[導(dǎo)讀]?注：文末有送書福利?。?！ Nginx不僅可以做Web服務(wù)器、做反向代理、負(fù)載均衡，還可以做限流系統(tǒng)。此處我們就Nginx為例，介紹一下如何配置一個(gè)限流系統(tǒng)。 Nginx使用的限流算法是漏桶算法。 （1）是安裝Nginx。Nginx的安裝我們?cè)?.5.7中已經(jīng)詳細(xì)敘述過，此處簡(jiǎn)
注：文末有送書福利?。?！
Nginx不僅可以做Web服務(wù)器、做反向代理、負(fù)載均衡，還可以做限流系統(tǒng)。此處我們就Nginx為例，介紹一下如何配置一個(gè)限流系統(tǒng)。
（1）是安裝Nginx。Nginx的安裝我們?cè)?/span>8.5.7中已經(jīng)詳細(xì)敘述過，此處簡(jiǎn)單再提一下：
如果你的Linux是Ubuntu或Debian，使用apt-get安裝，在命令行中輸入以下命令：
$ sudo apt-get update$ sudo apt-get install nginx
如果是CentOS，使用yum安裝，在命令行中輸入以下命令：
$ sudo yum install epel-release$ sudo yum update$ sudo yum install nginx
（2）找到Nginx所使用的配置文件所在的位置。在Ubuntu和Debian是在如下位置：
$ cd /etc/nginx/sites-available/
（3）在http塊中，配置基礎(chǔ)的限流配置：
01 http {02 limit_req_zone$binary_remote_addr zone=mylimit:10m rate=10r/s;03 04 server {05 location /test/ {06 limit_reqzone=mylimit;07 08 proxy_passhttp://backend;09 }10 }11 }
其中4到8行定義的是一個(gè)服務(wù)器接口。而第2行和第6行配合完成了一個(gè)限流設(shè)置，下面解釋一下這兩行做的事情：
limit_req_zone命令在Nginx的配置文件中專門用于定義限流，它必須被放在http塊中，否則無法生效，因?yàn)樵撁钪辉?/span>http中被定義。
第一個(gè)參數(shù)，就是鍵（key），即值$binary_remote_addr所在的位置，它代表的是我們的限流系統(tǒng)限制請(qǐng)求所用的鍵。
此處，我們使用了$binary_remote_addr，它是Nginx內(nèi)置的一個(gè)值，代表的是客戶端的IP地址的二進(jìn)制表示。因此換言之，我們的示例配置，是希望限流系統(tǒng)以客戶端的IP地址為鍵進(jìn)行限流。
對(duì)Nginx有經(jīng)驗(yàn)的讀者可能還知道有一個(gè)Nginx內(nèi)置值為$remote_addr，它同樣表示客戶端的IP地址，因此我們也可以使用這個(gè)值。$binary_remote_addr是Nginx的社區(qū)推薦用值，因?yàn)樗嵌M(jìn)制表達(dá)，占用的空間一般比字符串表達(dá)的$remote_addr要短一些，在寸土寸金的限流系統(tǒng)中尤為重要。
第二個(gè)參數(shù)是限流配置的共享內(nèi)存占用（zone）。為了性能優(yōu)勢(shì)，Nginx將限流配置放在共享內(nèi)存中，供所有Nginx的進(jìn)程使用，因?yàn)樗加玫氖莾?nèi)存，所以我們希望開發(fā)者能夠指定一個(gè)合理的、既不浪費(fèi)又能存儲(chǔ)足夠信息的空間大小。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，1MB的空間可以儲(chǔ)存16000個(gè)IP地址。
該參數(shù)的語法是用冒號(hào)隔開的兩個(gè)部分，第一部分是給該部分申請(qǐng)的內(nèi)存一個(gè)名字，第二部分是我們希望申請(qǐng)的內(nèi)存大小。
因此，在該聲明中，我們聲明了一個(gè)名叫mylimit（我的限制）的內(nèi)存空間，然后它的大小是10M，即可以存儲(chǔ)160000個(gè)IP地址，對(duì)于實(shí)驗(yàn)來說足夠了。
第三個(gè)配置就是訪問速率（rate）了，格式是用左斜杠隔開的請(qǐng)求數(shù)和時(shí)間單位。這里的訪問速率就是最大速率，因此10r/s就是每秒10個(gè)請(qǐng)求。通過這臺(tái)Nginx服務(wù)器訪問后端服務(wù)器的請(qǐng)求速率無法超過每秒10個(gè)請(qǐng)求。
注意到第5行聲明了一個(gè)資源位置/test/，因此我們第6行的配置就是針對(duì)這個(gè)資源的，通俗地說，我們?cè)诘?/span>6行的配置是針對(duì)特定API的，這個(gè)API就是路徑為/test/的API，而其真正路徑就是第8行聲明的
http://backend
。注意，這個(gè)URL是不存在的，實(shí)際操作中，讀者需要將它換成你已經(jīng)開發(fā)好的業(yè)務(wù)邏輯所在的位置，Nginx在這里的作用只是一個(gè)反向代理，它自己本身沒有資源。
第6行中，我們使用limit_req命令，聲明該API需要一個(gè)限流配置，而該限流配置所在位置（zone）就是mylimit。
這樣一來，所有發(fā)往該API的請(qǐng)求會(huì)先讀到第6行的限流配置，然后根據(jù)該限流配置mylimit的名稱找到聲明在第2行的參數(shù)，然后決定該請(qǐng)求是否應(yīng)該被拒絕。
但是這樣還不夠。不要忘了，Nginx使用的漏桶算法，不是時(shí)間窗口算法，我們前文介紹中說過，漏桶算法是有兩個(gè)參數(shù)可以配置的！
（4）配置峰值。Nginx漏桶算法的峰值屬性在API中設(shè)置。參數(shù)名為burst。如下：
01 http {02 limit_req_zone$binary_remote_addr zone=mylimit:10m rate=10r/s;0304 server {05 location /test/ {06 limit_reqzone=mylimit burst=20;0708 proxy_passhttp://backend;09 }10 }11 }
在第6行中，我們只需要在聲明limit_req的同時(shí)，指定burst就可以了，此處我們指定burst為20，即漏桶算法中我們的“桶”最多可以接受20個(gè)請(qǐng)求。
這樣一個(gè)Nginx的限流系統(tǒng)就配置完畢了，但實(shí)際操作中，我們還可能需要很多別的功能，下面筆者就介紹幾個(gè)很有用的配置技巧。
相對(duì)于傳統(tǒng)的漏桶算法慢吞吞地轉(zhuǎn)發(fā)請(qǐng)求的缺陷，Nginx實(shí)現(xiàn)了一種漏桶算法的優(yōu)化版，允許開發(fā)者指定快速轉(zhuǎn)發(fā)，而且還不影響正常的限流功能。開發(fā)者只需要在指定limit_req的一行中指定burst之后指定另一個(gè)參數(shù)nodelay，就可以在請(qǐng)求總數(shù)沒有超過burst指定值的情況下，迅速轉(zhuǎn)發(fā)所有請(qǐng)求了。如下所示：
01 http {02 limit_req_zone$binary_remote_addr zone=mylimit:10m rate=10r/s;0304 server {05 location /test/ {06 limit_reqzone=mylimit burst=20 nodelay;0708 proxy_passhttp://backend;09 }10 }11 }
讀者可能會(huì)擔(dān)憂：這種情況下，會(huì)不會(huì)出現(xiàn)所有請(qǐng)求都被快速轉(zhuǎn)發(fā)，然后接下來又有沒有超過burst數(shù)量的請(qǐng)求出現(xiàn)，再次被快速轉(zhuǎn)發(fā)，就好像固定窗口算法的漏洞一樣，從而超過我們本來希望它能限制到的上限數(shù)量呢？答案是不會(huì)。Nginx的快速轉(zhuǎn)發(fā)是這樣實(shí)現(xiàn)的：
· 當(dāng)有沒有超過burst上限的請(qǐng)求數(shù)量進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)，快速轉(zhuǎn)發(fā)，然后將當(dāng)前桶中可以填充的數(shù)量標(biāo)為0；
· 按照我們?cè)O(shè)置的rate在1秒中內(nèi)緩慢增加桶中余額，以我們的配置為例，每隔100毫秒，增加1個(gè)空位；
· 在增加空位的過程中，進(jìn)來超過空位數(shù)量的請(qǐng)求，直接拒絕。
舉例而言，配置如上所示，假如在某個(gè)瞬時(shí)有25個(gè)請(qǐng)求進(jìn)入系統(tǒng)，Nginx會(huì)先轉(zhuǎn)發(fā)20個(gè)（或21個(gè)，取決于瞬時(shí)情況），然后拒絕剩下的4個(gè)請(qǐng)求，并將當(dāng)前桶中數(shù)量標(biāo)為0，然后接下來的每100毫秒，緩慢恢復(fù)1個(gè)空位。
這樣我們可以看到，Nginx既做到了快速轉(zhuǎn)發(fā)消息，又不會(huì)讓后端服務(wù)器承擔(dān)過多的流量。
限流系統(tǒng)會(huì)提前拒絕請(qǐng)求，因此，我們?cè)跇I(yè)務(wù)服務(wù)器上是肯定看不到這些請(qǐng)求的。假如我們收到一個(gè)報(bào)告說某用戶在使用網(wǎng)站的時(shí)候出現(xiàn)錯(cuò)誤，但是我們?cè)跇I(yè)務(wù)服務(wù)器上又找不到相關(guān)的日志，我們?nèi)绾未_定是不是限流造成的呢？
只有限流系統(tǒng)的日志才能說明問題。因此，我們需要Nginx打印出它拒絕掉的請(qǐng)求的信息。但同時(shí)，Nginx打印的限流日志默認(rèn)是錯(cuò)誤（error），如果我們?cè)O(shè)置了一個(gè)基于日志錯(cuò)誤掃描的警報(bào)，它掃到的限流錯(cuò)誤，真的是我們希望給自己發(fā)警報(bào)的情況嗎？
配置請(qǐng)求的位置就在資源中，使用的命令是limit_req_log_level，如下：
01 http {02 limit_req_zone$binary_remote_addr zone=mylimit:10m rate=10r/s;0304 server {05 location /test/ {06 limit_reqzone=mylimit burst=20;07 limit_req_log_level warn;0809 proxy_passhttp://backend;10 }11 }12 }
在第7行中，我們將Nginx的日志改為了警告（warn）。
3.更換Nginx的限流響應(yīng)狀態(tài)碼
前文我們就說過，從語義上來說，限流的HTTP標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)狀態(tài)碼是429，但是如果讀者拿上述的配置文件直接去測(cè)試，會(huì)發(fā)現(xiàn)Nginx返回的是503（服務(wù)不可用）。到底應(yīng)該返回什么狀態(tài)碼，是一個(gè)偏程序哲學(xué)的問題，此處我們不討論，我們只討論：如何讓Nginx返回我們指定的狀態(tài)碼？
答案也是在同一個(gè)資源中，它的配置命令是limit_req_status，然后我們指定它為429即可：
01 http {02 limit_req_zone$binary_remote_addr zone=mylimit:10m rate=10r/s;0304 server {05 location /test/ {06 limit_reqzone=mylimit burst=20;07 limit_req_log_level warn;08 limit_req_status 429;0910 proxy_passhttp://backend;11 }12 }13 }
除了以上功能以外，Nginx還支持很多復(fù)雜先進(jìn)的限流功能，感興趣的讀者可以訪問
https://docs.nginx.com/nginx/admin-guide/security-controls/controlling-access-proxied-http/
作進(jìn)一步的了解。
本文節(jié)選自電子工業(yè)出版社出版的《深入淺出大型網(wǎng)站架構(gòu)設(shè)計(jì)》，經(jīng)出版社授權(quán)發(fā)布。需要進(jìn)一步學(xué)習(xí)相關(guān)內(nèi)容的讀者，可以點(diǎn)擊購買下面這本書閱讀。
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