分布式限流之 - Nginx层限流

it_lihongmin

已于 2023-01-30 15:40:50 修改

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分类专栏：基础工程文章标签：分布式 nginx java

于 2022-05-24 11:14:09 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/it_lihongmin/article/details/124940392

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本文介绍了在高并发场景下，如何使用Nginx进行限流控制，包括基于IP地址的限流和基于客户端连接数的限流。限流算法采用了漏桶算法，详细解析了`limit_req_zone`和`limit_req`指令的配置，以及`limit_conn_zone`指令用于限制客户端连接数。通过示例配置展示了如何设置请求速率和缓冲队列，并调整返回状态码和日志级别。

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写在前面的话

高并发的三驾马车：缓存、降级、限流，这里仅仅说限流
常用的限流算法有：计数器算法、固定窗口算法、滑动窗口算法、漏桶算法、令牌桶算法；每种算法的特点和优缺点这里不展开，比较适用的限流算法基本都会选择令牌桶，并且这里基于Spring Cloud Gateway Redis本身默认就是基于令牌桶算法实现
限流按照类型分为：单机、分布式；
限流按照请求流量的路径分为：nginx、gateway、微服务
如果仅仅使用于单机环境：谷歌guava的RateLimiter、（AtomicInteger、Semaphore）【AQS】都是可以选择的；但是在说到高并发基本已经是分布式环境，此时的常用方案可以基于nginx的ngx_http_limit_req_module模块、 gateway层基于 redis（底层使用lua脚本）、阿里的sentinel（需要单独搭建服务）等方案

当前是限流的Nginx层处理，使用漏桶算法实现，Nginx层限流允许基于客户端ip进行控制，允许基于服务端与客户端建立的链接数进行控制。一定要清楚，当前在这个位置：

1、基于ip数进行限制

更详细官方文档可以参考：https://www.nginx.com/blog/rate-limiting-nginx/https://www.nginx.com/blog/rate-limiting-nginx/

Ngixn层运行对请求的ip使用漏桶算法（leaky bucket algorithm）进行请求速率控制，速率限制配置有两个主要指令，limit_req_zone和 limit_req，比如配置如下：

http {
    limit_req_zone $binary_remote_addr zone=iplimit:10m rate=1r/s;
    limit_req_zone $server_name zone=iplimit:10m rate=1r/s;
    server {
        server_name  www.nginx-lyntest.com;
        listen       80;
        location ^~/my-api/ {
            proxy_pass   http://127.0.0.1:9999/;
            limit_req zone=iplimit burst=20 nodelay;
            limit_req_status 429; # 默认返回 http 503状态码
            limit_req_log_level warn; # 默认为 error级别
        }
    }
}

参数说明（当定义并且配置了多个限流规则时，以最严格的为准）：

limit_req_zone指令：在http模块进行设置；limit_conn_zone key链接限制的可选项，可以是下面的 $server_name 或 $binary_remote_addr

$binaty_remote_addr NGINX 变量以保存客户端 IP 地址（$remote_addr）的二进制；

$server_name Nginx的变量，按照Server的server_name进行限流；

zone=iplimit:10m 指定一个变量名（iplimit）以保存上面指定的客户端ip，当前配置大小为10M，1M可以存储大约 16,000 个 IP，这里的10M可以存储16w个IP；

rate=1r/s 漏桶请求速率，控制在每秒1个请求；

limit_req指令：在location模块指定上面http模块约定的配置

zone=iplimit 这里使用上面定义的zone区域以保存当前location的请求；

burst=20 设置一个大小20的槽的队列，当前超过漏桶速率数时将请求放入槽内，并且每 100 毫秒释放 1 个插槽；官方解释是以应对流量突刺的情况。

nodelay（或delay=8）：当前超过令牌桶速率时，并且上面配置的burst槽都满的情况下，对请求处理。nodelay即不允许延迟马上进行拒绝比较适用于需要高性能的接口。可以设置delay=一个指定的数值

limit_req_status：可以在【http、server、location】中使用，当需要执行拒绝时的http状态码，默认为503，这里也可以指定为 429（Too Many Request）限流

limit_req_log_level：可以在【http、server、location】中使用，限流的日志，默认为error级别，这里可以指定为warm级别，官方的日志格式如

2015/06/13 04:20:00 [error] 120315#0: *32086 limiting requests, excess: 1.000 by 
zone "mylimit", client: 192.168.1.2, server: nginx.com, request: "GET / HTTP/1.0", 
host: "nginx.com"

正常请求没有被限流的效果为：

默认返回状态状态码（limit_req_status默认返回Http 503 状态码），效果为：

可以将limit_req_status调整为 Http 429状态码，效果为：

2、基于客户端链接数进行控制

基于ngx_http_limit_conn_module，更详细官方文档可以参考：https://nginx.org/en/docs/http/ngx_http_limit_conn_module.html#limit_zonehttps://nginx.org/en/docs/http/ngx_http_limit_conn_module.html#limit_zone

http {
    limit_conn_zone $binary_remote_addr zone=perip:10m;
    limit_conn_zone $server_name zone=perserver:10m;
    server {
        server_name  www.nginx-lyntest.com;
        listen       80;
        location /my-api/ {
            proxy_pass   http://127.0.0.1:9999/;
            # 每个server最多保持100个连接
            limit_conn perserver 100;
            # 每个ip最多保持1个连接
            limit_conn perip 1;
            limit_conn_log_level warm;
        }
    }
}

limit_conn_zone指令，同样在http模块中进行设置；limit_conn_zone key链接限制的可选项，可以是下面的 $server_name 或 $binary_remote_addr

$binaty_remote_addr NGINX 变量以保存客户端 IP 地址（$remote_addr）的二进制；
$server_name Nginx的变量，按照Server的server_name进行限流；
zone= perip:10m 指定一个变量名（perip）以保存上面指定的客户端ip，当前配置大小为10M，1M可以存储大约 16,000 个 IP，这里的10M可以存储16w个IP；
zone=perserver:10m 指定一个变量名（perserver）以保存根据server模块名请求的统计进行限流；

limit_conn: 配置上面设置的配置，并且设置链接个数，如上配置的是ip就限制ip的链接个数，设置的是server模块的名称就限制其链接的个数；
limit_conn_status: 限制链接的返回Http 状态码，可以在【http、server、location】中使用，默认返回值为 Http 503状态码，可以设置为 429 （Too Many Request）
limit_conn_log_level: 可以在【http、server、location】中使用，连接日志可选项有：info| notice| warn| error，默认级别为 error