如何利用限流解決遊戲陪玩app開發中的重複提交問題？

雲豹科技程式設計師發表於2021-12-03
遊戲APP

問題

在遊戲陪玩app開發中，經常遇到使用者重複提交的問題。

對於解決問題的辦法，你可能會說，前端提交後鎖住按鈕不就可以了嘛！確實能夠解決一部分問題。為什麼是一部分呢？因為呼叫者可能繞過前端介面，直接訪問後端服務。那你也可能會說，在遊戲陪玩app開發的服務端加上判斷不就可以了嘛！

好的，我們先來看一下怎麼判斷：

我們假設使用者的身份是用手機號來區分的，那麼服務端判斷是否重複提交的時候，可以用一條SQL查一下：

select count(*) from table where mobile = 'xxx'

如果查詢出的數量大於0，我們就認為已經報名過，從而中斷程式的執行，返回錯誤。

還有很多的重複提交的場景，我們也都可以通過在服務端增加類似重複判斷的方式來解決。但是每次都要編寫這些大體類似的業務判斷邏輯，遊戲陪玩app開發不是經常說: Don’t repeat yourself 嗎？

再者增加判斷也不能完美解決問題，為什麼呢？因為遊戲陪玩app開發的後端服務一般是多執行緒處理的，甚至可能是分散式的，只是寫個判斷的邏輯還不夠，還要處理資料一致的問題，這個就有點技術含量了。

有什麼通用的簡單辦法嗎？

方案

問題歸納

這裡先來看下游戲陪玩app開發的服務端可能收到重複請求的場景，歸納如下：

  • 前端把關不嚴，使用者 “提交中” 時沒有禁用提交按鈕，導致使用者多次點選，向服務端發起多次請求。
  • 呼叫者直接訪問服務，因程式錯誤（如死迴圈）或者攻擊行為（如重放攻擊），導致對同一業務多次發起服務請求。
  • 程式重試，可能會在前端或者後端的程式碼中使用重試邏輯，發生某些異常或者超時的時候自動重試，導致一次業務多次請求服務。
  • 多執行緒或分散式環境下，加了重複判斷，但是因為資料一致性問題導致判斷失效，業務被重複處理。

前兩種場景比較好理解，這裡不做過多說明。重點說明一下後兩種是如何發生的。

先來看重試導致的重複提交，遊戲陪玩app開發的客戶端第一次請求後沒有正常收到返回，判斷超時後，再次發起第二次業務請求，此時服務端執行了兩次相同的業務處理。

在這裡插入圖片描述

再來看多執行緒環境下的重複提交，執行緒1訪問資料庫查詢資料，然後判斷沒有提交過，線上程1寫入資料前，執行緒2也來訪問資料庫查詢資料，然後判斷也沒有提交過，於是執行緒1和執行緒2都向資料庫寫入相同的資料。

在這裡插入圖片描述

限流方案

現在到重點了，限流為何能夠應用到遊戲陪玩app開發中解決重複提交的問題？

重複提交滿足限流的基本要素

關於限流，這裡定義如下幾個基本要素（個人總結）：

  • 限流有一個針對的目標，比如限制IP、限制使用者等。
  • 限流有一個時間週期，比如1秒之內、1分鐘之內等。
  • 限流有一個對應時間週期的閾值，比如每秒10次、每分鐘100次等。

再回到重複提交上，我們可以分析得出：

  • 重複提交可以通過某些資料進行識別，這個就可以看作是限流目標。
  • 重複提交天然的存在一個時間緯度，可以對應到限流的時間週期上。
  • 重複提交即提交一次之後繼續提交，可以使用限流的閾值進行控制，並固定閾值為1。

限流用於重複提交的限制

不過你也許已經發現，這裡有一個隱含的假設：所有第一次業務提交都得到了正確的處理。所以限流計數1才能代表已經提交過一次。這在遊戲陪玩app開發實際執行中很難保證，因為限流計數和業務處理往往不在一個事務中，限流計數一般更靠前一些，所以限流計數可能沒問題，但是業務處理並沒有成功，比如超時、斷網、當機等基礎設施問題，甚至是業務條件不滿足等業務邏輯問題。那麼限流又要被一棍子打死了嗎？

在遇到比較棘手的問題的時候，我經常想之前是否出現過呢？

在網路論壇比較流行的年代，發帖或者回帖後，都會先進入到一個數秒的倒數計時跳轉頁面，倒數計時結束後再跳轉到正常的頁面。

這不就是一種限流並有效防止了重複提交的方式嘛！這個設計給到的一個啟示就是：遊戲陪玩app開發的系統可以在很短的一個時間之內，通過限流這種低成本的方式，限制使用者的重複操作，正常使用者可能不會感覺到或者只有輕微的影響，但卻很大程度上能夠避免重複提交帶來的資料問題，也可以遮蔽某些惡意行為。

基於這個認識，我們再來看下前文提到的幾個重複請求場景：

  • 前端把關不嚴，導致使用者多次點選，向服務端發起多次請求。

服務端可以對某一個使用者的提交使用短時間跨度的限流，比如5秒1次，正常使用者填寫1個表單耗費的時間應在5秒以上，假如使用者在5s內又提交了，則前端可以根據服務端返回的錯誤碼提示使用者，並跳轉到提交結果查詢頁面，使用者可以看到自己的提交結果。如果第一次提交真的沒有處理成功，則使用者可以再重新填寫提交表單，因為這時距離第一次提交超過了5s，因此使用者不會被限流。因為絕大部分提交都應該是正常的，所以這種概率比較小，但是也給了補救的機會，使用者可能會抱怨幾句。

這裡也可能出現遊戲陪玩app開發的服務端處理過慢，查詢結果的時候查不到的問題，解決這個問題或許可以在服務端設定一個儘可能短的超時時間，在前端多查詢幾次，其出現的概率一般不高，而且也可以通過技術手段降低。

  • 直接訪問介面時，因程式錯誤或者攻擊行為，導致同一業務多次發起服務請求。

服務端可以對同一個訪問者的提交使用短時間跨度的限流，比如5秒1次，如果觸發限流，同時給予一個限流懲罰，30秒內都不能提交，還可以對這個限流懲罰時間採用指數遞增的方式。這樣可以儘量降低外部程式異常行為對服務的影響，同時呼叫方正常處理後又能自動恢復正常。

在遊戲陪玩app開發的某些介面中可能會定義時間戳、驗證碼、SessionId之類的引數，也可以把它們加到限流目標中，用以準確識別重複提交。

  • 程式重試導致重複提交，發生某些異常或者超時的時候自動重試，導致一次業務多次請求服務。

這可能是個設計問題。應該避免在中間服務發起提交行為的重試操作，因為很多的業務處理可能都不是冪等的，中間服務的重試行為因為訪問者看不到，所以很可能被忽略掉，從而導致資料問題。如果需要重試，應該僅在遊戲陪玩app開發的業務的發起處進行重試，發起者應該清楚重試邏輯可能導致的問題，並儘量降低影響。

可以在最上層服務引入限流處理，選擇合適的限流目標，限流時間跨度和限流閾值，內部服務一般認為相對可靠，沒必要引入限流。

  • 多執行緒或分散式環境下，加了重複判斷，但是因為資料一致性問題導致判斷失效，業務被重複處理。

通過選擇合適的限流目標，使用分散式一致性的限流演算法，比如使用Redis，也可以實現提交操作在某個時間範圍內只能被執行一次，從而讓重複判斷的結果有效，避免業務重複處理。

通過對遊戲陪玩app開發的這幾種重複提交場景的分析，可以看到：限流並不能完美的避免重複提交，但是它可以提供一種通用的機制很大程度的降低重複提交，而且這種機制的成本可以很低，相比每個方法中硬編碼重複資料的判斷、查詢資料庫、使用分散式鎖等帶來的成本可能都要低不少。當然為了處理的更好，還可能需要前後端的一些其它配合。

其實也可以在遊戲陪玩app開發得到業務處理中增加對重複資料的判斷，因為前邊已經被限流攔截了一道，重複執行的機會可以大為減少，重複資料判斷的邏輯帶來的影響也將很低。特別是一些關鍵業務中，重複提交導致的麻煩可能比較大，不過這時候可能要解決資料庫的查詢效能、分散式的資料一致問題。兩害相權取其輕。

實現

分析清楚了限流對於遊戲陪玩app開發中限制重複提交的意義，就可以在合適的場景來應用它。

比如存在一個前後端分離的系統，使用者都通過一個前端介面來處理業務，使用者同時一般只能操作一個介面，為了儘可能避免重複提交問題，我們在後端API中增加對使用者提交行為的限流操作，對於每個獨立的使用者限制5秒之內只能提交1次。

這裡還是使用 FireflySoft.RateLimit 來做限流，後端API基於ASP.NET Core WebAPI實現。

安裝 Nuget 包

使用包管理器控制檯:

Install-Package FireflySoft.RateLimit.AspNetCore

或者使用 .NET CLI:

dotnet add package FireflySoft.RateLimit.AspNetCore

或者直接新增到專案檔案中：

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

編寫限流規則

在Startup.cs中註冊限流服務並使用限流中介軟體。

public void ConfigureServices(IServiceCollection services){
    ...
    services.AddRateLimit(new InProcessFixedWindowAlgorithm(
        new[] {
            new FixedWindowRule()
            {
                Id = "1",
                ExtractTarget = context =>
                {
                    // 限流的目標：使用者Id，這裡假設它是從HTTP Header中傳遞過來的
                    return (context as HttpContext).Request.GetTypedHeaders().Get<string>("userId");
                },
                CheckRuleMatching = context =>
                {
                  	// 在這裡判斷當前請求是否 “提交行為”，提交行為才進行限流處理
                    var path = (context as HttpContext).Request.Path.Value;
                    if(path == "/Comapny/Add"
                      ||path == "/Comapny/Update"
                      ||path == "/Goods/Purchase"
                      ||path == "/Goods/ChangePrice"
                      ||path == "/Order/Pay"
                      ||path == "/Order/Cancel"){
                        return true;
                    }
                    return false;
                },
                Name = "使用者提交行為限流",
                LimitNumber = 1, // 限流閾值
                StatWindow = TimeSpan.FromSeconds(5), //限流的時間視窗，這裡是5秒
                StartTimeType = StartTimeType.FromNaturalPeriodBeign            }
        })
    );
    ...}public void Configure(IApplicationBuilder app, IWebHostEnvironment env){
    ...
    app.UseRateLimit();
    ...}

只需要上邊這些簡單的程式碼就可以用來限制重複提交了。可以跑起來試試。

不過如果你要在分散式環境下使用，還需要準備一個Redis，將 InProcessFixedWindowAlgorithm 換成 RedisFixedWindowAlgorithm ，除了多傳遞一個Redis連線物件，其它的程式碼都是一樣的。

好了，這就是這篇文章的主要內容了。對於用限流解決遊戲陪玩app開發中重複提交的問題，你有什麼想說的呢？

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