Redis의 분산 전류 제한 메커니즘 구현 방법

인터넷 애플리케이션의 발전과 함께 높은 동시 접속률은 인터넷 기업에게 매우 중요한 문제가 되었습니다. 시스템의 안정성을 보장하기 위해서는 악의적인 공격이나 과도한 접근으로 인해 시스템 충돌이 발생하지 않도록 접근을 제한해야 합니다. 전류 제한 메커니즘은 인터넷 애플리케이션에서 널리 사용됩니다. 널리 사용되는 캐시 데이터베이스인 Redis도 분산형 전류 제한 솔루션을 제공합니다.

Redis의 전류 제한 메커니즘에는 주로 다음과 같은 두 가지 구현 방법이 있습니다.

1. 토큰 버킷 알고리즘을 기반으로 한 전류 제한

토큰 버킷 알고리즘은 인터넷에서 일반적으로 사용되는 전류 제한 알고리즘 중 하나입니다. 토큰 버킷 알고리즘을 기반으로 하는 알고리즘입니다. 이 솔루션의 구현은 주로 Redis의 순서 집합(zset)과 Lua 스크립트를 기반으로 합니다.

토큰 버킷 알고리즘의 원리는 토큰이 특정 비율로 들어가는 고정 용량 버킷입니다. 각 요청은 처리되기 전에 버킷에서 토큰을 얻어야 합니다. 버킷에 토큰이 없으면 요청이 거부됩니다.

Redis에서는 주문 세트(zset)를 사용하여 토큰 버킷을 구축할 수 있습니다. 순서 집합의 각 요소는 토큰을 나타내고, 점수는 토큰 도착 시간을 나타내며, 값은 임의의 값이 될 수 있습니다. Lua 스크립트는 토큰 획득 작업을 구현하는 데 사용됩니다. 구체적인 구현 코드는 다음과 같습니다.

-- 获取令牌
local function acquire_token(key, rate, capacity, now)
  local current_capacity = redis.call("zcount", key, "-inf", "+inf")
  local delta_time = 1000 / rate
  local expected_token = math.floor((now - delta_time * capacity) / delta_time)
  local available_token = math.min(expected_token - current_capacity, capacity)
  if available_token > 0 then
    local members = {}
    for i = 1, available_token do
      members[i] = now
    end
    redis.call("zadd", key, unpack(members))
  end

  local current_time = now
  local stop_time = current_time + 1000
  local expire_time = stop_time - delta_time * (available_token - 1)
  local result = redis.call("zrangebyscore", key, "-inf", expire_time)
  if #result > 0 then
    redis.call("zrem", key, unpack(result))
    return 1
  end

  return 0
end

-- 调用获取令牌操作
local result = acquire_token(KEYS[1], ARGV[1], ARGV[2], ARGV[3])
return result

그 중 KEYS[1]은 현재 제한 Key를 나타내고, ARGV[1]은 토큰이 들어가는 비율을 나타내고, ARGV[2]는 버킷의 용량을 나타내며, ARGV[3]은 현재 시간을 나타냅니다.

2. 깔때기 알고리즘에 따른 전류 제한

깔때기 알고리즘도 일반적으로 사용되는 전류 제한 알고리즘으로, 깔때기가 가득 차면 요청이 깔때기로 흘러 들어갑니다. Redis에서는 순서 집합(zset)과 Lua 스크립트를 사용하여 퍼널 알고리즘을 구현할 수도 있습니다.

퍼널 알고리즘은 마지막 요청 시간과 버킷의 현재 용량을 기록하기 위해 퍼널 객체를 유지해야 합니다. 새로운 요청이 오면 알고리즘은 현재 시간과 마지막 요청 시간의 차이를 기반으로 퍼널의 용량 증가를 계산합니다. 용량이 버킷의 최대 용량보다 작으면 요청이 통과되고 용량이 줄어들며 그렇지 않으면 요청이 거부됩니다.

구체적인 구현 코드는 다음과 같습니다.

-- 获取令牌
local function acquire_token(key, rate, capacity, now)
  local current_capacity = redis.call("hget", key, "capacity")
  local last_time = redis.call("hget", key, "last_time")

  if current_capacity == redis.error_reply or current_capacity == ngx.null then
    current_capacity = capacity
    redis.call("hset", key, "capacity", current_capacity)
  else
    current_capacity = tonumber(current_capacity)
  end

  if last_time == redis.error_reply or last_time == ngx.null then
    last_time = now
    redis.call("hset", key, "last_time", last_time)
  else
    last_time = tonumber(last_time)
  end

  local delta_time = now - last_time
  local expected_capacity = delta_time * rate / 1000 + current_capacity
  local actual_capacity = math.min(expected_capacity, capacity)

  if actual_capacity >= 1 then
    redis.call("hset", key, "capacity", actual_capacity - 1)
    redis.call("hset", key, "last_time", now)
    return 1
  end

  return 0
end

-- 调用获取令牌操作
local result = acquire_token(KEYS[1], ARGV[1], ARGV[2], ARGV[3])
return result

그 중 KEYS[1]은 전류 제한 Key를 나타내고, ARGV[1]은 깔때기의 물 첨가율을 나타내며, ARGV[2]는 깔때기의 용량을 나타내며, ARGV[3]은 현재 시간을 나타냅니다.

요약

Redis에서 제공하는 분산 전류 제한 메커니즘은 동시 액세스를 효과적으로 제어하고 시스템의 안정성을 보장할 수 있습니다. 비즈니스 요구에 따라 현재 제한 알고리즘으로 토큰 버킷 알고리즘 또는 퍼널 알고리즘을 선택할 수 있으며 Redis의 순서 집합(zset) 및 Lua 스크립트를 통해 구현할 수 있습니다. 전류 제한 메커니즘을 적용할 때 사용자 경험에 부정적인 영향을 미치지 않도록 특정 비즈니스 시나리오 및 트래픽 특성을 기반으로 알고리즘 매개변수를 합리적으로 구성해야 한다는 점에 유의해야 합니다.

위 내용은 Redis의 분산 전류 제한 메커니즘 구현 방법의 상세 내용입니다. 자세한 내용은 PHP 중국어 웹사이트의 기타 관련 기사를 참조하세요!