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JAVA限流方法

news 2025/8/25 5:14:41

在 Java 项目中限制短时间内的频繁访问（即接口限流），是保护系统资源、防止恶意攻击或高频请求导致过载的重要手段。常见实现方案可分为单机限流和分布式限流，以下是具体实现方式：

一、核心限流算法

无论哪种方案，底层通常基于以下算法：

固定窗口计数器：将时间划分为固定窗口（如 1 秒），统计窗口内请求数，超过阈值则拒绝。
- 优点：简单易实现；缺点：窗口交界处可能出现 “突增流量”（如窗口边缘允许双倍阈值请求）。
滑动窗口：将固定窗口拆分为多个小窗口，实时滑动计算请求数，解决临界问题。
令牌桶：匀速生成令牌放入桶中，请求需获取令牌才能处理，支持突发流量（桶内令牌可累积）。
漏桶：请求先进入桶中，系统以固定速率处理，平滑流量波动（不支持突发流量）。

二、单机限流实现（适用于单实例服务）

1. 基于 Guava 的 RateLimiter（令牌桶算法）

Guava 提供了现成的RateLimiter工具类，适合快速实现单机限流。

依赖引入：

<dependency><groupId>com.google.guava</groupId><artifactId>guava</artifactId><version>31.1-jre</version>
</dependency>

代码示例（结合 Spring 拦截器）：

// 1. 定义限流拦截器
public class RateLimitInterceptor implements HandlerInterceptor {// 每秒允许10个请求（令牌桶算法）private final RateLimiter rateLimiter = RateLimiter.create(10.0);@Overridepublic boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler) throws Exception {// 尝试获取令牌，无令牌则拒绝if (!rateLimiter.tryAcquire()) {response.setStatus(HttpStatus.TOO_MANY_REQUESTS.value());response.getWriter().write("请求过于频繁，请稍后再试");return false;}return true;}
}// 2. 注册拦截器（Spring配置）
@Configuration
public class WebConfig implements WebMvcConfigurer {@Overridepublic void addInterceptors(InterceptorRegistry registry) {// 对指定路径生效（如所有接口）registry.addInterceptor(new RateLimitInterceptor()).addPathPatterns("/**");}
}

2. 基于滑动窗口的自定义实现

适合需要更精细控制的场景（如按 IP 限流）：

public class SlidingWindowLimiter {// 窗口大小（毫秒）private final long windowSize;// 窗口内最大请求数private final int maxRequests;// 记录每个时间片的请求数（key：时间片起始时间，value：请求数）private final ConcurrentHashMap<Long, Integer> timeSliceCounts = new ConcurrentHashMap<>();public SlidingWindowLimiter(long windowSize, int maxRequests) {this.windowSize = windowSize;this.maxRequests = maxRequests;}public synchronized boolean tryAcquire() {long now = System.currentTimeMillis();// 计算当前窗口的起始时间long windowStart = now - windowSize;// 移除过期的时间片timeSliceCounts.keySet().removeIf(timestamp -> timestamp < windowStart);// 统计当前窗口总请求数int totalRequests = timeSliceCounts.values().stream().mapToInt(Integer::intValue).sum();if (totalRequests < maxRequests) {// 记录当前时间片的请求（精确到100ms，可调整精度）long currentSlice = now - (now % 100);timeSliceCounts.put(currentSlice, timeSliceCounts.getOrDefault(currentSlice, 0) + 1);return true;}return false;}
}// 使用示例（在Controller中）
@RestController
public class TestController {// 10秒内最多允许5次请求（按IP限流）private final Map<String, SlidingWindowLimiter> ipLimiters = new ConcurrentHashMap<>();@GetMapping("/test")public String test(HttpServletRequest request) {String ip = request.getRemoteAddr();// 为每个IP创建独立的限流器SlidingWindowLimiter limiter = ipLimiters.computeIfAbsent(ip, k -> new SlidingWindowLimiter(10000, 5));if (!limiter.tryAcquire()) {return "IP:" + ip + " 请求过于频繁";}return "请求成功";}
}

三、分布式限流（适用于多实例集群）

单机限流无法跨服务实例共享状态，分布式场景需借助中间件（如 Redis）实现全局计数。

基于 Redis + Lua 脚本（滑动窗口算法）

利用 Redis 的原子性和 Lua 脚本保证限流逻辑的一致性：

Lua 脚本（限流逻辑）：

-- 限流key（如：接口名:IP）
local key = KEYS[1]
-- 窗口大小（毫秒）
local windowSize = tonumber(ARGV[1])
-- 最大请求数
local maxRequests = tonumber(ARGV[2])
-- 当前时间
local now = tonumber(ARGV[3])-- 窗口起始时间
local windowStart = now - windowSize-- 移除窗口外的请求记录
redis.call('ZREMRANGEBYSCORE', key, 0, windowStart)
-- 统计当前窗口内的请求数
local currentCount = redis.call('ZCARD', key)if currentCount < maxRequests then-- 记录当前请求时间戳redis.call('ZADD', key, now, now .. ':' .. math.random())-- 设置key过期时间（避免内存泄漏）redis.call('EXPIRE', key, windowSize / 1000 + 1)return 1  -- 允许请求
endreturn 0  -- 拒绝请求

Java 代码调用：

@Component
public class RedisRateLimiter {@Autowiredprivate StringRedisTemplate redisTemplate;// 加载Lua脚本private final DefaultRedisScript<Long> limitScript;public RedisRateLimiter() {limitScript = new DefaultRedisScript<>();limitScript.setScriptSource(new ResourceScriptSource(new ClassPathResource("limit.lua")));limitScript.setResultType(Long.class);}/*** 尝试获取请求权限* @param key 限流标识（如："api:test:192.168.1.1"）* @param windowSize 窗口大小（毫秒）* @param maxRequests 最大请求数* @return 是否允许*/public boolean tryAcquire(String key, long windowSize, int maxRequests) {Long result = redisTemplate.execute(limitScript,Collections.singletonList(key),String.valueOf(windowSize),String.valueOf(maxRequests),String.valueOf(System.currentTimeMillis()));return result != null && result == 1;}
}// 在Controller中使用
@RestController
public class TestController {@Autowiredprivate RedisRateLimiter redisRateLimiter;@GetMapping("/test")public String test(HttpServletRequest request) {String ip = request.getRemoteAddr();String key = "api:test:" + ip;// 10秒内最多5次请求boolean allowed = redisRateLimiter.tryAcquire(key, 10000, 5);if (!allowed) {return "请求过于频繁，请稍后再试";}return "请求成功";}
}