SpringMVC 简单限流方案设计

一、概念

限流的目的是通过对并发访问/请求进行限速，或者对一个时间窗口内的请求进行限速来保护系统，一旦达到限制速率则可以拒绝服务、排队或等待、降级等处理。

常用的限流算法有两种：漏桶算法和令牌桶算法：

漏桶算法的思路很简单，水（请求）先进入到漏桶里，漏桶以一定的速度出水，当水流入速度过大会直接溢出，可以看出漏桶算法能强行限制数据的传输速率。

对于很多应用场景来说，除了要求能够限制数据的平均传输速率外，还要求允许某种程度的突发传输。这时候漏桶算法可能就不合适了，令牌桶算法更为适合。

令牌桶算法的原理是系统会以一个恒定的速度往桶里放入令牌，而如果请求需要被处理，则需要先从桶里获取一个令牌，当桶里没有令牌可取时，则拒绝服务。

二、应用

Google 开源工具包 Guava 提供了限流工具类 RateLimiter，该类基于令牌桶算法来完成限流，非常易于使用。RateLimiter api 可以查看并发编程网 Guava RateLimiter 的介绍。

我们用 MVC 的拦截器 + Guava RateLimiter 实现我们的限流方案：

@Slf4j
public class RequestLimitInterceptor extends HandlerInterceptorAdapter implements BeanPostProcessor {

    private static final Integer GLOBAL_RATE_LIMITER = 10;

    private static Map<PatternsRequestCondition, RateLimiter> URL_RATE_MAP;

    private Properties urlProperties;

    @Override
    public boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler) throws Exception {
        if (URL_RATE_MAP != null) {
            String lookupPath = new UrlPathHelper().getLookupPathForRequest(request);
            for (PatternsRequestCondition patternsRequestCondition : URL_RATE_MAP.keySet()) {
                //使用spring DispatcherServlet的匹配器PatternsRequestCondition进行匹配
                //spring 3.x 版本
                //Set<String> matches = patternsRequestCondition.getMatchingCondition(request).getPatterns();
                //spring 4.x 版本
                List<String> matches = patternsRequestCondition.getMatchingPatterns(lookupPath);
                if (CollectionUtils.isEmpty(matches)){
                    continue;
                }
                //尝试获取令牌
                if (!URL_RATE_MAP.get(patternsRequestCondition).tryAcquire(1000, TimeUnit.MILLISECONDS)) {
                    log.info(" 请求'{}'匹配到 mathes {}，超过限流速率，获取令牌失败。", lookupPath, Joiner.on(",").join(patternsRequestCondition.getPatterns()));
                    return false;
                }
                log.info(" 请求'{}'匹配到 mathes {} ,成功获取令牌，进入请求。", lookupPath, Joiner.on(",").join(patternsRequestCondition.getPatterns()));
            }
        }
        return super.preHandle(request, response, handler);
    }

    @Override
    public Object postProcessBeforeInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException {
        return bean;
    }

    @Override
    public Object postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException {
        if (RequestMappingHandlerMapping.class.isAssignableFrom(bean.getClass())) {
            if (URL_RATE_MAP == null) {
                URL_RATE_MAP = new ConcurrentHashMap<>(16);
            }
            log.info("we get all the controllers's methods and assign it to urlRateMap");
            RequestMappingHandlerMapping requestMappingHandlerMapping = (RequestMappingHandlerMapping) bean;
            Map<RequestMappingInfo, HandlerMethod> handlerMethods = requestMappingHandlerMapping.getHandlerMethods();
            for (RequestMappingInfo mappingInfo : handlerMethods.keySet()) {
                PatternsRequestCondition requestCondition = mappingInfo.getPatternsCondition();
                // 默认的 url 限流方案设定
                URL_RATE_MAP.put(requestCondition, RateLimiter.create(GLOBAL_RATE_LIMITER));
            }
            // 自定义的限流方案设定
            if (urlProperties != null) {
                for (String urlPatterns : urlProperties.stringPropertyNames()) {
                    String limit = urlProperties.getProperty(urlPatterns);
                    if (!limit.matches("^-?\d+$")){
                        log.error("the value {} for url patterns {} is not a number ,please check it ", limit, urlPatterns);
                    }
                    URL_RATE_MAP.put(new PatternsRequestCondition(urlPatterns), RateLimiter.create(Integer.parseInt(limit)));
                }
            }
        }
        return bean;
    }

    /**
     * 限流的 URL与限流值的 K/V 值
     *
     * @param urlProperties
     */
    public void setUrlProperties(Properties urlProperties) {
        this.urlProperties = urlProperties;
    }
}

@Configuration
public class WebConfig extends WebMvcConfigurerAdapter {

    @Bean
    public RequestLimitInterceptor requestLimitInterceptor(){
        RequestLimitInterceptor limitInterceptor = new RequestLimitInterceptor();
        // 设置自定义的 url 限流方案
        Properties properties = new Properties();
        properties.setProperty("/admin/**", "10");
        limitInterceptor.setUrlProperties(properties);
        return limitInterceptor;
    }

    @Override
    public void addInterceptors(InterceptorRegistry registry) {
        // 限流方案
        registry.addInterceptor(requestLimitInterceptor());
    }
}

tips： 这边自定义限流列表 urlProperties 的方案不太合理，可以考虑放在配置中心（Nacos、Spring Cloud Config 等）去动态的更新需要限流的 url。

参考博文：

1. https://blog.csdn.net/Lili429/article/details/79236819
2. https://blog.csdn.net/valleychen1111/article/details/78038366