通过Node和Redis进行API速率限制

原文： codeburst.io
作者：Joyce Lin

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：

1. 创建一个Node应用
2. 使用Redis添加速率限制器
3. 在Postman中测试

在 GitHub上查看代码示例。

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
复制代码

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
复制代码

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}`))
复制代码

从命令行启动服务器。

   $ node index.js
复制代码

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!")
})
复制代码

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。

从命令行为Node安装一个名为ioredis的Redis客户端。

   $ npm install ioredis
复制代码

在本地启动Redis服务器。

   $ redis-server
复制代码

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');
});
复制代码

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)
}
复制代码

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。

步骤3：在Postman中进行测试

保存更改，然后重新启动服务器。我们将使用Postman将 POST 请求发送到我们的API服务器，该服务器在本地运行，网址为 http:// localhost:3000。

继续快速连续发送请求以达到你的速率限制。

关于限速的最终想法

这是Node和Redis的速率限制器的简单示例，这只是开始。有一堆策略和工具可以用来架构和实现你的速率限制。而且还有其他的增强功能可以通过这个例子来探索，比如：

• 在响应正文或作为 Retry-after 标头中，让用户知道在重试之前应该等待多少时间
• 记录达到速率限制的请求，以了解用户行为并警告恶意攻击
• 尝试使用其他速率限制算法或其他中间件

请记住，当你研究API限制时，你是在性能、安全性和用户体验之间进行权衡。你理想的速率限制解决方案将随着时间的推移而改变，同时也会考虑到这些因素。

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