深入解析Nginx限流策略：如何高效控制访问频率

摘要：本文将详细介绍Nginx限流模块的使用方法，包括基于IP地址的限流、基于并发连接的限流以及如何应对突发流量。通过实际案例，帮助读者掌握Nginx限流策略，确保服务器在高并发场景下的稳定运行。

一、引言

在高并发场景下，服务器资源有限，为防止恶意访问或突发流量导致服务器过载，需要对访问频率进行限制。Nginx作为一款高性能的Web服务器，提供了丰富的限流模块，可以帮助我们实现这一需求。本文将重点介绍Nginx限流模块的使用方法。

二、Nginx速率限流

Nginx使用 ngx_http_limit_req_module 模块进行限流，基于漏桶算法原理实现。主要包括以下三个指令：

limit_req_zone：定义限流区域，用于存储客户端请求的计数信息。
limit_req：限制每个请求的处理速率。
limit_req_status：设置限流时返回给客户端的错误状态码。

定义限流空间

语法：limit_req_zone key zone rate

key：定义限流对象，如binary_remote_addr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请求计数信息， ipRateLimit:10m 表示创建一个名字为ipRateLimit，大小为10M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

案例：

limit_req_zone $binary_remote_addr zone=ipRateLimit:10m rate=10r/s;

这里，$binary_remote_addr表示客户端IP地址，zone=ipRateLimit:10m表示创建一个名为ipRateLimit的共享内存区域，大小为10MB，rate=1r/s表示每秒最多处理10个请求。

应用限流规则

我们需要先配置限流缓存空间，然后在对应请求的location段下面添加以下配置：

语法：

limit_req zone=ipRateLimit burst=5 nodelay;
limit_req_status 429;

zone=ipRateLimit：指定一个共享内存区域，需要在http段或server段中先定义这个区域
burst=5：设置一个缓冲区大小，允许短时间内超过限制的请求数量。在这个例子中，缓冲区大小为5，意味着如果客户端在短时间内发送了超过限制的请求，Nginx会允许最多5个请求进入缓冲区等待处理。
nodelay：当启用这个参数时，Nginx会立即处理缓冲区中的请求，而不是按照配置的速率（rate）延迟处理。如果不使用nodelay，即使缓冲区中有请求，Nginx也会按照配置的速率来处理请求。
limit_req_status：设置返回给客户端的错误状态码

这里，zone=ipRateLimit指定使用前面定义的限流区域，burst=5表示允许短时间内超过限制的请求数量为5个，nodelay表示立即处理超出限制的请求。如果请求超出了限制，Nginx将返回429状态码（Too Many Requests）

实战配置

http {  
	# 定义限流区域配置
    limit_req_zone $binary_remote_addr zone=one:10m rate=10/s;  
    
    server {  
        listen 80;  
        server_name www.changai.online;  
        root /opt/software/run/web/dist;  
        index index.html;  
  
        location / {  
  			# 应用限流规则
            limit_req zone=one burst=20 nodelay; 
            limit_req_status 429;
            
            proxy_set_header Host $host;  
            proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;  
            proxy_set_header REMOTE-HOST $remote_addr;  
            proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;  
        }   
    }  
}

重启启动nginx，频繁访问具有限流配置的请求。

在这里插入图片描述

error重定向

在Nginx中，当使用limit_req模块进行请求速率限制，并且请求超出了设定的速率限制时，默认情况下Nginx会返回503 Service Temporarily Unavailable错误。如果你想要在这种情况下返回指定的页面（比如一个友好的错误页面），你可以通过error_page指令来实现，通过error_page指令来捕获503错误，并将其重定向到你指定的页面。

http {  
    # ... 其他http块配置 ...  
  
    # 定义请求限制区域  
    limit_req_zone $binary_remote_addr zone=ipRateLimit:10m rate=10r/s;  
  
    server {  
        listen       80;  
        server_name  localhost;  
  
        # 定义错误页面位置  
        error_page 503 @limit_error;  
  
        # 请求速率限制  
        limit_req zone=ipRateLimit burst=10 nodelay;  
  
        # 其他server块配置...  
  
        # 捕获503错误并返回指定页面  
        location @limit_error {  
            # 指定错误页面的路径，这里假设你的错误页面是/error/503.html  
            root /path/to/your/error/pages;  
            try_files /error/503.html =503;  
        }  
  
        location / {  
            # ... 其他location块配置 ...  
        }  
  
        # ... 其他location块 ...  
    }  
  
    # ... 其他server块或http块配置 ...  
}

在这个配置中，当请求因为超出ipRateLimit区域的速率限制而被Nginx拒绝时，Nginx会返回503错误。由于我们在server块中设置了error_page 503 @limit_error;，所以Nginx会捕获这个503错误，并将请求内部重定向到名为@limit_error的location块。在这个location块中，我们指定了错误页面的路径，并通过try_files指令尝试直接服务该页面。如果找不到该页面，则Nginx会再次返回503错误（但通常你已经提供了页面，所以这种情况不会发生）。

请注意，你需要将/path/to/your/error/pages替换为你的错误页面实际所在的目录路径，并将/error/503.html替换为你想要返回的具体错误页面文件名。

效果：
在这里插入图片描述

参数详解

1. burst参数作用？

burst参数在Nginx的limit_req模块中非常有用，它为处理突发流量提供了一个缓冲区，当请求以不超过rate定义的速率到达时，Nginx会按照配置的速率处理请求，此时burst不起作用。当请求速率超过rate时，超出的请求会被放入一个队列中，这个队列的大小由burst定义。如果队列已满，额外的请求将被延迟处理或直接丢弃，这取决于是否配置了nodelay参数。
我们需要配置burst来应对一些正常的请求突发情况，对于超出rate速率的请求，如果超出部分请求在burst配置范围内则会被立即处理，但这些请求属于是特殊处理，即使后续又来了请求且在rate速率内也不会马上处理，需要将burst额外占用的请求补上才能处理后续的请求。这既可以解决正常用户的访问，也能避免服务器受到攻击。

2. burst设置多少合适？

burst的大小应小于等于最大预期突发流量：如果你预期会有突发流量，burst的大小应该设置得足够大，以处理这些突发请求，但不应过大，以免影响服务器的稳定性。
rate与burst的比例：通常，rate应该设置得足够低，以确保服务器不会因为请求处理而超载，而burst则应该设置得足够高，以处理正常的突发流量。burst的大小通常是rate的几倍，具体数值取决于应用程序的具体需求和服务器的能力。
处理延迟：如果burst设置得过大，而rate保持不变，那么在处理完burst中的所有请求后，后续请求可能会经历较长的等待时间，因为Nginx会按照rate的速率逐个处理队列中的请求。

2. nodelay参数作用

当启用这个参数时，Nginx会立即处理缓冲区中的请求，而不是按照配置的速率（rate）延迟处理。如果没有使用nodelay参数，Nginx默认会延迟处理超出rate和burst定义的请求数量。这意味着超出部分的请求不会立即被丢弃，而是会被放入队列中，Nginx会按照配置的速率（rate）逐个处理队列中的请求。
如果你使用了nodelay参数，Nginx会立即处理所有在burst大小内的请求，而不会按照rate定义的速率进行延迟。这意味着在burst允许的额外请求数量内，请求会尽可能快地被处理
总结来说，Nginx默认的行为是延迟处理超出rate和burst的请求，除非你使用了nodelay参数或者请求量非常大导致队列溢出，这时超出的请求可能会被丢弃。

三、Nginx连接限流

在Web服务器的高并发场景中，除了限制请求速率外，限制并发连接数也是保护服务器资源的一个重要手段。Nginx的ngx_http_limit_conn_module模块正是为了满足这一需求而设计的。本文将带你了解如何使用这个模块来设置连接限制。

定义限流区域

首先，在Nginx配置文件的http段中定义一个限流区域：

limit_conn_zone $binary_remote_addr zone=connLimitZone:10m;

这里，$binary_remote_addr是客户端IP地址的变量，zone=connLimitZone:10m定义了一个名为connLimitZone的共享内存区域，大小为10MB。

应用限流规则

接下来，在server或location块中应用连接限制：

limit_conn connLimitZone 10;

这个配置表示，对于每个客户端IP，最多允许10个并发连接。

处理超出连接

当客户端的并发连接数超过限制时，Nginx默认的行为是拒绝新的连接。我们可以通过日志记录超出限制的连接，以便于后续分析。

limit_conn_log_level error;
limit_conn_status 503;

这里，limit_conn_log_level设置记录日志的级别，limit_conn_status设置返回给客户端的错误状态码（503表示服务不可用）。

实战配置

http {
    limit_conn_zone $binary_remote_addr zone=connLimitZone:10m;

    server {
    
        location /download/ {
            limit_conn connLimitZone 5;
            limit_conn_log_level warn;
            limit_conn_status 503;
            # 其他location配置...
        }
    }
}