面的公式：

當(dāng)前令牌數(shù) = 上一次剩余的令牌數(shù) + (本次取令牌的時(shí)刻-上一次取令牌的時(shí)刻)/放置令牌的時(shí)間間隔 * 每次放置的令牌數(shù)

github.com/juju/ratelimit這個(gè)庫中關(guān)于令牌數(shù)計(jì)算的源代碼如下：

func (tb *Bucket) currentTick(now time.Time) int64 {
	return int64(now.Sub(tb.startTime) / tb.fillInterval)
}

func (tb *Bucket) adjustavailableTokens(tick int64) {
	if tb.availableTokens >= tb.capacity {
		return
	}
	tb.availableTokens += (tick - tb.latestTick) * tb.quantum
	if tb.availableTokens > tb.capacity {
		tb.availableTokens = tb.capacity
	}
	tb.latestTick = tick
	return
}

獲取令牌的TakeAvailable()函數(shù)關(guān)鍵部分的源代碼如下：

func (tb *Bucket) takeAvailable(now time.Time, count int64) int64 {
	if count <= 0 {
		return 0
	}
	tb.adjustavailableTokens(tb.currentTick(now))
	if tb.availableTokens <= 0 {
		return 0
	}
	if count > tb.availableTokens {
		count = tb.availableTokens
	}
	tb.availableTokens -= count
	return count
}

大家從代碼中也可以看到其實(shí)令牌桶的實(shí)現(xiàn)并沒有很復(fù)雜。

gin框架中使用限流中間件

在gin框架構(gòu)建的項(xiàng)目中，我們可以將限流組件定義成中間件。

這里使用令牌桶作為限流策略，編寫一個(gè)限流中間件如下：

func RateLimitMiddleware(fillInterval time.Duration, cap int64) func(c *gin.Context) {
	bucket := ratelimit.NewBucket(fillInterval, cap)
	return func(c *gin.Context) {
		// 如果取不到令牌就中斷本次請(qǐng)求返回 rate limit...
		if bucket.TakeAvailable(1) < 1 {
			c.String(http.StatusOK, "rate limit...")
			c.Abort()
			return
		}
		c.Next()
	}
}

對(duì)于該限流中間件的注冊(cè)位置，我們可以按照不同的限流策略將其注冊(cè)到不同的位置，例如：

1. 如果要對(duì)全站限流就可以注冊(cè)成全局的中間件。
2. 如果是某一組路由需要限流，那么就只需將該限流中間件注冊(cè)到對(duì)應(yīng)的路由組即可。

參考文章：

https://www.fansimao.com/937511.html文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-823227.html

到了這里，關(guān)于gin中使用限流中間件的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！