java 令牌桶算法实现限流

一、背景

限流是对某一时间窗口内的请求数进行限制,保持系统的可用性和稳定性,防止因流量暴增而导致的系统运行缓慢或宕机。常用的限流算法有令牌桶和和漏桶,而Google开源项目Guava中的RateLimiter使用的就是令牌桶控制算法。在开发高并发系统时有三把利器用来保护系统:缓存、降级和限流- 缓存:缓存的目的是提升系统访问速度和增大系统处理容量。

二、代码

自定义注解(实现按需控制)

@Target({ElementType.METHOD})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
public @interface RequestLimiter {

/**
 * 每秒创建令牌个数 默认50
 */
double qps() default 50D;

/**
 * 获取令牌等待超时时间 默认500
 */
long timeOut() default 500;

/**
 * 超时时间单位默认:毫秒
 */
TimeUnit timeUnit() default TimeUnit.MILLISECONDS;

/**
 * 无法获取令牌返回提示信息
 */
String resultMsg() default "请求频繁,请稍后再试!";

}

限流类:

@Component
@Slf4j
public class RequestLimitingInterceptor implements HandlerInterceptor, CommandLineRunner {
private final Map<String, RateLimiter> rateLimiterMap = new ConcurrentHashMap<>();
//限流脚本url统一返回
private final Response<Void> output = new Response<>("9999", "请求频繁,请稍后再试!");

@Override
public void run(String... args) {
    // TODO: 2022/9/11  
    // 根据自己需求按需定制,比如查询数据库等操作
}

@Override
public boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler) {
    //标准文档返回值
    JSONObject jsonObject = new JSONObject();
    jsonObject.put("success", Boolean.FALSE);
    jsonObject.put("resultCode", "9999");
    jsonObject.put("result", null);
    try {
        if (handler instanceof HandlerMethod) {
            HandlerMethod handlerMethod = (HandlerMethod) handler;
            RequestLimiter rateLimit = handlerMethod.getMethodAnnotation(RequestLimiter.class);
            String requestIp = IpUtil.getIpAddress(request);
            String servletPath = request.getServletPath();
            log.info("请求ip:{},请求uri:{}", requestIp, servletPath);
            //注解为空 或者 非限流uri
            if (rateLimit == null || noLimitEngineUriList.contains(servletPath)) {
                return true;
            }
            //有request 流中的请求数据只能获取一次,因此需要需要重新拷贝流
            CustomRequestWrapper customRequestWrapper = new CustomRequestWrapper(request);
            String bodyString = getBodyString(customRequestWrapper);
            //获取请求url
            String url =  servletPath;
            log.info("请求appKey和uri:{}", url);
            RateLimiter rateLimiter;
            //判断map集合中是否有创建好的令牌桶
            if (!rateLimiterMap.containsKey(url)) {
                //创建令牌桶,以nr / s往桶中放入令牌
                rateLimiter = RateLimiter.create(rateLimit.qps());
                rateLimiterMap.put(url, rateLimiter);
            }
            rateLimiter = rateLimiterMap.get(url);
            //1 获取令牌
            boolean acquire = rateLimiter.tryAcquire(rateLimit.timeOut(), rateLimit.timeUnit());
            if (acquire) {
                //获取令牌成功
                return true;
            } else {
                log.info("请求被限流,url:{}", url);
                //获取令牌失败
                //根据自身逻辑做处理
                return false;
            }
        }
        return true;
    } catch (Exception var6) {
        var6.printStackTrace();
        returnResult(response, jsonObject);
        return false;
    }
}


private void returnResult(HttpServletResponse response, JSONObject jsonObject) {
    response.setContentType("application/json;charset=utf-8");
    response.setCharacterEncoding("UTF-8");
    try (PrintWriter out = response.getWriter()) {
        out.append(jsonObject.toJSONString());
    } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
    }
}


public static String getBodyString(ServletRequest request) {
    StringBuilder sb = new StringBuilder();
    InputStream inputStream = null;
    BufferedReader reader = null;
    try {
        inputStream = request.getInputStream();
        reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(inputStream, StandardCharsets.UTF_8));
        String line = "";
        while ((line = reader.readLine()) != null) {
            sb.append(line);
        }
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    } finally {
        if (inputStream != null) {
            try {
                inputStream.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        if (reader != null) {
            try {
                reader.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    return sb.toString();
}

}

springMvc 拦截

@Configuration
public class WebMvcConfig implements WebMvcConfigurer {

protected final RequestLimitingInterceptor requestLimitingInterceptor;

public WebMvcConfig(RequestLimitingInterceptor requestLimitingInterceptor) {
    this.requestLimitingInterceptor = requestLimitingInterceptor;
}

@Override
public void addInterceptors(InterceptorRegistry registry) {
    //请求限流
    registry.addInterceptor(requestLimitingInterceptor).addPathPatterns("/**");
}

}
springboot 启动类 配置@ServletComponentScan 注解

由于request.getInputStream()中的参数只能使用一次,要想重复使用需要对流重复拷贝
filter拦截类
@Component
@WebFilter(filterName = "CommonFilter", urlPatterns = "/*")
public class CommonFilter extends HttpServlet implements Filter {

@Override
public void init(FilterConfig filterConfig) {
}

@Override
public void doFilter(ServletRequest servletRequest, ServletResponse servletResponse, FilterChain filterChain) throws IOException, ServletException {
    ServletRequest requestWrapper = null;
    if (servletRequest instanceof HttpServletRequest) {
        requestWrapper = new CustomRequestWrapper((HttpServletRequest) servletRequest);
    }

    // 调用后续过滤器
    if (requestWrapper == null) {
        filterChain.doFilter(servletRequest, servletResponse);
    } else {
        // 封装RequestBody请求
        filterChain.doFilter(requestWrapper, servletResponse);
    }
}

}

流拷贝

public class CustomRequestWrapper extends HttpServletRequestWrapper {
private byte[] requestBody = null;

public CustomRequestWrapper(HttpServletRequest request) {
    super(request);
    //缓存请求body
    try {
        //对流进行拷贝放在成员变量requestBody里
        requestBody = StreamUtils.copyToByteArray(request.getInputStream());
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

/**
 * 重写 getInputStream()
 */
@Override
public ServletInputStream getInputStream() {
    if (requestBody == null) {
        requestBody = new byte[0];
    }
    final ByteArrayInputStream byteArrayInputStream = new ByteArrayInputStream(requestBody);
    return new ServletInputStream() {
        public boolean isFinished() {
            return false;
        }

        public boolean isReady() {
            return false;
        }

        public void setReadListener(ReadListener readListener) {
        }

        @Override
        public int read() {
            return byteArrayInputStream.read();
        }
    };
}

@Override
public BufferedReader getReader() {
    return new BufferedReader(new InputStreamReader(getInputStream()));
}

}

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