Nginx如何實(shí)現(xiàn)限流

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Nginx現(xiàn)在已經(jīng)是最火的負(fù)載均衡之一，在流量陡增的互聯(lián)網(wǎng)面前，接口限流也是很有必要的，尤其是針對高并發(fā)的場景。Nginx的限流主要是兩種方式：限制訪問頻率和限制并發(fā)連接數(shù)。

限流（rate limiting）是NGINX眾多特性中最有用的，也是經(jīng)常容易被誤解和錯(cuò)誤配置的，特性之一。該特性可以限制某個(gè)用戶在一個(gè)給定時(shí)間段內(nèi)能夠產(chǎn)生的HTTP請求數(shù)。請求可以簡單到就是一個(gè)對于主頁的GET請求或者一個(gè)登陸表格的POST請求。
限流也可以用于安全目的上，比如減慢暴力密碼破解攻擊。通過限制進(jìn)來的請求速率，并且（結(jié)合日志）標(biāo)記出目標(biāo)URLs來幫助防范DDoS攻擊。一般地說，限流是用在保護(hù)上游應(yīng)用服務(wù)器不被在同一時(shí)刻的大量用戶請求湮沒。

NGINX限流是如何工作的

NGINX限流使用漏桶算法（leaky bucket algorithm），該算法廣泛應(yīng)用于通信和基于包交換計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，用來處理當(dāng)帶寬被限制時(shí)的突發(fā)情況。和一個(gè)從上面進(jìn)水，從下面漏水的桶的原理很相似；如果進(jìn)水的速率大于漏水的速率，這個(gè)桶就會發(fā)生溢出。

在請求處理過程中，水代表從客戶端來的請求，而桶代表了一個(gè)隊(duì)列，請求在該隊(duì)列中依據(jù)先進(jìn)先出（FIFO）算法等待被處理。漏的水代表請求離開緩沖區(qū)并被服務(wù)器處理，溢出代表了請求被丟棄并且永不被服務(wù)。

一、限制訪問頻率（正常流量）

Nginx中我們使用ngx_http_limit_req_module模塊來限制請求的訪問頻率，基于漏桶算法原理實(shí)現(xiàn)。接下來我們使用 nginx limit_req_zone 和 limit_req 兩個(gè)指令，限制單個(gè)IP的請求處理速率。

語法：limit_req_zone key zone rate

• key ：定義限流對象，binary_remote_addr 是一種key，表示基于 remote_addr(客戶端IP) 來做限流，binary_ 的目的是壓縮內(nèi)存占用量。

• zone：定義共享內(nèi)存區(qū)來存儲訪問信息， myRateLimit:10m 表示一個(gè)大小為10M，名字為myRateLimit的內(nèi)存區(qū)域。1M能存儲16000 IP地址的訪問信息，10M可以存儲16W IP地址訪問信息。

• rate 用于設(shè)置最大訪問速率，rate=10r/s 表示每秒最多處理10個(gè)請求。Nginx 實(shí)際上以毫秒為粒度來跟蹤請求信息，因此 10r/s 實(shí)際上是限制：每100毫秒處理一個(gè)請求。這意味著，自上一個(gè)請求處理完后，若后續(xù)100毫秒內(nèi)又有請求到達(dá)，將拒絕處理該請求。

二、限制訪問頻率（突發(fā)流量）

按上面的配置在流量突然增大時(shí)，超出的請求將被拒絕，無法處理突發(fā)流量，那么在處理突發(fā)流量的時(shí)候，該怎么處理呢？Nginx提供了 burst 參數(shù)來解決突發(fā)流量的問題，并結(jié)合 nodelay 參數(shù)一起使用。burst 譯為突發(fā)、爆發(fā)，表示在超過設(shè)定的處理速率后能額外處理的請求數(shù)。

burst=20 nodelay表示這20個(gè)請求立馬處理，不能延遲，相當(dāng)于特事特辦。不過，即使這20個(gè)突發(fā)請求立馬處理結(jié)束，后續(xù)來了請求也不會立馬處理。burst=20 相當(dāng)于緩存隊(duì)列中占了20個(gè)坑，即使請求被處理了，這20個(gè)位置這只能按 100ms一個(gè)來釋放。這就達(dá)到了速率穩(wěn)定，但突然流量也能正常處理的效果。

三、限制并發(fā)連接數(shù)

Nginx 的ngx_http_limit_conn_module模塊提供了對資源連接數(shù)進(jìn)行限制的功能，使用 limit_conn_zone 和 limit_conn 兩個(gè)指令就可以了。

limit_conn perip 20：對應(yīng)的key是 $binary_remote_addr，表示限制單個(gè)IP同時(shí)最多能持有20個(gè)連接。 limit_conn perserver 100：對應(yīng)的key是 $server_name，表示虛擬主機(jī)(server) 同時(shí)能處理并發(fā)連接的總數(shù)。注意，只有當(dāng) request header 被后端server處理后，這個(gè)連接才進(jìn)行計(jì)數(shù)。

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