Nginx源碼研究之nginx限流模塊詳解-創(chuàng)新互聯(lián)

高并發(fā)系統(tǒng)有三把利器：緩存、降級(jí)和限流；

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限流的目的是通過(guò)對(duì)并發(fā)訪問(wèn)/請(qǐng)求進(jìn)行限速來(lái)保護(hù)系統(tǒng)，一旦達(dá)到限制速率則可以拒絕服務(wù)（定向到錯(cuò)誤頁(yè)）、排隊(duì)等待（秒殺）、降級(jí)（返回兜底數(shù)據(jù)或默認(rèn)數(shù)據(jù)）；

高并發(fā)系統(tǒng)常見(jiàn)的限流有：限制總并發(fā)數(shù)（數(shù)據(jù)庫(kù)連接池）、限制瞬時(shí)并發(fā)數(shù)（如nginx的limit_conn模塊，用來(lái)限制瞬時(shí)并發(fā)連接數(shù)）、限制時(shí)間窗口內(nèi)的平均速率（nginx的limit_req模塊，用來(lái)限制每秒的平均速率）；

另外還可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接數(shù)、網(wǎng)絡(luò)流量、CPU或內(nèi)存負(fù)載等來(lái)限流。

1.限流算法

最簡(jiǎn)單粗暴的限流算法就是計(jì)數(shù)器法了，而比較常用的有漏桶算法和令牌桶算法；

1.1計(jì)數(shù)器

計(jì)數(shù)器法是限流算法里最簡(jiǎn)單也是最容易實(shí)現(xiàn)的一種算法。比如我們規(guī)定，對(duì)于A接口來(lái)說(shuō)，我們1分鐘的訪問(wèn)次數(shù)不能超過(guò)100個(gè)。

那么我們我們可以設(shè)置一個(gè)計(jì)數(shù)器counter，其有效時(shí)間為1分鐘（即每分鐘計(jì)數(shù)器會(huì)被重置為0），每當(dāng)一個(gè)請(qǐng)求過(guò)來(lái)的時(shí)候，counter就加1，如果counter的值大于100，就說(shuō)明請(qǐng)求數(shù)過(guò)多；

這個(gè)算法雖然簡(jiǎn)單，但是有一個(gè)十分致命的問(wèn)題，那就是臨界問(wèn)題。

如下圖所示，在1:00前一刻到達(dá)100個(gè)請(qǐng)求，1:00計(jì)數(shù)器被重置，1:00后一刻又到達(dá)100個(gè)請(qǐng)求，顯然計(jì)數(shù)器不會(huì)超過(guò)100，所有請(qǐng)求都不會(huì)被攔截；

然而這一時(shí)間段內(nèi)請(qǐng)求數(shù)已經(jīng)達(dá)到200，遠(yuǎn)超100。

1.2 漏桶算法

如下圖所示，有一個(gè)固定容量的漏桶，按照常量固定速率流出水滴；如果桶是空的，則不會(huì)流出水滴；流入到漏桶的水流速度是隨意的；如果流入的水超出了桶的容量，則流入的水會(huì)溢出（被丟棄）；

可以看到漏桶算法天生就限制了請(qǐng)求的速度，可以用于流量整形和限流控制；

1.3 令牌桶算法

令牌桶是一個(gè)存放固定容量令牌的桶，按照固定速率r往桶里添加令牌；桶中最多存放b個(gè)令牌，當(dāng)桶滿(mǎn)時(shí)，新添加的令牌被丟棄；

當(dāng)一個(gè)請(qǐng)求達(dá)到時(shí)，會(huì)嘗試從桶中獲取令牌；如果有，則繼續(xù)處理請(qǐng)求；如果沒(méi)有則排隊(duì)等待或者直接丟棄；

可以發(fā)現(xiàn)，漏桶算法的流出速率恒定或者為0，而令牌桶算法的流出速率卻有可能大于r；

2.nginx基礎(chǔ)知識(shí)

Nginx主要有兩種限流方式：按連接數(shù)限流(ngx_http_limit_conn_module)、按請(qǐng)求速率限流(ngx_http_limit_req_module)；

學(xué)習(xí)限流模塊之前還需要了解nginx對(duì)HTTP請(qǐng)求的處理過(guò)程，nginx事件處理流程等；

2.1HTTP請(qǐng)求處理過(guò)程

nginx將HTTP請(qǐng)求處理流程分為11個(gè)階段，絕大多數(shù)HTTP模塊都會(huì)將自己的handler添加到某個(gè)階段（其中有4個(gè)階段不能添加自定義handler），nginx處理HTTP請(qǐng)求時(shí)會(huì)挨個(gè)調(diào)用所有的handler；

typedef enum {
 NGX_HTTP_POST_READ_PHASE = 0, //目前只有realip模塊會(huì)注冊(cè)handler（nginx作為代理服務(wù)器時(shí)有用，后端以此獲取客戶(hù)端原始ip）
 
 NGX_HTTP_SERVER_REWRITE_PHASE, //server塊中配置了rewrite指令，重寫(xiě)url
 
 NGX_HTTP_FIND_CONFIG_PHASE, //查找匹配location；不能自定義handler；
 NGX_HTTP_REWRITE_PHASE,  //location塊中配置了rewrite指令，重寫(xiě)url
 NGX_HTTP_POST_REWRITE_PHASE, //檢查是否發(fā)生了url重寫(xiě)，如果有，重新回到FIND_CONFIG階段；不能自定義handler；
 
 NGX_HTTP_PREACCESS_PHASE,  //訪問(wèn)控制，限流模塊會(huì)注冊(cè)handler到此階段
 
 NGX_HTTP_ACCESS_PHASE,  //訪問(wèn)權(quán)限控制
 NGX_HTTP_POST_ACCESS_PHASE, //根據(jù)訪問(wèn)權(quán)限控制階段做相應(yīng)處理；不能自定義handler；
 
 NGX_HTTP_TRY_FILES_PHASE,  //只有配置了try_files指令，才會(huì)有此階段；不能自定義handler；
 NGX_HTTP_CONTENT_PHASE,  //內(nèi)容產(chǎn)生階段，返回響應(yīng)給客戶(hù)端
 
 NGX_HTTP_LOG_PHASE   //日志記錄
} ngx_http_phases;

本文標(biāo)題：Nginx源碼研究之nginx限流模塊詳解-創(chuàng)新互聯(lián)
當(dāng)前URL：http://muchs.cn/article48/coshep.html

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