Node.js 中的速率限制

引言

并发控制是现代 Web 开发的关键组成部分，因为 API 和服务必须能够妥善处理大量请求。本研究是在 Node.js 的背景下进行的。速率限制技术可以减少滥用并控制流量，以确保应用程序的良好运行和可用性。

什么是速率限制？

速率限制 是一种技术，它帮助客户端限制开发人员在特定时间段内向服务器发出的请求数量。它确保没有特定客户端或一组客户端以过多请求压垮服务器，导致服务器性能受到影响、服务器崩溃或被锁定，或故意拒绝为客户端提供服务。

速率限制的重要性体现在哪里？

• 防止滥用： 在此，速率限制可防止一个或多个客户端在一定时间内通过 API 发出大量请求。
• 确保公平使用： 此功能可以控制 API 的使用，使任何用户都不会主导 API 对资源的利用。
• 维护性能： 这有助于确保应用程序运行最优化，并能适当响应用户，因为它能防止服务器过载。
• 成本管理： 对于按使用量计费的服务，速率限制是控制服务成本的一种方式，通过限制使用量。
• 合规性： 一些监管要求和操作标准建议出于安全目的包含速率限制。

速率限制的基本理念

• 请求配额： 它确定了每段时间允许的总请求数。
• 时间窗口： 计算请求以达到请求配额的时间段。
• 令牌： 许多算法都使用令牌，令牌用于表示会随时间补充的请求。
• 节流： 防止服务提供商过载的过程，拒绝超过允许的请求或减慢这些请求的速度。

常见的速率限制算法

• 固定窗口算法： 它在定义的固定时间间隔内（例如，在一分钟内）计算请求数。
• 滑动窗口算法： 它使用滑动窗口处理请求，使速率限制体验更加顺畅。
• 漏桶算法： 它以预定的速率处理尽可能多的请求，同时丢弃剩余的请求，从而调节速率。
• 令牌桶算法： 它涉及使用令牌来实现偶尔的短时间爆发，然后以固定的频率重新填充令牌。

它们是一套防止过载的规则或程序，因此，包括有关如何在 Node.js 中示例速率限制的指南。

实际考虑

• 粒度： 它决定了速率限制的级别，例如用户级别、IP 级别或 API 密钥级别。
• 有状态性： 决定是使用全局和基于连接的速率限制。在有状态模式下，必须保留计数器和时间戳；而在无状态模式下，则使用加密令牌。
• 存储： 选择合适的介质来存储请求数据，可以是内存中的缓存（例如 Redis）或数据库。
• 定制： 按用户、其订阅类型甚至特定的 API 端点配置速率限制。
• 监控和警报： 步骤包括：建立速率限制监控和警报工具。

挑战与最佳实践

• 平衡用户体验和安全性： 尽管必须管理突发流量，因为突发流量通常是出于合理原因发生的，但速率限制设置不应过于严格，以免永久禁止突发流量。
• 测试： 在不同条件下对速率限制实现进行大量测试，以确保它们正常工作。
• 文档： 这些策略应得到很好的书写，并且 API 消费者应能轻松理解有关速率限制的内容。

示例

让我们举一个例子来说明 Node.js 中的速率限制。

输出

正常请求

输出

 
Hello, world!   

超出请求

输出

 
Too many requests, please try again later.   

速率限制策略

Node.js 中有几种速率限制策略。一些主要的速率限制策略如下：

1. 全局速率限制

描述： 它基于全局速率限制工作，其中相同的速率限制适用于整个应用程序或 API。

用例： 对于应用程序来说，它有助于防止流量激增影响整个应用程序，并实现全局控制。

2. 用户特定速率限制

描述： 按与用户绑定的属性进行速率限制，例如 API 密钥或唯一的用户标识号。

用例： 通过分散化，可以防止单个用户访问其他用户也有益的多种资源。

3. 基于 IP 的速率限制

描述： 它使用 IP 地址来限制可以向客户端发出的请求数量。

用例： 它适用于更通用的 API 模式，在这种模式下，可以有效防止来自特定 IP 地址的过载。

4. 地理速率限制

描述： 它具有基于密钥的速率限制，该速率限制识别其收到的请求的地理位置以调整速率。

用例： 它有利于满足区域间的关系要求或控制源自某些区域的流量。

速率限制和 API 网关的概念。

API 网关是一个服务器，负责许多活动，包括速率限制等。使用 API 网关（例如 Kong、NGINX 和 Amazon API Gateway）时，可以更统一地提供和控制速率限制，从而将逻辑移出服务。

速率限制的好处

速率限制的几个好处如下：

• 集中管理： 它跨不同服务组织与速率限制相关的配置和更改。
• 可扩展性： 它有助于独立于应用程序扩展速率限制逻辑。
• 增强安全性： 实现后，可以集中安全策略，从而在选定的策略中强制执行相同的严格性。

高级速率限制技术

1. 自适应速率限制

描述： 它可以根据现有条件（例如服务器容量或现有流量）来改变每单位时间内可以发送的请求数量。

用例： 它提高了灵活性，使其能够在不同条件下以最大效率运行。

2. 突发速率限制

描述： 它允许在一段时间内进行高流量，然后趋于稳定。它适用于短暂的交通高峰。

用例： 它有利于不可预测的高流量，例如在进行促销或打折时。

3. 基于配额的速率限制

描述： 它设定了与更长时间段（例如每日/每月使用量）的使用量相关的限制。

用例： 对于可以为用户订阅的每段时间设置有限请求数的应用程序来说，它是理想的选择。

技术

• 信息性响应： 返回通知，告知客户他们已超出速率限制，并建议重试时间。
• HTTP 状态码： 观察适当的 HTTP 状态码，例如用于速率限制的 HTTP 429。
• Retry-After 标头： 在响应中添加 Retry-After 标头，该标头会告知客户端何时应进行下一次请求。

工具和技术

• 日志记录： 记录请求速率和使用速率的限制。
• 指标收集： 收集和显示与速率限制相关的各种统计数据，通过 Prometheus 或 Grafana 实现。
• 警报和通知： 为任何异常活动或过多的速率限制违规创建通知，以便提前处理问题。

结论

总之，速率限制 是任何现代 Web 开发人员都必须考虑的要素之一，尤其是在 Node.js 应用程序中。它通过编织成防止请求泛滥的最后一道防线，有助于保持服务的稳定性、性能和安全性。总而言之，通过学习各种速率限制技术，将它们集成到应用程序中，并满足用户的期望，开发人员可以构建高度可靠的应用程序。另一个提高整体利用率的速率限制因素是实时速率更改，它会监视条件以修改速率限制，并使应用程序能够处理流量波动，同时遵守适当的带宽控制和安全性。