大家好，我是飄渺。SpringBoot老鳥系列的文章已經寫了四篇，每篇的閱讀反響都還不錯，那今天繼續給大家帶來老鳥系列的第五篇，來聊聊在SpringBoot專案中如何對介面進行限流，有哪些常見的限流演算法，如何優雅的進行限流（基於AOP）。
首先就讓我們來看看為什麼需要對介面進行限流？
為什麼要進行限流？
因為網際網路系統通常都要面對大併發大流量的請求，在突發情況下（最常見的場景就是秒殺、搶購），瞬時大流量會直接將系統打垮，無法對外提供服務。那為了防止出現這種情況最常見的解決方案之一就是限流，當請求達到一定的併發數或速率，就進行等待、排隊、降級、拒絕服務等。
例如，12306購票系統，在面對高併發的情況下，就是採用了限流。 在流量高峰期間經常會出現提示語；"當前排隊人數較多，請稍後再試！"
什麼是限流？有哪些限流演算法？
限流是對某一時間視窗內的請求數進行限制，保持系統的可用性和穩定性，防止因流量暴增而導致的系統執行緩慢或當機。
常見的限流演算法有三種：
1. 計數器限流
計數器限流演算法是最為簡單粗暴的解決方案，主要用來限制總併發數，比如資料庫連線池大小、執行緒池大小、介面訪問併發數等都是使用計數器演算法。
如：使用 AomicInteger 來進行統計當前正在併發執行的次數，如果超過域值就直接拒絕請求，提示系統繁忙。
2. 漏桶演算法
漏桶演算法思路很簡單，我們把水比作是請求，漏桶比作是系統處理能力極限，水先進入到漏桶裡，漏桶裡的水按一定速率流出，當流出的速率小於流入的速率時，由於漏桶容量有限，後續進入的水直接溢位（拒絕請求），以此實現限流。
3. 令牌桶演算法
令牌桶演算法的原理也比較簡單，我們可以理解成醫院的掛號看病，只有拿到號以後才可以進行診病。
系統會維護一個令牌（token）桶，以一個恆定的速度往桶裡放入令牌（token），這時如果有請求進來想要被處理，則需要先從桶裡獲取一個令牌（token），當桶裡沒有令牌（token）可取時，則該請求將被拒絕服務。令牌桶演算法通過控制桶的容量、發放令牌的速率，來達到對請求的限制。
基於Guava工具類實現限流
Google開源工具包Guava提供了限流工具類RateLimiter，該類基於令牌桶演算法實現流量限制，使用十分方便，而且十分高效，實現步驟如下：
第一步：引入guava依賴包
<dependency>
<groupid>com.google.guava</groupid>
<artifactid>guava</artifactid>
<version>30.1-jre</version>
</dependency>
第二步：給介面加上限流邏輯
@Slf4j
@RestController
@RequestMapping("/limit")
public class LimitController {
/**
* 限流策略 ： 1秒鐘2個請求
*/
private final RateLimiter limiter = RateLimiter.create(2.0);
private DateTimeFormatter dtf = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
@GetMapping("/test1")
public String testLimiter() {
//500毫秒內，沒拿到令牌，就直接進入服務降級
boolean tryAcquire = limiter.tryAcquire(500, TimeUnit.MILLISECONDS);
if (!tryAcquire) {
log.warn("進入服務降級，時間{}", LocalDateTime.now().format(dtf));
return "當前排隊人數較多，請稍後再試！";
}
log.info("獲取令牌成功，時間{}", LocalDateTime.now().format(dtf));
return "請求成功";
}
}
以上用到了RateLimiter的2個核心方法：create()、tryAcquire()，以下為詳細說明
- acquire() 獲取一個令牌, 改方法會阻塞直到獲取到這一個令牌, 返回值為獲取到這個令牌花費的時間
- acquire(int permits) 獲取指定數量的令牌, 該方法也會阻塞, 返回值為獲取到這 N 個令牌花費的時間
- tryAcquire() 判斷時候能獲取到令牌, 如果不能獲取立即返回 false
- tryAcquire(int permits) 獲取指定數量的令牌, 如果不能獲取立即返回 false
- tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit) 判斷能否在指定時間內獲取到令牌, 如果不能獲取立即返回 false
- tryAcquire(int permits, long timeout, TimeUnit unit) 同上
第三步：體驗效果
通過訪問測試地址： http://127.0.0.1:8080/limit/test1，反覆重新整理並觀察後端日誌
WARN LimitController:35 - 進入服務降級，時間2021-09-25 21:39:37
WARN LimitController:35 - 進入服務降級，時間2021-09-25 21:39:37
INFO LimitController:39 - 獲取令牌成功，時間2021-09-25 21:39:37
WARN LimitController:35 - 進入服務降級，時間2021-09-25 21:39:37
WARN LimitController:35 - 進入服務降級，時間2021-09-25 21:39:37
INFO LimitController:39 - 獲取令牌成功，時間2021-09-25 21:39:37
WARN LimitController:35 - 進入服務降級，時間2021-09-25 21:39:38
INFO LimitController:39 - 獲取令牌成功，時間2021-09-25 21:39:38
WARN LimitController:35 - 進入服務降級，時間2021-09-25 21:39:38
INFO LimitController:39 - 獲取令牌成功，時間2021-09-25 21:39:38
從以上日誌可以看出，1秒鐘內只有2次成功，其他都失敗降級了，說明我們已經成功給介面加上了限流功能。
當然了，我們在實際開發中並不能直接這樣用。至於原因嘛，你想呀，你每個介面都需要手動給其加上tryAcquire()，業務程式碼和限流程式碼混在一起，而且明顯違背了DRY原則，程式碼冗餘，重複勞動。程式碼評審時肯定會被老鳥們給嘲笑一番，啥破玩意兒！
所以，我們這裡需要想辦法將其優化 - 藉助自定義註解+AOP實現介面限流。
基於AOP實現介面限流
基於AOP的實現方式也非常簡單，實現過程如下：
第一步：加入AOP依賴
<dependency>
<groupid>org.springframework.boot</groupid>
<artifactid>spring-boot-starter-aop</artifactid>
</dependency>
第二步：自定義限流注解
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target({ElementType.METHOD})
@Documented
public @interface Limit {
/**
* 資源的key,唯一
* 作用：不同的介面，不同的流量控制
*/
String key() default "";
/**
* 最多的訪問限制次數
*/
double permitsPerSecond () ;
/**
* 獲取令牌最大等待時間
*/
long timeout();
/**
* 獲取令牌最大等待時間,單位(例:分鐘/秒/毫秒) 預設:毫秒
*/
TimeUnit timeunit() default TimeUnit.MILLISECONDS;
/**
* 得不到令牌的提示語
*/
String msg() default "系統繁忙,請稍後再試.";
}
第三步：使用AOP切面攔截限流注解
@Slf4j
@Aspect
@Component
public class LimitAop {
/**
* 不同的介面，不同的流量控制
* map的key為 Limiter.key
*/
private final Map<string, ratelimiter=""> limitMap = Maps.newConcurrentMap();
@Around("@annotation(com.jianzh5.blog.limit.Limit)")
public Object around(ProceedingJoinPoint joinPoint) throws Throwable{
MethodSignature signature = (MethodSignature) joinPoint.getSignature();
Method method = signature.getMethod();
//拿limit的註解
Limit limit = method.getAnnotation(Limit.class);
if (limit != null) {
//key作用：不同的介面，不同的流量控制
String key=limit.key();
RateLimiter rateLimiter = null;
//驗證快取是否有命中key
if (!limitMap.containsKey(key)) {
// 建立令牌桶
rateLimiter = RateLimiter.create(limit.permitsPerSecond());
limitMap.put(key, rateLimiter);
log.info("新建了令牌桶={}，容量={}",key,limit.permitsPerSecond());
}
rateLimiter = limitMap.get(key);
// 拿令牌
boolean acquire = rateLimiter.tryAcquire(limit.timeout(), limit.timeunit());
// 拿不到命令，直接返回異常提示
if (!acquire) {
log.debug("令牌桶={}，獲取令牌失敗",key);
this.responseFail(limit.msg());
return null;
}
}
return joinPoint.proceed();
}
/**
* 直接向前端丟擲異常
* @param msg 提示資訊
*/
private void responseFail(String msg) {
HttpServletResponse response=((ServletRequestAttributes) RequestContextHolder.getRequestAttributes()).getResponse();
ResultData<object> resultData = ResultData.fail(ReturnCode.LIMIT_ERROR.getCode(), msg);
WebUtils.writeJson(response,resultData);
}
}
第四步：給需要限流的介面加上註解
@Slf4j
@RestController
@RequestMapping("/limit")
public class LimitController {
@GetMapping("/test2")
@Limit(key = "limit2", permitsPerSecond = 1, timeout = 500, timeunit = TimeUnit.MILLISECONDS,msg = "當前排隊人數較多，請稍後再試！")
public String limit2() {
log.info("令牌桶limit2獲取令牌成功");
return "ok";
}
@GetMapping("/test3")
@Limit(key = "limit3", permitsPerSecond = 2, timeout = 500, timeunit = TimeUnit.MILLISECONDS,msg = "系統繁忙，請稍後再試！")
public String limit3() {
log.info("令牌桶limit3獲取令牌成功");
return "ok";
}
}
第五步：體驗效果
通過訪問測試地址： http://127.0.0.1:8080/limit/test2，反覆重新整理並觀察輸出結果：
正常響應時：
{"status":100,"message":"操作成功","data":"ok","timestamp":1632579377104}
觸發限流時：
{"status":2001,"message":"系統繁忙，請稍後再試！","data":null,"timestamp":1632579332177}
通過觀察得之，基於自定義註解同樣實現了介面限流的效果。
小結
一般在系統上線時我們通過對系統壓測可以評估出系統的效能閥值，然後給介面加上合理的限流引數，防止出現大流量請求時直接壓垮系統。今天我們介紹了幾種常見的限流演算法（重點關注令牌桶演算法），基於Guava工具類實現了介面限流並利用AOP完成了對限流程式碼的優化。
在完成優化後業務程式碼和限流程式碼解耦，開發人員只要一個註解，不用關心限流的實現邏輯，而且減少了程式碼冗餘大大提高了程式碼可讀性，程式碼評審時誰還能再笑話你？
好了，今天的文章到此就結束了，最後，我是飄渺Jam，一名寫程式碼的架構師，做架構的程式設計師，期待您的轉發與關注，當然也歡迎通過下方二維碼新增我的個人微信，我們們一起聊技術！
老鳥系列原始碼已經上傳至GitHub，需要的在公號【JAVA日知錄】回覆關鍵字 0923 獲取原始碼地址。