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限流器实现

MorseWayne2025/8/8...大约 3 分钟RedisDatabase

Redis 限流器实现优化

背景

在高并发场景下，Redis 常被用于实现限流器。本文将介绍三种模式的实现，并分析它们的优缺点，最终提供基于 Redis 6.2 新特性的优化方案。

模式一：简单计数法

实现原理

  1. 使用 INCR 对键进行递增操作。
  2. 如果键的值超过限流阈值（如 10），则拒绝请求。
  3. 使用 EXPIRE 设置键的过期时间。

代码示例

local current
current = redis.call("incr", KEYS[1])
if tonumber(current) > 10 then
    return "ERROR: too many requests per second"
else
    redis.call("expire", KEYS[1], 1)
    return "ALLOW: request accepted"
end

优点

  • 实现简单，易于理解。

缺点

  • 键位泄露风险：如果 INCR 和 EXPIRE 之间发生异常（如 Redis 崩溃），键可能永久存在。
  • 高并发问题：多个客户端可能同时设置过期时间，导致不必要的性能开销。

模式二：首次递增设置过期时间

实现原理

  1. 使用 INCR 对键进行递增操作。
  2. 如果键的值是 1（即第一次递增），则设置过期时间（EXPIRE）。

代码示例

local current
current = redis.call("incr", KEYS[1])
if tonumber(current) > 10 then
    return "ERROR: too many requests per second"
else
    if tonumber(current) == 1 then
        redis.call("expire", KEYS[1], 1)
    end
    return "ALLOW: request accepted"
end

优点

  • 减少重复设置过期时间的开销。

缺点

  • 高并发问题：多个客户端可能同时判断 value == 1，导致过期时间被重复设置。
  • 键位泄露风险：如果 INCR 和 EXPIRE 之间发生异常，键可能永久存在。

模式三：基于 Lua 脚本的原子操作

实现原理

  1. 使用 Lua 脚本将 INCR 和 EXPIRE 操作封装为一个原子操作。
  2. 通过 Lua 脚本确保限流逻辑的原子性。

代码示例

local current
current = redis.call("incr", KEYS[1])
if tonumber(current) > 10 then
    return "ERROR: too many requests per second"
else
    redis.call("expire", KEYS[1], 1)
    return "ALLOW: request accepted"
end

优点

  • 原子性保证：避免高并发下的竞争条件。
  • 减少键位泄露风险：通过原子操作确保过期时间被正确设置。

缺点

  • 实现复杂：需要熟悉 Lua 脚本。
  • 性能开销：Lua 脚本的执行可能增加 Redis 的负载。

优化方案：结合 Redis 6.2 的 EXPIRE NX 特性

实现原理

  1. 使用 INCR 递增键的值。
  2. 使用 EXPIRE NX 设置过期时间，确保仅在键未设置过期时间时设置。

代码示例

local current
current = redis.call("incr", KEYS[1])
if tonumber(current) > 10 then
    return "ERROR: too many requests per second"
else
    redis.call("expire", KEYS[1], 1, "NX")
    return "ALLOW: request accepted"
end

优点

  1. 避免键位泄露：EXPIRE NX 确保键的过期时间只会被设置一次。
  2. 简化实现：无需额外处理竞争条件，代码更加简洁。
  3. 原子性保证：结合 Lua 脚本，可以确保操作的原子性。

总结

模式优点缺点适用场景
模式一实现简单键位泄露风险，高并发问题低并发场景
模式二减少过期时间设置开销高并发问题，键位泄露风险中低并发场景
模式三原子性保证，减少键位泄露风险实现复杂，性能开销高并发场景
优化方案避免键位泄露，简化实现需要 Redis 6.2 及以上版本高并发场景，Redis 6.2+

通过结合 Redis 6.2 的 EXPIRE NX 特性，我们可以更安全地实现限流器，避免键位泄露的问题。这种方法简单高效，适合在高并发场景下使用。如果你的 Redis 版本支持这一特性，强烈推荐采用这种实现方式。

Copyright © 2025 MorseWayne