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Redis實現分布式限流管理
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隨著互聯網業(yè)務的快速發(fā)展，高并發(fā)訪問成為了應用開發(fā)的常態(tài)，應用如何穩(wěn)定高效運行成為了攸關業(yè)務發(fā)展的關鍵。在高并發(fā)訪問下，系統(tǒng)資源容易被占用，從而導致系統(tǒng)宕機或響應時間過長等問題。為了避免這類問題發(fā)生，限制每個訪問者的接入頻率成為了一種被廣泛采納的解決方案，即限流。而分布式限流管理就是在多個應用系統(tǒng)下協同工作來實現限流管理。
在分布式環(huán)境下，限流方案需要考慮到如何將多個應用系統(tǒng)共享的限流規(guī)則以及如何控制各個應用系統(tǒng)之間的接入頻率。對于這種情況，Redis 分布式鎖機制可以被用來實現分布式限流管理。
Redis 的分布式鎖機制可以基于 SETNX 命令實現。SETNX 命令可以在 key 不存在時設置該 key 的值，成功返回 1 ，否則返回 0 。我們可以將 Redis 的 SETNX 命令用于限流控制。具體實現流程如下：
1. 創(chuàng)建 Redis 鎖
當某個用戶訪問應用系統(tǒng)時，首先通過 Redis SETNX 命令來創(chuàng)建一個鎖，如果創(chuàng)建成功，則表示該用戶可以正常訪問應用。如果創(chuàng)建失敗，則表示該用戶訪問頻率過高，需要被限制。在 SETNX 命令執(zhí)行過程中，我們需要將鍵設置為用戶標識，并將值設置為當前時間戳加限制時間（如 1s、3s、5s 等）。
2. 判斷 Redis 鎖
當下一個用戶訪問應用系統(tǒng)時，首先需要通過 Redis GET 命令或 TTY 命令獲取上一個用戶的鎖。如果該鎖存在且未過期，則表示當前用戶需要等待，請稍后重試；如果該鎖存在但已過期，則需要刪除該鎖，并繼續(xù)訪問應用系統(tǒng)。
3. 刪除 Redis 鎖
當鎖超出限定時間后，需要使用 Redis DEL 命令來刪除鎖，以便其他用戶可以訪問應用系統(tǒng)。
下面是一個利用 Redis 分布式鎖機制實現分布式限流的示例代碼：
“`python
import redis
import time
class RedisDistributedRateLimiter:
def __init__(self, redis_host, redis_port, lock_ttl):
self.redis = redis.Redis(host=redis_host, port=redis_port)
self.lock_ttl = lock_ttl
def access(self, user_id):
key = f’user:{user_id}:rate_limiter’
timestamp = int(time.time())
# Set the value of the key to the current timestamp.
# If the key already exists, don’t set it and return False.
if not self.redis.setnx(key, timestamp + self.lock_ttl):
return False
# Get the timestamp value of the previous user who accessed the system.
# If the key doesn’t exist, this user can access the system without restriction.
prev_timestamp = self.redis.get(key)
if prev_timestamp and prev_timestamp > timestamp:
# The previous user’s lock has not yet expired.
return False
# We remove the previous user’s lock so this user can access the system.
self.redis.delete(key)
return True
在以上示例代碼中，我們使用 Redis 實現了一個基于時間戳的限流方案。在初始化時，我們設置了 Redis 連接地址、端口以及鎖的超時時間。通過 access 方法，我們使用 Redis 的 setnx、get 和 del 命令來創(chuàng)建、查詢、刪除鎖。每次用戶訪問系統(tǒng)時，我們會檢查前一個用戶的鎖是否已經過期，如果已經過期，則刪除鎖并讓當前用戶訪問系統(tǒng)。
總結
限流可以幫助我們控制分布式系統(tǒng)的入口流量，在負載較高時保證系統(tǒng)的可用性，同時也有助于防止惡意攻擊。Redis 分布式鎖機制基于 SETNX 命令可以幫助我們實現分布式限流管理，通過簡單的代碼實現即可高效手動控制系統(tǒng)流量，從而可靠保障系統(tǒng)的穩(wěn)定高效運行。
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