在多用户访问中运用Redis和Go进行限流算法的实践

后端

2023-12-23 02:17:34

引言

在现代互联网应用中，限流算法扮演着至关重要的角色。它可以有效控制用户对系统资源的访问速率，防止瞬间流量过大导致系统崩溃，并确保消息处理速率的稳定性。限流算法广泛应用于各种场景，如：

限制用户对某个接口的访问频率，防止恶意攻击或过载。
控制系统资源的使用，避免资源耗尽。
稳定消息处理速率，防止消息积压或丢失。

限流算法简介

限流算法主要分为两大类：漏桶算法和令牌桶算法。

漏桶算法 ：漏桶算法将系统视为一个漏斗，它以恒定的速度向外漏水。当请求到达时，如果漏斗中有空间，则请求被允许通过；否则，请求会被丢弃。漏桶算法简单易于实现，但无法保证请求的顺序。
令牌桶算法 ：令牌桶算法将系统视为一个装满令牌的桶。当请求到达时，如果桶中还有令牌，则请求被允许通过；否则，请求会被丢弃。令牌桶算法可以保证请求的顺序，但实现比漏桶算法复杂。

Go+Redis实现限流算法

在Go语言中，我们可以使用Redis数据库来实现限流算法。Redis是一个开源的键值存储数据库，它具有快速、可靠、可扩展等优点，非常适合用于限流算法的实现。

漏桶算法实现

// NewLeakyBucket 创建一个新的漏桶限流器。
func NewLeakyBucket(bucketSize int, leakRate int) *LeakyBucket {
	return &LeakyBucket{
		bucketSize: bucketSize,
		leakRate:   leakRate,
		tokens:     bucketSize,
	}
}

// Allow 检查是否允许通过一个请求。
func (b *LeakyBucket) Allow() bool {
	// 先令桶漏水
	b.tokens -= b.leakRate
	if b.tokens < 0 {
		b.tokens = 0
	}

	// 检查是否有令牌
	if b.tokens >= 1 {
		b.tokens--
		return true
	}

	return false
}

令牌桶算法实现

// NewTokenBucket 创建一个新的令牌桶限流器。
func NewTokenBucket(bucketSize int, tokenRate int) *TokenBucket {
	return &TokenBucket{
		bucketSize: bucketSize,
		tokenRate:   tokenRate,
		tokens:     0,
	}
}

// Allow 检查是否允许通过一个请求。
func (b *TokenBucket) Allow() bool {
	// 先给令牌桶加令牌
	b.tokens += b.tokenRate
	if b.tokens > b.bucketSize {
		b.tokens = b.bucketSize
	}

	// 检查是否有令牌
	if b.tokens >= 1 {
		b.tokens--
		return true
	}

	return false
}

使用Redis实现分布式限流

在分布式系统中，我们需要使用Redis来实现分布式限流。我们可以使用Redis的原子性操作来保证限流算法的正确性。

// DistributedLeakyBucket 创建一个新的分布式漏桶限流器。
func NewDistributedLeakyBucket(redisClient *redis.Client, key string, bucketSize int, leakRate int) *DistributedLeakyBucket {
	return &DistributedLeakyBucket{
		redisClient: redisClient,
		key:         key,
		bucketSize: bucketSize,
		leakRate:   leakRate,
		tokens:     bucketSize,
	}
}

// Allow 检查是否允许通过一个请求。
func (b *DistributedLeakyBucket) Allow() bool {
	// 先令桶漏水
	b.tokens -= b.leakRate
	if b.tokens < 0 {
		b.tokens = 0
	}

	// 检查是否有令牌
	if b.tokens >= 1 {
		b.tokens--
		return true
	}

	// 从Redis中获取令牌
	tokens, err := b.redisClient.Incr(b.key).Result()
	if err != nil {
		return false
	}

	// 检查是否有令牌
	if tokens >= 1 {
		return true
	}

	return false
}