通过Node和Redis进行API速率限制

Z时代
2024-01-10
分类：技术分享

速率限制可以保护和提高基于API的服务的可用性。如果你正在与一个API对话，并收到HTTP 429 Too Many Requests的响应状态码，说明你已经被速率限制了。这意味着你超出了给定时间内允许的请求数量。你需要做的就是放慢脚步，稍等片刻，然后再试一次。

为什么要速率限制？

当你考虑限制你自己的基于API的服务时，你需要在用户体验、安全性和性能之间进行权衡。

控制数据流的最常见原因是保持基于API的服务的可用性。但也有安全方面的好处，一次无意或有意的入站流量激增，就会占用宝贵的资源，影响其他用户的可用性。

通过控制传入请求的速率，你可以：

保障服务和资源不被“淹没”。

缓和暴力攻击

防止分布式拒绝服务（DDOS）攻击

如何实施限速？

速率限制可以在客户端级别，应用程序级别，基础架构级别或介于两者之间的任何位置实现。有几种方法可以控制API服务的入站流量：

按用户：跟踪用户使用API密钥、访问令牌或IP地址进行的调用

按地理区域划分：例如降低每个地理区域在一天的高峰时段的速率限制

按服务器：如果你有多个服务器处理对API的不同调用，你可能会对访问更昂贵的资源实施更严格的速率限制。

你可以使用这些速率限制中的任何一种（甚至组合使用）。

无论你选择如何实现，速率限制的目标都是建立一个检查点，该检查点拒绝或通过访问你的资源的请求。许多编程语言和框架都有实现这一点的内置功能或中间件，还有各种速率限制算法的选项。

这是使用Node和Redis制作自己的速率限制器的一种方法：

创建一个Node应用

使用Redis添加速率限制器

在Postman中测试

在开始之前，请确保已在计算机上安装了Node和Redis。

步骤1：建立Node应用程序

从命令行设置一个新的Node应用。通过CLI提示，或添加 —yes 标志来接受默认选项。

$ npm init --yes

如果在项目设置过程中接受了默认选项，则为入口点创建一个名为 index.js 的文件。

$ touch index.js

安装Express Web框架，然后在 index.js 中初始化服务器。

const express = require('express')
const app = express()
const port = process.env.PORT || 3000
app.get('/', (req, res) => res.send('Hello World!'))app.listen(port, () => console.log(`Example app listening at http://localhost:${port}`))

从命令行启动服务器。

$ node index.js

回到 index.js 中，创建一个路由，先检查速率限制，如果用户没有超过限制再允许访问资源。

app.post('/', async (req, res) => {
async function isOverLimit(ip) {
// to define
}
// 检查率限制
let overLimit = await isOverLimit(req.ip)
if (overLimit) {
res.status(429).send('Too many requests - try again later')
return
}
// 允许访问资源
res.send("Accessed the precious resources!")})

应用级速率限制

在下一步中，我们将定义速率限制器函数 isOverLimit。

步骤2：使用Redis添加速率限制器

Redis是一个内存中键值数据库，因此它可以非常快速地检索数据。使用Redis实施速率限制也非常简单。

存储一个像用户IP地址一样的key。

增加从该IP发出的调用数量

在指定时间段后使记录过期

下图所示的限速算法是一个滑动窗口计数器的例子。一个用户如果提交的调用数量适中，或者随着时间的推移将它们分隔开，就永远不会达到速率限制。超过10秒窗口内最大请求的用户必须等待足够的时间来恢复其请求。

限速算法：滑动窗口计数器

从命令行为Node安装一个名为ioredis的Redis客户端。

$ npm install ioredis

在本地启动Redis服务器。

$ redis-server

然后在 index.js 中要求并初始化Redis客户端。

const redis = require('ioredis')
const client = redis.createClient({
port: process.env.REDIS_PORT || 6379,
host: process.env.REDIS_HOST || 'localhost',
})
client.on('connect', function () {
console.log('connected');});

定义我们上一步开始写的isOverLimit函数，按照Redis的这个模式，按照IP来保存一个计数器。

async function isOverLimit(ip) {
let res
try {
res = await client.incr(ip)
} catch (err) {
console.error('isOverLimit: could not increment key')
throw err
}
console.log(`${ip} has value: ${res}`)
if (res > 10) {
return true
}
client.expire(ip, 10)}

这就是速率限制器。

当用户调用API时，我们会检查Redis以查看该用户是否超出限制。如果是这样，API将立即返回HTTP 429状态代码，并显示消息 Too many requests — try again later 。如果用户在限制之内，我们将继续执行下一个代码块，在该代码块中，我们可以允许访问受保护的资源（例如数据库）。

在进行速率限制检查期间，我们在Redis中找到用户的记录，并增加其请求计数，如果Redis中没有该用户的记录，那么我们将创建一个新记录。最后，每条记录将在最近一次活动的10秒内过期。

在下一步中，请确保我们的限速器正常运行。