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ASP.NET Core限流

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算法原理

固定窗口算法又称计数器算法,是一种简单的限流算法。在单位时间内设定一个阈值和一个计数值,每收到一个请求则计数值加一,如果计数值超过阈值则触发限流,如果达不到则请求正常处理,进入下一个单位时间后,计数值清零,重新累计。

如上图所示,时间单位是1秒,阈值是3。

算法实现

这里讲两种实现方法:进程内即内存固定窗口算法、基于Redis的固定窗口算法。

进程内即内存固定窗口算法

使用字典,Key是限流目标,Value包括计数值和过期时间。处理请求时,首先从请求中提取限流目标,然后根据限流目标去字典中查找,如果不存在,则添加一个字典项,计数值是1,过期时间是当前时间+限流单位时间;如果存在,则检查是否过期,如果过期,则计数值归1,过期时间是当前时间+限流单位时间,如果未过期,则仅计数值加1。这里需要注意多线程问题,读写数据时需要加锁。

在C#语言中可以使用MemoryCache,它的缓存项有一个过期时间,不需要自己回收过期的项目。

进程内计数的方法最适合单实例处理的程序限流,多实例处理的情况下可能每个实例收到的请求数不均匀,不能保证限流效果。

基于Redis的固定窗口算法

Redis作为KV存储,类似于字典,而且也自带过期时间。处理请求时,首先从请求中提取限流目标,然后根据限流目标去Redis中查找,如果不存在,则添加KV项,Value值是1,过期时间是当前时间+限流单位时间;如果存在,则Value值加1。

这些操作逻辑可以封装在一个Lua script中,因为Lua script在Redis中执行时也是原子操作,所以Redis的限流计数在分布式处理时天然就是准确的。

算法应用

这里以限流组件 FireflySoft.RateLimit 为例,实现ASP.NET Core中的固定窗口限流。

1、安装Nuget包

有多种安装方式,选择自己喜欢的就行了。

包管理器命令:

Install-Package FireflySoft.RateLimit.AspNetCore

或者.NET命令:

dotnet add package FireflySoft.RateLimit.AspNetCore

或者项目文件直接添加:

<ItemGroup>

<PackageReference Include="FireflySoft.RateLimit.AspNetCore" Version="2.*" />

</ItemGroup>

2、使用中间件

在Startup中使用中间件,演示代码如下(下边会有详细说明):

public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
        {
           ...
           app.AddRateLimit(new InProcessFixedWindowAlgorithm(
                new[] {
                    new FixedWindowRule()
                    {
                        ExtractTarget = context =>
                        {
                        		// 提取限流目标
                            return (context as HttpContext).Request.Path.Value;
                        },
                        CheckRuleMatching = context =>
                        {
                        		// 判断当前请求是否需要限流处理
                            return true;
                        },
                        Name="fixed window limit rule",
                        LimitNumber=30, // 限流阈值
                        StatWindow=TimeSpan.FromSeconds(1) // 限流单位时间
                    }
                })
            );
            ...
        }

public void Configure(IApplicationBuilder app, IWebHostEnvironment env)
        {
            ...
            app.UseRateLimit();
            ...
        }

如上需要先注册服务,然后使用中间件。

注册服务的时候需要提供限流算法和对应的规则:

基本的使用就是上边例子中的这些了。

如果还是基于传统的.NET Framework,则需要在Application_Start中注册一个消息处理器RateLimitHandler,算法和规则部分都是共用的,具体可以看Github上的使用说明:https://github.com/bosima/FireflySoft.RateLimit#aspnet

FireflySoft.RateLimit 是一个基于 .NET Standard 的限流类库,其内核简单轻巧,能够灵活应对各种需求的限流场景。

其主要特点包括:

Github开源地址:https://github.com/bosima/FireflySoft.RateLimit

到此这篇关于ASP.NET Core使用固定窗口限流的文章就介绍到这了。希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持。

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