基于Redis有序聚集实现滑动窗口限流
滑动窗口算法是一种基于时间窗口的限流算法，它将时间划分为若干个固定巨细的窗口，每个窗口内记录了该时间段内的请求次数。通过动态地滑动窗口，可以动态调整限流的速率，以应对差别的流量变化。整个限流可以概括为两个主要步骤：
[*]统计窗口内的请求数量
[*]应用限流规则
Redis有序聚集每个value有一个score（分数），基于score我们可以界说一个时间窗口，然后每次一个请求进来就设置一个value，这样就可以统计窗口内的请求数量。key可以是资源名，比如一个url，或者ip+url，用户标识+url等。value在这里不那么重要，因为我们只需要统计数量，因此value可以就设置成时间戳，但是如果value类似的话就会被覆盖，所以我们可以把请求的数据做一个hash，将这个hash值当value，或者如果每个请求有流水号的话，可以用请求流水号当value，总之就是要能唯一标识一次请求的。
所以，简化后的命令就变成了：
ZADD 资源标识 时间戳 请求标识 Java代码
public boolean isAllow(String key) {
ZSetOperations<String, String> zSetOperations = stringRedisTemplate.opsForZSet();
//获取当前时间戳
long currentTime = System.currentTimeMillis();
//当前时间 - 窗口大小 = 窗口开始时间
long windowStart = currentTime - period;
//删除窗口开始时间之前的所有数据
zSetOperations.removeRangeByScore(key, 0, windowStart);
//统计窗口中请求数量
Long count = zSetOperations.zCard(key);
//如果窗口中已经请求的数量超过阈值，则直接拒绝
if (count >= threshold) {
return false;
}
//没有超过阈值，则加入集合
String value = "请求唯一标识（比如：请求流水号、哈希值、MD5值等）";
zSetOperations.add(key, String.valueOf(currentTime), currentTime);
//设置一个过期时间，及时清理冷数据
stringRedisTemplate.expire(key, period, TimeUnit.MILLISECONDS);
//通过
return true;
}上面代码中涉及到三条Redis命令，并发请求下可能存在问题，所以我们把它们写成Lua脚本
local key = KEYS
local current_time = tonumber(ARGV)
local window_size = tonumber(ARGV)
local threshold = tonumber(ARGV)
redis.call('ZREMRANGEBYSCORE', key, 0, current_time - window_size)
local count = redis.call('ZCARD', key)
if count >= threshold then
return tostring(0)
else
redis.call('ZADD', key, tostring(current_time), current_time)
return tostring(1)
end完整的代码如下：
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;
/**
* 基于Redis有序集合实现滑动窗口限流
* @Author: ChengJianSheng
* @Date: 2024/12/26
*/
@Service
public class SlidingWindowRatelimiter {
private long period = 60*1000;//1分钟
private int threshold = 3; //3次
@Autowired
private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
/**
* RedisTemplate
*/
public boolean isAllow(String key) {
ZSetOperations<String, String> zSetOperations = stringRedisTemplate.opsForZSet();
//获取当前时间戳
long currentTime = System.currentTimeMillis();
//当前时间 - 窗口大小 = 窗口开始时间
long windowStart = currentTime - period;
//删除窗口开始时间之前的所有数据
zSetOperations.removeRangeByScore(key, 0, windowStart);
//统计窗口中请求数量
Long count = zSetOperations.zCard(key);
//如果窗口中已经请求的数量超过阈值，则直接拒绝
if (count >= threshold) {
return false;
}
//没有超过阈值，则加入集合
String value = "请求唯一标识（比如：请求流水号、哈希值、MD5值等）";
zSetOperations.add(key, String.valueOf(currentTime), currentTime);
//设置一个过期时间，及时清理冷数据
stringRedisTemplate.expire(key, period, TimeUnit.MILLISECONDS);
//通过
return true;
}
/**
* Lua脚本
*/
public boolean isAllow2(String key) {
String luaScript = "local key = KEYS\n" +
"local current_time = tonumber(ARGV)\n" +
"local window_size = tonumber(ARGV)\n" +
"local threshold = tonumber(ARGV)\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));
//返回1表示通过，返回0表示拒绝
return "1".equals(result);
}
}这里用StringRedisTemplate执行Lua脚本，先把Lua脚本封装成DefaultRedisScript对象。留意，万万留意，Lua脚本的返回值必须是字符串，参数也最好都是字符串，用整型的话可能类型转换错误。
String requestId = UUID.randomUUID().toString();
DefaultRedisScript<String> redisScript = new DefaultRedisScript<>(luaScript, String.class);
String result = stringRedisTemplate.execute(redisScript,
Collections.singletonList(key),
requestId,
String.valueOf(period),
String.valueOf(threshold));好了，上面就是基于Redis有序聚集实现的滑动窗口限流。顺带提一句，Redis List类型也可以用来实现滑动窗口。
接下来，我们来完善一下上面的代码，通过AOP来拦截请求达到限流的目的
为此，我们必须自界说注解，然后根据注解参数，来个性化的控制限流。那么，问题来了，如果获取注解参数呢？
举例说明：
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.METHOD)
public @interface MyAnnotation {
String value();
}
@Aspect
@Component
public class MyAspect {
@Before("@annotation(myAnnotation)")
public void beforeMethod(JoinPoint joinPoint, MyAnnotation myAnnotation) {
// 获取注解参数
String value = myAnnotation.value();
System.out.println("Annotation value: " + value);
// 其他业务逻辑...
}
}留意看，切点是怎么写的 @Before("@annotation(myAnnotation)")
是@Before("@annotation(myAnnotation)")，而不是@Before("@annotation(MyAnnotation)")
myAnnotation，是参数，而MyAnnotation则是注解类
https://img2024.cnblogs.com/blog/874963/202412/874963-20241229105114406-1762672226.png
此处参考
https://www.cnblogs.com/javaxubo/p/16556924.html
https://blog.csdn.net/qq_40977118/article/details/119488358
https://blog.51cto.com/knifeedge/5529885
言归正传，我们起首界说一个注解
package com.example.demo.controller;
import java.lang.annotation.*;
/**
* 请求速率限制
* @Author: ChengJianSheng
* @Date: 2024/12/26
*/
@Documented
@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface RateLimit {
/**
* 窗口大小（默认：60秒）
*/
long period() default 60;
/**
* 阈值（默认：3次）
*/
long threshold() default 3;
}界说切面
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 org.springframework.web.context.request.RequestContextHolder;
import org.springframework.web.context.request.ServletRequestAttributes;
import org.springframework.web.servlet.support.RequestContextUtils;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
* @Author: ChengJianSheng
* @Date: 2024/12/26
*/
@Slf4j
@Aspect
@Component
public class RateLimitAspect {
@Autowired
private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
// @Autowired
// private SlidingWindowRatelimiter slidingWindowRatelimiter;
@Before("@annotation(rateLimit)")
public void doBefore(JoinPoint joinPoint, RateLimit rateLimit) {
//获取注解参数
long period = rateLimit.period();
long threshold = rateLimit.threshold();
//获取请求信息
ServletRequestAttributes servletRequestAttributes = (ServletRequestAttributes) RequestContextHolder.getRequestAttributes();
HttpServletRequest httpServletRequest = servletRequestAttributes.getRequest();
String uri = httpServletRequest.getRequestURI();
Long userId = 123L; //模拟获取用户ID
String key = "limit:" + userId + ":" + uri;
/*
if (!slidingWindowRatelimiter.isAllow2(key)) {
log.warn("请求超过速率限制！userId={}, uri={}", userId, uri);
throw new RuntimeException("请求过于频繁！");
}*/
ZSetOperations<String, String> zSetOperations = stringRedisTemplate.opsForZSet();
//获取当前时间戳
long currentTime = System.currentTimeMillis();
//当前时间 - 窗口大小 = 窗口开始时间
long windowStart = currentTime - period * 1000;
//删除窗口开始时间之前的所有数据
zSetOperations.removeRangeByScore(key, 0, windowStart);
//统计窗口中请求数量
Long count = zSetOperations.zCard(key);
//如果窗口中已经请求的数量超过阈值，则直接拒绝
if (count < threshold) {
//没有超过阈值，则加入集合
zSetOperations.add(key, String.valueOf(currentTime), currentTime);
//设置一个过期时间，及时清理冷数据
stringRedisTemplate.expire(key, period, TimeUnit.SECONDS);
} else {
throw new RuntimeException("请求过于频繁！");
}
}
}加注解
@RestController
@RequestMapping("/hello")
public class HelloController {
@RateLimit(period = 30, threshold = 2)
@GetMapping("/sayHi")
public void sayHi() {
}
}最后，看Redis中的数据结构
https://img2024.cnblogs.com/blog/874963/202412/874963-20241229105952048-1081589465.png
最后的最后，流量控制发起看看阿里巴巴 Sentinel
https://sentinelguard.io/zh-cn/
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