OpenResty（Nginx+Redis+Lua）实现缓存限流

news2024/11/23 14:56:48

OpenResty介绍

OpenResty(又称：ngx_openresty) 是一个基于 nginx的可伸缩的 Web 平台，由中国人章亦春发起，提供了很多高质量的第三方模块。

OpenResty 是一个强大的 Web 应用服务器，Web 开发人员可以使用 Lua 脚本语言调动 Nginx 支持的各种 C 以及 Lua 模块,更主要的是在性能方面，OpenResty可以 快速构造出足以胜任 10K 以上并发连接响应的超高性能 Web 应用系统。

360，UPYUN，阿里云，新浪，腾讯网，去哪儿网，酷狗音乐等都是 OpenResty 的深度用户。

OpenResty 简单理解成 就相当于封装了nginx，并且集成了LUA脚本，开发人员只需要简单的其提供了模块就可以实现相关的逻辑，而不再像之前，还需要在nginx中自己编写lua的脚本，再进行调用了。

在nginx的基础上扩展，加入LUA脚本。并发从nginx–>>5w并发到10k以上。

安装openresty

linux安装openresty:

1.添加仓库执行命令

 yum install yum-utils
 yum-config-manager --add-repo https://openresty.org/package/centos/openresty.repo

2.执行安装

yum install openresty

3.安装成功后 会在默认的目录如下：

/usr/local/openresty

安装nginx

默认已经安装好了nginx,在目录：/usr/local/openresty/nginx 下。

修改/usr/local/openresty/nginx/conf/nginx.conf,将配置文件使用的根设置为root,目的就是将来要使用lua脚本的时候 ，直接可以加载在root下的lua脚本。

cd /usr/local/openresty/nginx/conf
vi nginx.conf

修改代码如下：

在这里插入图片描述

测试访问

重启下centos虚拟机，然后访问测试Nginx

访问地址：http://192.168.211.132/

在这里插入图片描述

广告缓存的载入与读取例子

需求分析

需要在页面上显示广告的信息。缓存图片和url。

nginx+redis+lua缓存思路

nginx+redis+lua缓存，达到高并发10k以上。

在这里插入图片描述

1.首先访问nginx ，我们可以采用缓存的方式，先从nginx本地缓存中获取，获取到直接响应
2.如果没有获取到，再次访问redis，我们可以从redis中获取数据，如果有则返回，并缓存到nginx中
3.如果没有获取到，再次访问mysql，我们从mysql中获取数据，再将数据存储到redis中，返回。

Lua+Nginx配置

(1)实现思路-查询数据放入redis中

实现思路：

定义请求：用于查询数据库中的数据更新到redis中。

a.连接mysql ，按照广告分类ID读取广告列表，转换为json字符串。

b.连接redis，将广告列表json字符串存入redis 。

定义请求：

请求：
	/update_content
参数：
	id  --指定广告分类的id
返回值：
	json

请求地址：<http://192.168.211.132/update_content?id=1>

创建/root/lua目录，在该目录下创建update_content.lua： 目的就是连接mysql 查询数据 并存储到redis中。

在这里插入图片描述

这里的redis没有设置访问密码，数据格式是"content_"…id，值。redis过期2分钟

上图代码如下：

ngx.header.content_type="application/json;charset=utf8"
local cjson = require("cjson")
local mysql = require("resty.mysql")
local uri_args = ngx.req.get_uri_args()
local id = uri_args["id"]

local db = mysql:new()
db:set_timeout(1000)
local props = {
    host = "192.168.169.140",
    port = 3306,
    database = "changgou_content",
    user = "root",
    password = "123456"
}

local res = db:connect(props)
local select_sql = "select url,pic from tb_content where status ='1' and category_id="..id.." order by sort_order"
res = db:query(select_sql)
db:close()

local redis = require("resty.redis")
local red = redis:new()
red:set_timeout(2000)

local ip ="192.168.169.140"
local port = 6379
red:connect(ip,port)
red:set("content_"..id,cjson.encode(res))
red:close()

ngx.say("{flag:true}")

修改/usr/local/openresty/nginx/conf/nginx.conf文件： 添加头信息，和 location信息

这里是/update_content路径由update_content.lua程序控制。

在这里插入图片描述

代码如下：

server {
    listen       80;
    server_name  localhost;

    location /update_content {
        content_by_lua_file /root/lua/update_content.lua;
    }
}

定义lua缓存命名空间，修改nginx.conf，添加如下代码即可：

在这里插入图片描述

代码如下：

lua_shared_dict dis_cache 128m;

请求<http://192.168.211.132/update_content?id=1>可以实现缓存的添加，查看redis如下：

在这里插入图片描述

(2)实现思路-从redis中获取数据

实现思路：

定义请求，用户根据广告分类的ID 获取广告的列表。通过lua脚本直接从redis中获取数据即可。

定义请求：

请求:/read_content
参数：id
返回值：json

在/root/lua目录下创建read_content.lua:

--设置响应头类型
ngx.header.content_type="application/json;charset=utf8"
--获取请求中的参数ID
local uri_args = ngx.req.get_uri_args();
local id = uri_args["id"];
--引入redis库
local redis = require("resty.redis");
--创建redis对象
local red = redis:new()
--设置超时时间
red:set_timeout(2000)
--连接
local ok, err = red:connect("192.168.169.140", 6379)
--获取key的值
local rescontent=red:get("content_"..id)
--输出到返回响应中
ngx.say(rescontent)
--关闭连接
red:close()

在/usr/local/openresty/nginx/conf/nginx.conf中配置如下：

如图：

在这里插入图片描述

代码：

location /read_content {
     content_by_lua_file /root/lua/read_content.lua;
}

(3)加入openresty本地缓存

如上的方式没有问题，但是如果请求都到redis，redis压力也很大，所以我们一般采用多级缓存的方式来减少下游系统的服务压力。参考基本思路图的实现。

真正的思路：

先查询openresty本地缓存 如果 没有

再查询redis中的数据，如果没有

再查询mysql中的数据，但凡有数据 则返回即可。

修改read_content.lua文件，代码如下：

在这里插入图片描述

上图代码如下：

ngx.header.content_type="application/json;charset=utf8"
local uri_args = ngx.req.get_uri_args();
--获取路径中id值
local id = uri_args["id"];
--获取本地缓存
local cache_ngx = ngx.shared.dis_cache;
--根据ID 获取本地nginx缓存数据
local contentCache = cache_ngx:get('content_cache_'..id);
--本地nginx不存在
if contentCache == "" or contentCache == nil then
    --连接redis
    local redis = require("resty.redis");
    local red = redis:new()
    --连接时间2分钟
    red:set_timeout(2000)
    red:connect("192.168.169.140", 6379)
    --根据ID 获取redis缓存数据
    local rescontent=red:get("content_"..id);
    
    --不存在则获取数据库
    if ngx.null == rescontent then
        local cjson = require("cjson");
        local mysql = require("resty.mysql");
        local db = mysql:new();
        --连接时间
        db:set_timeout(2000)
        --数据库连接
        local props = {
            host = "192.168.169.140",
            port = 3306,
            database = "changgou_content",
            user = "root",
            password = "123456"
        }
        local res = db:connect(props);
        --sql获取
        local select_sql = "select url,pic from tb_content where status ='1' and category_id="..id.." order by sort_order";
        res = db:query(select_sql);
        local responsejson = cjson.encode(res);
        --存入redis
        red:set("content_"..id,responsejson);
        ngx.say(responsejson);
        db:close()
    else
        --nginx缓存时间10分钟
        cache_ngx:set('content_cache_'..id, rescontent, 10*60);
        ngx.say(rescontent)
    end
    red:close()
else
    ngx.say(contentCache)
end

2个lua脚本

测试地址：http://192.168.211.132/update_content?id=1

此时会将分类ID=1的所有广告查询出来，并存入到Redis缓存。

在这里插入图片描述

测试地址：http://192.168.211.132/read_content?id=1

此时会获取分类ID=1的所有广告信息。

在这里插入图片描述

nginx限流

一般情况下，首页的并发量是比较大的，即使 有了多级缓存，当用户不停的刷新页面的时候，也是没有必要的，另外如果有恶意的请求 大量达到，也会对系统造成影响。

而限流就是保护措施之一。

限制一个ip在一定的时间段内最多请求次数

生活中限流对比

  • 水坝泄洪，通过闸口限制洪水流量（控制流量速度）。
  • 办理银行业务：所有人先领号，各窗口叫号处理。每个窗口处理速度根据客户具体业务而定，所有人排队等待叫号即可。若快下班时，告知客户明日再来(拒绝流量)
  • 火车站排队买票安检，通过排队 的方式依次放入。（缓存带处理任务）

nginx的限流

nginx提供两种限流的方式：

  • 一是控制速率（每秒多少个）
  • 二是控制并发连接数（一个ip一秒只能几个）

控制速率

控制速率的方式之一就是采用漏桶算法。

(1)漏桶算法实现控制速率限流

防止雪崩。

漏桶(Leaky Bucket)算法思路很简单,水(请求)先进入到漏桶里,漏桶以一定的速度出水(接口有响应速率),当水流入速度过大会直接溢出(访问频率超过接口响应速率),然后就拒绝请求,可以看出漏桶算法能强行限制数据的传输速率.示意图如下:

在这里插入图片描述

(2)nginx的配置

配置示意图如下：

在这里插入图片描述

修改/usr/local/openresty/nginx/conf/nginx.conf:

user  root root;
worker_processes  1;

events {
    worker_connections  1024;
}

http {
    include       mime.types;
    default_type  application/octet-stream;

    #cache
    lua_shared_dict dis_cache 128m;

    #限流设置 binary_remote_addr:根据请求ip进行限流
    #contentRateLimit是lou'tong漏桶 10m 缓存大小  
    #2r/s是每秒该ip只能2个请求
    limit_req_zone $binary_remote_addr zone=contentRateLimit:10m rate=2r/s;

    sendfile        on;
    #tcp_nopush     on;

    #keepalive_timeout  0;
    keepalive_timeout  65;

    #gzip  on;

    server {
        listen       80;
        server_name  localhost;

        location /update_content {
            content_by_lua_file /root/lua/update_content.lua;
        }

        location /read_content {
            #使用限流配置
            limit_req zone=contentRateLimit;
            content_by_lua_file /root/lua/read_content.lua;
        }
    }
}

配置说明：

binary_remote_addr 是一种key，表示基于 remote_addr(客户端IP) 来做限流，binary_ 的目的是压缩内存占用量。
zone：定义共享内存区来存储访问信息， contentRateLimit:10m 表示一个大小为10M，名字为contentRateLimit的内存区域。1M能存储16000 IP地址的访问信息，10M可以存储16W IP地址访问信息。
rate 用于设置最大访问速率，rate=10r/s 表示每秒最多处理10个请求。Nginx 实际上以毫秒为粒度来跟踪请求信息，因此 10r/s 实际上是限制：每100毫秒处理一个请求。这意味着，自上一个请求处理完后，若后续100毫秒内又有请求到达，将拒绝处理该请求.我们这里设置成2 方便测试。

测试：

重新加载配置文件

cd /usr/local/openresty/nginx/sbin

./nginx -s reload

默认nginx是80端口，不用写进去。

访问页面：http://192.168.211.132/read_content?id=1 ,连续刷新会直接报错。

在这里插入图片描述

(3)处理突发流量

上面例子限制 2r/s，如果有时正常流量突然增大，超出的请求将被拒绝，无法处理突发流量，可以结合 burst 参数使用来解决该问题。

例如，如下配置表示：

在这里插入图片描述

上图代码如下：

server {
    listen       80;
    server_name  localhost;
    location /update_content {
        content_by_lua_file /root/lua/update_content.lua;
    }
    location /read_content {
        limit_req zone=contentRateLimit burst=4;
        content_by_lua_file /root/lua/read_content.lua;
    }
}

burst 译为突发、爆发，表示在超过设定的处理速率后能额外处理的请求数,当 rate=10r/s 时，将1s拆成10份，即每100ms可处理1个请求。

此处，**burst=4 **，若同时有4个请求到达，Nginx 会处理第一个请求，剩余3个请求将放入队列，然后每隔500ms从队列中获取一个请求进行处理。若请求数大于4，将拒绝处理多余的请求，直接返回503.

不过，单独使用 burst 参数并不实用。假设 burst=50 ，rate依然为10r/s，排队中的50个请求虽然每100ms会处理一个，但第50个请求却需要等待 50 * 100ms即 5s，这么长的处理时间自然难以接受。

因此，burst 往往结合 nodelay 一起使用。

例如：如下配置：

server {
    listen       80;
    server_name  localhost;
    location /update_content {
        content_by_lua_file /root/lua/update_content.lua;
    }
    location /read_content {
        limit_req zone=contentRateLimit burst=4 nodelay;
        content_by_lua_file /root/lua/read_content.lua;
    }
}

如上表示：nodelay并行处理

平均每秒允许不超过2个请求，突发不超过4个请求，并且处理突发4个请求的时候，没有延迟，等到完成之后，按照正常的速率处理。

如上两种配置结合就达到了速率稳定，但突然流量也能正常处理的效果。完整配置代码如下：

user  root root;
worker_processes  1;

events {
    worker_connections  1024;
}

http {
    include       mime.types;
    default_type  application/octet-stream;

    #cache
    lua_shared_dict dis_cache 128m;

    #限流设置
    limit_req_zone $binary_remote_addr zone=contentRateLimit:10m rate=2r/s;

    sendfile        on;
    #tcp_nopush     on;

    #keepalive_timeout  0;
    keepalive_timeout  65;

    #gzip  on;

    server {
        listen       80;
        server_name  localhost;

        location /update_content {
            content_by_lua_file /root/lua/update_content.lua;
        }

        location /read_content {
            limit_req zone=contentRateLimit burst=4 nodelay;
            content_by_lua_file /root/lua/read_content.lua;
        }
    }
}

测试：如下图 在1秒钟之内可以刷新4次，正常处理。

在这里插入图片描述

但是超过之后，连续刷新5次，抛出异常。

在这里插入图片描述

控制并发量（连接数）

ngx_http_limit_conn_module 提供了限制连接数的能力。主要是利用limit_conn_zone和limit_conn两个指令。

利用连接数限制 某一个用户的ip连接的数量来控制流量。

注意：并非所有连接都被计算在内只有当服务器正在处理请求并且已经读取了整个请求头时，才会计算有效连接。此处忽略测试。

配置语法：

Syntax:	limit_conn zone number;
Default: —;
Context: http, server, location;

(1)配置限制固定连接数

如下，配置如下：

在这里插入图片描述

上图配置如下：

http {
    include       mime.types;
    default_type  application/octet-stream;

    #cache
    lua_shared_dict dis_cache 128m;

    #限流设置
    limit_req_zone $binary_remote_addr zone=contentRateLimit:10m rate=2r/s;

    #根据IP地址来限制，存储内存大小10M
    limit_conn_zone $binary_remote_addr zone=addr:1m;

    sendfile        on;
    #tcp_nopush     on;

    #keepalive_timeout  0;
    keepalive_timeout  65;

    #gzip  on;

    server {
        listen       80;
        server_name  localhost;
        #所有以brand开始的请求，访问本地changgou-service-goods微服务
        location /brand {
            limit_conn addr 2;
            proxy_pass http://192.168.211.1:18081;
        }

        location /update_content {
            content_by_lua_file /root/lua/update_content.lua;
        }

        location /read_content {
            limit_req zone=contentRateLimit burst=4 nodelay;
            content_by_lua_file /root/lua/read_content.lua;
        }
    }
}

表示：

        location /brand {
            limit_conn addr 2;
            proxy_pass http://192.168.211.1:18081;
        }
        
limit_conn_zone $binary_remote_addr zone=addr:10m;  表示限制根据用户的IP地址来显示，设置存储地址为的内存大小10M

limit_conn addr 2;   表示 同一个地址只允许连接2次。

此时开3个线程，测试的时候会发生异常，开2个就不会有异常。

jmeter测试：

在这里插入图片描述

(2)限制每个客户端IP与服务器的连接数，同时限制与虚拟服务器的连接总数。(了解)

如下配置：

limit_conn_zone $binary_remote_addr zone=perip:10m;
limit_conn_zone $server_name zone=perserver:10m; 

server {  
    listen       80;
    server_name  localhost;
    charset utf-8;
    location / {
        limit_conn perip 10;#单个客户端ip与服务器的连接数 ip并发每秒
        limit_conn perserver 100; #限制与服务器的总连接数 总并发每秒
        root   html;
        index  index.html index.htm;
    }
}

#每次修改都要重新加载
cd /usr/local/openresty/nginx/sbin

./nginx -s reload

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在编程中&#xff0c;您经常需要处理变量的范围。变量的作用域决定了是否可以在特定代码块内访问和修改它。 在本教程中&#xff0c;你将了解 C 编程语言中的变量作用域。您将看到一些代码示例&#xff0c;以帮助您了解局部变量和全局变量之间的差异。 目录 变量的作用域是什…
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react源码解析3.react源码架构

react源码解析3.react源码架构

这一章的目的是让我们认识一下react源码架构和各个模块。 在真正的代码学习之前&#xff0c;我们需要在大脑中有一个react源码的地图&#xff0c;知道react渲染的大致流程和框架&#xff0c;这样才能从上帝视角看react是怎么更新的&#xff0c;来吧少年。 react的核心可以用u…
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头条权重如何在线查询，头条权重为0怎么办

头条权重如何在线查询，头条权重为0怎么办

每个用心用自媒体的创作者们&#xff0c;都听说过权重一说&#xff0c;权重高&#xff0c;也就意味着你的这个账号属于优质账号&#xff0c;推荐量会相应增加&#xff0c;还有一些自媒体会有创作者账号的白名单&#xff0c;优质账号会放在白名单里。 头条权重如何在线查询&…
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适用于校园学生公寓的联网智能门锁

适用于校园学生公寓的联网智能门锁

常言道&#xff1a;365行&#xff0c;行行出状元。每一个行业都有其特色&#xff0c;每一个行业都离不开一个共同的话题——安全。以联网智能门锁为例&#xff0c;早期的普通智能门锁主要应用于家庭、酒店等场景&#xff0c;能够满足几口之间、小规模流动人员场景使用需求。随着…
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yolov8训练自己的数据集

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太卷了&#xff01;&#xff01;&#xff01;&#xff01; 太卷了&#xff01;&#xff01;&#xff01;&#xff01;太卷了&#xff01;&#xff01;&#xff01;&#xff01;&#xff01;太卷了&#xff01;&#xff01;&#xff01;&#xff01;&#xff01;太卷了&#xff…
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【Nginx】Nginx简介

【Nginx】Nginx简介

1. 什么是nginx2. 正向代理与反向代理 2.1 概念2.2 区别 正向代理:客户端 <一> 代理 一>服务端反向代理:客户端 一>代理 <一> 服务端 3. 负载均衡4. 动静分离 1. 什么是nginx Nginx (“engine x”) 是一个高性能的 HTTP 和反向代理服务器,特点是占有内存少…
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