redis實現訪問頻次限制的幾種方式

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頻次限制器模式是一種特殊的計數器，它常被用來限制某個操作可以被執行的頻次。這個模式的實質其實是限制對乙個公共api執行訪問請求的次數限制。我們使用incr命令提供該模式的兩種實現。這裡我們假設需要解決的問題是：對每個ip，限制對某api的呼叫次數最高位10次每秒。

對該模式乙個相對簡單和直接的實現，請見如下**：

function limit_api_call(ip)
ts = current_unix_time()
keyname = ip+":"+ts
current = get(keyname)
if current != null
and current > 10
then
error
"too many requests per second"
else
multi
incr(keyname,1)
expire(keyname,10)
exec
perform_api_call()
end

簡單來說，我們對每個ip的每一秒都有乙個計數器，但每個計數器都有乙個額外的設定：它們都將被設定乙個10秒的過期時間。這可以使得當時間已經不是當前秒時（此時該計數器也無效了），能夠讓redis自動移除它。

需要注意的是，這裡我們使用multi和exec命令來確保對每個api呼叫既執行了incr也同時能夠執行expire命令。

multi命令用於標識乙個命令集被包含在乙個事務塊中，exec保證該事務塊命令集執行的原子性。

另外的一種實現是採用單一的計數器，但是為了避免race condition（競態條件），它也更複雜。我們來看幾種不同的變體：

function limit_api_call(ip):
current = get(ip)
if current != null
and current > 10
then
error
"too many requests per second"
else
value = incr(ip)
if value == 1
then
expire(value,1)
endperform_api_call()
end

該計數器在當前秒內第一次請求被執行時建立，但它只能存活一秒。如果在當前秒內，傳送超過10次請求，那麼該計數器將超過10。否則它將失效並從0開始重新計數。

在上面的**中，存在乙個race condition。如果因為某個原因，上面的**只執行了incr命令，卻沒有執行expire命令，那麼這個key將會被洩漏，直到我們再次遇到相同的ip（備註，如果這裡沒有輔助的刪除該key的措施，那麼該key將永不過期，也將每次都發生錯誤，詳情可見本人之前一篇文章）。

這種問題也不難處理，可以將incr命令以及另外的expire命令打包到乙個lua指令碼裡，該指令碼可以用eval命令提交給redis執行（該方式只在redis版本大於等於2.6之後才能支援）。

local current
current = redis.call("incr",keys[1])
if tonumber(current) == 1
then
redis.call("expire",keys[1],1)
end

當然，也有另一種方式來解決這個問題而不需要動用lua指令碼，但需要用redis的list資料結構來替代計數器。這種實現方式將會更複雜，並使用更高階的特性。但它有乙個好處是記住呼叫當前api的每個客戶端的ip。這種方式可能很有用也可能沒用，這取決於應用需求。

function limit_api_call(ip)
current = llen(ip)
if current > 10
then
error
"too many requests per second"
else
if exists(ip) == false
multi
rpush(ip,ip)
expire(ip,1)
exec
else
rpushx(ip,ip)
endperform_api_call()
end

rpushx命令只在key存在時才會將值加入list

仍然需要注意的是，這裡也存在乙個race condition（但這卻不會產生太大的影響）。問題是：exists可能返回false，但在我們執行multi/exec塊內的建立list的**之前，該list可能已被其他客戶端建立。然而，在這個race condition發生時，將僅僅只是丟失乙個api呼叫，所以rate limiting仍然工作得很好。

這裡產生race condition不會有大問題的原因在於，else分支使用的rpushx，它不會導致if not than init的問題，並且expire命令將在建立list的時候以原子的形式**執行。不會產生key洩漏，導致永不失效的情況產生。

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caddy的訪問認證及頻次限制

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