Spring cloud 之多种方式限流

2022-02-13 06:59:09

在频繁的网络请求时，服务有时候也会受到很大的压力，尤其是那种网络攻击，非法的。这样的情形有时候需要作一些限制。例如：限制对方的请求，这种限制可以有几个依据：请求IP、用户唯一标识、请求的接口地址等等。

当前限流的方式也很多：Spring cloud 中在网关本身自带限流的一些功能，基于 redis 来做的。同时，阿里也开源了一款：限流神器 Sentinel。今天我们主要围绕这两块来实战微服务的限流机制。

首先讲 Spring cloud 原生的限流功能，因为限流可以是对每个服务进行限流，也可以对于网关统一作限流处理。

一、实战基于 Spring cloud Gateway 的限流

pom.xml引入依赖：

<dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-data-redis-reactive</artifactId>
    </dependency>

其基础是基于redis，所以：

spring:
  application:
    name: gateway-service
  redis: #redis相关配置
    database: 8
    host: 10.12.15.5
    port: 6379
    password: 123456 #有密码时设置
    jedis:
      pool:
        max-active: 8
        max-idle: 8
        min-idle: 0
    timeout: 10000ms

接下来需要注入限流策略的 bean：

@Primary
  @Bean(value = "ipKeyResolver")
  KeyResolver ipKeyResolver() {
      return exchange -> Mono.just(exchange.getRequest().getRemoteAddress().getHostName());
      //return exchange -> Mono.just(exchange.getRequest().getRemoteAddress().getAddress().getHostAddress());
      //return exchange -> Mono.just(exchange.getRequest().getRemoteAddress().getAddress().getHostAddress());
  }

 
  @Bean(value = "apiKeyResolver")
  KeyResolver apiKeyResolver() {
    return exchange -> Mono.just(exchange.getRequest().getPath().value());
  }

  
  @Bean(value = "userKeyResolver")
  KeyResolver userKeyResolver() {
    return exchange -> Mono.just(exchange.getRequest().getQueryParams().getFirst("userId"));
  }

这里引入ipKeyResolver、apiKeyResolver、userKeyResolver三种策略，可以利用注解 @Primary 来决定其中一个被使用。

注入bean后，需要在配置中备用：

spring:
  application:
    name: gateway-service
  redis: #redis相关配置
    database: 8
    host: 10.12.15.5
    port: 6379
    password: 123456 #有密码时设置
    jedis:
      pool:
        max-active: 8
        max-idle: 8
        min-idle: 0
    timeout: 10000ms

后面是限流的主要配置：

spring
  cloud:
    gateway:
      routes: #路由配置:参数为一个List
      - id: cas-server #唯一标识
        uri: lb://cas-server-service #转发的地址,写服务名称
        order: -1
        predicates:
        - Path=/cas-server/** #判断匹配条件,即地址带有/ribbon/**的请求,会转发至lb:cas-server-service
        filters:
        - StripPrefix=1 #去掉Path前缀,参数为1代表去掉/ribbon

        - name: RequestRateLimiter #基于redis的Gateway的自身限流
          args:
            redis-rate-limiter.replenishRate: 1  # 允许用户每秒处理多少个请求
            redis-rate-limiter.burstCapacity: 3  # 令牌桶的容量，允许在一秒钟内完成的最大请求数
            key-resolver: "#{@ipKeyResolver}" #SPEL表达式取的对应的bean

      - id: admin-web
        uri: lb://admin-web-service
        order: -1
        predicates:
        - Path=/admin-web/**
        filters:
        - StripPrefix=1

        - name: RequestRateLimiter
          args:
            redis-rate-limiter.replenishRate: 1  # 允许用户每秒处理多少个请求
            redis-rate-limiter.burstCapacity: 3  # 令牌桶的容量，允许在一秒钟内完成的最大请求数
            key-resolver: "#{@ipKeyResolver}" #SPEL表达式取的对应的bean

这里是在原有的路由基础上加入 RequestRateLimiter限流过滤器，包括三个参数：

- name: RequestRateLimiter #基于redis的Gateway的自身限流
          args:
            redis-rate-limiter.replenishRate: 3  #允许用户每秒处理多少个请求
            redis-rate-limiter.burstCapacity: 5  #令牌桶的容量，允许在一秒钟内完成的最大请求数
            key-resolver: "#{@ipKeyResolver}" #SPEL表达式取的对应的bean
  • 其中 replenishRate，其含义表示允许每秒处理请求数；
  • burstCapacity 表示允许在一秒内处理的最大请求数；
  • key-resolver 这里采用请求 IP 限流，利用SPEL 表达式取对应的 bean

写一个小脚本来压测一下：

for i in $(seq 1 30000); do echo $(expr $i \\* 3 + 1);curl -i -H "Accept: application/json" -H "Authorization:bearer b064d95b-af3f-4053-a980-377c63ab3413" -X GET http://10.10.15.5:5556/order-service/api/order/getUserInfo;done

for i in $(seq 1 30000); do echo $(expr $i \\* 3 + 1);curl -i -H "Accept: application/json" -H "Authorization:bearer b064d95b-af3f-4053-a980-377c63ab3413" -X GET http://10.10.15.5:5556/admin-web/api/user/getCurrentUser;done

上面两个脚本分别对2个服务进行压测，打印结果：

{"message":{"status":200,"code":0,"message":"success"},"data":"{\"message\":{\"status\":200,\"code\":0,\"message\":\"get user success\"},\"data\":{\"id\":23,\"isAdmin\":1,\"userId\":\"fbb18810-e980-428c-932f-848f3b9e7c84\",\"userType\":\"super_admin\",\"username\":\"admin\",\"realName\":\"super_admin\",\"password\":\"$2a$10$89AqlYKlnsTpNmWcCMvgluRFQ/6MLK1k/nkBpz.Lw6Exh.WMQFH6W\",\"phone\":null,\"email\":null,\"createBy\":\"admin\",\"createTime\":1573119753172,\"updateBy\":\"admin\",\"updateTime\":1573119753172,\"loginTime\":null,\"expireTime\":null,\"remarks\":\"super_admin\",\"delFlag\":0,\"loginType\":null}}"}ex

在用测试工具Jmeter在同一秒内多次请求后：

HTTP/1.1 429 Too Many Requests
X-RateLimit-Remaining: 0
X-RateLimit-Burst-Capacity: 3
X-RateLimit-Replenish-Rate: 1
content-length: 0

expr: syntax error

HTTP/1.1 429 Too Many Requests
X-RateLimit-Remaining: 0
X-RateLimit-Burst-Capacity: 3
X-RateLimit-Replenish-Rate: 1
content-length: 0

expr: syntax error

从上面可以看到，执行后，会出现调用失败的情况，状态变为429 (Too Many Requests) 。

二、基于阿里开源限流神器：Sentinel

首先引入依赖：

<!--基于 阿里的sentinel作限流 -->
    <dependency>
          <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
          <artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-sentinel</artifactId>
    </dependency>

在配置文件 application.yaml 文件中配置，需要新增2个配置：

spring:
  application:
    name: admin-web
  cloud:
    kubernetes:
      discovery:
        all-namespaces: true
    sentinel:
      eager: true #取消Sentinel控制台的懒加载
      transport:
        dashboard: 10.12.15.2:8080 #sentinel的Dashboard地址
        port: 8719 #是sentinel应用端和控制台通信端口
        heartbeat-interval-ms: 500 #心跳时间
      scg:
        fallback: #scg.fallback为sentinel限流后的响应配置
          mode: response
          response-status: 455
          response-body: 已被限流

其中，这里面配置了一个服务：spring.cloud.sentinel.transport.dashboard，配置的是 sentinel 的 Dashboard 地址。同时 spring.cloud.sentinel.transport.port 这个端口配置会在应用对应的机器上启动一个Http Server，该 Server 会与 Sentinel 控制台做交互。

Sentinel 默认为所有的 HTTP 服务提供限流埋点，上面配置完成后自动完成所有埋点，只需要控制配置限流规则即可。

这里我们讲下通过注解来给指定接口函数加上限流埋点，写一个RestController，在接口函数上加上注解 @SentinelResource：

@GetMapping(value = "/getToken")
@SentinelResource("getToken")
public Response<Object> getToken(Authentication authentication){
    //Authentication authentication = SecurityContextHolder.getContext().getAuthentication();
    authentication.getCredentials();
    OAuth2AuthenticationDetails details = (OAuth2AuthenticationDetails)authentication.getDetails();
    String token = details.getTokenValue();
    return Response.ok(200, 0, "get token success", token);
}

以上代码部分完成了，接下来先安装SentinelDashBoard，Sentinel DashBoard下载地址：https://github.com/alibaba/Sentinel/releases 。

下载完成后，命令启动：

java -jar sentinel-dashboard-1.6.2.jar

默认启动端口为8080，访问 IP:8080，就可以显示 Sentinel 的登录界面，用户名与密码均为sentinel。登录 Dashboard 成功后，多次访问接口"/getToken"，可以在 Dashboard 看到相应数据，这里不展示了。接下来可以设置接口的限流功能，在 “+流控” 按钮点击打开设置界面，设置阈值类型为 qps，单机阈值为5。

浏览器重复请求 http://10.10.15.5:5556/admin-web/api/user/getToken 如果超过阀值就会出现如下界面信息：

Blocked by Sentinel (flow limiting)

此时，就看到Sentinel 限流起作用了，可以加上 spring.cloud.sentinel.scg.fallback 为sentinel 限流后的响应配置，亦可自定义限流异常信息：

@GetMapping(value = "/getToken")
@SentinelResource(value = "getToken", blockHandler = "handleSentinelException", blockHandlerClass = {MySentinelException.class}))
public Response<Object> getToken(Authentication authentication){
    //Authentication authentication = SecurityContextHolder.getContext().getAuthentication();
    authentication.getCredentials();
    OAuth2AuthenticationDetails details = (OAuth2AuthenticationDetails)authentication.getDetails();
    String token = details.getTokenValue();
    return Response.ok(200, 0, "get token success", token);
}

public class MySentinelException {
    public static Response<Object> handleSentinelException(BlockException e) {
        Map<String,Object> map=new HashMap<>();
        logger.info("Oops: " + ex.getClass().getCanonicalName());
        return Response.ok(200, -8, "通过注解 @SentinelResource 配置限流埋点并自定义限流后的处理逻辑", null);
    }
}

这里讲下注解 @SentinelResource 包含以下属性：

  • value：资源名称，必需项；
  • entryType：入口类型，可选项（默认为 EntryType.OUT）；
  • blockHandler：blockHandlerClass中对应的异常处理方法名，参数类型和返回值必须和原方法一致；
  • blockHandlerClass：自定义限流逻辑处理类

Sentinel 限流逻辑处理完毕了，但每次服务重启后，之前配置的限流规则就会被清空。因为是内存形式的规则对象。所以下面就讲下用 Sentinel 的一个特性 ReadableDataSource 获取文件、数据库或者配置中心设置限流规则，目前支持 Apollo、Nacos、ZK 配置来管理。

首先回忆一下，一条限流规则主要由下面几个因素组成：

  • resource：资源名，即限流规则的作用对象，即为注解 @SentinelResource 的value；
  • count：限流阈值；grade：限流阈值类型（QPS 或并发线程数）；
  • limitApp：流控针对的调用来源，若为 default 则不区分调用来源；
  • strategy：基于调用关系的限流策略；
  • controlBehavior：流量控制效果（直接拒绝、排队等待、匀速器模式）

理解了意思，接下来通过文件来配置：

#通过文件读取限流规则
spring.cloud.sentinel.datasource.ds1.file.file=classpath:flowrule.json
spring.cloud.sentinel.datasource.ds1.file.data-type=json
spring.cloud.sentinel.datasource.ds1.file.rule-type=flow

在resources新建一个文件，比如 flowrule.json 添加限流规则：

[
  {
    "resource": "getToken",
    "count": 1,
    "controlBehavior": 0,
    "grade": 1,
    "limitApp": "default",
    "strategy": 0
  },
  {
    "resource": "resource",
    "count": 1,
    "controlBehavior": 0,
    "grade": 1,
    "limitApp": "default",
    "strategy": 0
  }
]

重新启动项目，出现如下日志说明成功：

DataSource ds1-sentinel-file-datasource start to loadConfig
DataSource ds1-sentinel-file-datasource load 2 FlowRule

如果采用 Nacos 作为配置获取限流规则，可在文件中加如下配置：

spring:
  application:
    name: order-service
  cloud:
    nacos:
      config:
        server-addr: 10.10.15.5:8848
      discovery:
        server-addr: 10.10.15.5:8848
    sentinel:
      eager: true
      transport:
        dashboard: 10.10.15.5:8080
      datasource:
        ds1:
          nacos:
            server-addr: 10.10.15.5:8848
            dataId: ${spring.application.name}-flow-rules
            data-type: json
            rule-type: flow
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