前言

限流是分布式系統(tǒng)設(shè)計中經(jīng)常提到的概念，在某些要求不嚴格的場景下，使用Guava RateLimiter就可以滿足。但是Guava RateLimiter只能應(yīng)用于單進程，多進程間協(xié)同控制便無能為力。本文介紹一種簡單的處理方式，用于分布式環(huán)境下接口調(diào)用頻次管控。

如何防止惡意IP攻擊某些暴露的接口呢（比如某些場景下短信驗證碼服務(wù)）？本文介紹一種本地緩存和分布式緩存集成方式判斷遠程IP是否為惡意調(diào)用接口的IP。

分布式IP限流

思路是使用redis incr命令，完成一段時間內(nèi)接口請求次數(shù)的統(tǒng)計，以此來完成限流相關(guān)邏輯。

private static final String LIMIT_LUA = 'local my_limit = redis.call(’incr’, KEYS[1])n' + ' if tonumber(my_limit) == 1 thenn' + ' redis.call(’expire’, KEYS[1], ARGV[1])n' + ' return 1n' + ' elseif tonumber(my_limit) > tonumber(ARGV[2]) thenn' + ' return 0n' + ' elsen' + ' return 1n' + ' endn';

這里為啥時候用lua腳本來實現(xiàn)呢？因為要保證incr命令和expire命令的原子性操作。KEYS[1]代表自增key值， ARGV[1]代表過期時間，ARGV[2]代表最大頻次，明白了這些參數(shù)的含義，整個lua腳本邏輯也就不言而喻了。

/** * @param limitKey 限制Key值 * @param maxRate 最大速率 * @param expire Key過期時間 */public boolean access(String limitKey, int maxRate, int expire) { if (StringUtils.isBlank(limitKey)) { return true; } String cacheKey = LIMIT_KEY_PREFIX + limitKey; return REDIS_SUCCESS_STATUS.equals( this.cacheService.eval( LIMIT_LUA , Arrays.asList(cacheKey) , Arrays.asList(String.valueOf(expire), String.valueOf(maxRate)) ).toString() );}public void unlimit(String limitKey) { if (StringUtils.isBlank(limitKey)) { return; } String cacheKey = LIMIT_KEY_PREFIX + limitKey; this.cacheService.decr(cacheKey);}

access方法用來判斷 limitKey 是否超過了最大訪問頻次。緩存服務(wù)對象（cacheService）的eval方法參數(shù)分別是lua腳本、key list、value list。

unlimit方法其實就是執(zhí)行redis decr操作，在某些業(yè)務(wù)場景可以回退訪問頻次統(tǒng)計。

防止惡意IP攻擊

由于某些對外暴露的接口很容易被惡意用戶攻擊，必須做好防范措施。最近我就遇到了這么一種情況，我們一個快應(yīng)用產(chǎn)品，短信驗證碼服務(wù)被惡意調(diào)用了。通過后臺的日志發(fā)現(xiàn)，IP固定，接口調(diào)用時間間隔固定，明顯是被人利用了。雖然我們針對每個手機號每天發(fā)送短信驗證碼的次數(shù)限制在5次以內(nèi)。但是短信驗證碼服務(wù)每天這樣被重復(fù)調(diào)用，會打擾用戶并產(chǎn)生投訴。針對這種現(xiàn)象，簡單的做了一個方案，可以自動識別惡意攻擊的IP并加入黑名單。

思路是這樣的，針對某些業(yè)務(wù)場景，約定在一段時間內(nèi)同一個IP訪問最大頻次，如果超過了這個最大頻次，那么就認為是非法IP。識別了非法IP后，把IP同時放入本地緩存和分布式緩存中。非法IP再次訪問的時候，攔截器發(fā)現(xiàn)本地緩存（沒有則去分布式緩存）有記錄這個IP，直接返回異常狀態(tài)，不會繼續(xù)執(zhí)行正常業(yè)務(wù)邏輯。

Guava本地緩存集成Redis分布式緩存

public abstract class AbstractCombineCache<K, V> { private static Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(AbstractCombineCache.class); protected Cache<K, V> localCache; protected ICacheService cacheService; public AbstractCombineCache(Cache<K, V> localCache, ICacheService cacheService) { this.localCache = localCache; this.cacheService = cacheService; } public Cache<K, V> getLocalCache() { return localCache; } public ICacheService getCacheService() { return cacheService; } public V get(K key) { //只有LoadingCache對象才有g(shù)et方法，如果本地緩存不存在key值， 會執(zhí)行CacheLoader的load方法，從分布式緩存中加載。 if (localCache instanceof LoadingCache) { try {return ((LoadingCache<K, V>) localCache).get(key); } catch (ExecutionException e) {LOGGER.error(String.format('cache key=%s loading error...', key), e);return null; } catch (CacheLoader.InvalidCacheLoadException e) {//分布式緩存中不存在這個keyLOGGER.error(String.format('cache key=%s loading fail...', key));return null; } } else { return localCache.getIfPresent(key); } } public void put(K key, V value, int expire) { this.localCache.put(key, value); String cacheKey = key instanceof String ? (String) key : key.toString(); if (value instanceof String) { this.cacheService.setex(cacheKey, (String) value, expire); } else { this.cacheService.setexObject(cacheKey, value, expire); } }}

AbstractCombineCache這個抽象類封裝了guava本地緩存和redis分布式緩存操作，可以降低分布式緩存壓力。

防止惡意IP攻擊緩存服務(wù)

public class IPBlackCache extends AbstractCombineCache<String, Object> { private static Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(IPBlackCache.class); private static final String IP_BLACK_KEY_PREFIX = 'wmhipblack_'; private static final String REDIS_SUCCESS_STATUS = '1'; private static final String IP_RATE_LUA = 'local ip_rate = redis.call(’incr’, KEYS[1])n' + ' if tonumber(ip_rate) == 1 thenn' + ' redis.call(’expire’, KEYS[1], ARGV[1])n' + ' return 1n' + ' elseif tonumber(ip_rate) > tonumber(ARGV[2]) thenn' + ' return 0n' + ' elsen' + ' return 1n' + ' endn'; public IPBlackCache(Cache<String, Object> localCache, ICacheService cacheService) { super(localCache, cacheService); } /** * @param ipKey IP * @param maxRate 最大速率 * @param expire 過期時間 */ public boolean ipAccess(String ipKey, int maxRate, int expire) { if (StringUtils.isBlank(ipKey)) { return true; } String cacheKey = IP_BLACK_KEY_PREFIX + ipKey; return REDIS_SUCCESS_STATUS.equals(this.cacheService.eval( IP_RATE_LUA , Arrays.asList(cacheKey) , Arrays.asList(String.valueOf(expire), String.valueOf(maxRate))).toString() ); } /** * @param ipKey IP */ public void removeIpAccess(String ipKey) { if (StringUtils.isBlank(ipKey)) { return; } String cacheKey = IP_BLACK_KEY_PREFIX + ipKey; try { this.cacheService.del(cacheKey); } catch (Exception e) { LOGGER.error(String.format('%s, ip access remove error...', ipKey), e); } }}

沒有錯，IP_RATE_LUA 這個lua腳本和上面說的限流方案對應(yīng)的lua腳本是一樣的。

IPBlackCache繼承了AbstractCombineCache，構(gòu)造函數(shù)需要guava的本地Cache對象和redis分布式緩存服務(wù)ICacheService 對象。

ipAccess方法用來判斷當(dāng)前ip訪問次數(shù)是否在一定時間內(nèi)已經(jīng)達到了最大訪問頻次。

removeIpAccess方法是直接移除當(dāng)前ip訪問頻次統(tǒng)計的key值。

防止惡意IP攻擊緩存配置類

@Configurationpublic class IPBlackCacheConfig { private static final String IPBLACK_LOCAL_CACHE_NAME = 'ip-black-cache'; private static Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(IPBlackCacheConfig.class); @Autowired private LimitConstants limitConstants; @Bean public IPBlackCache ipBlackCache(@Autowired ICacheService cacheService) { GuavaCacheBuilder cacheBuilder = new GuavaCacheBuilder<String, Object>(IPBLACK_LOCAL_CACHE_NAME); cacheBuilder.setCacheBuilder(CacheBuilder.newBuilder() .initialCapacity(100) .maximumSize(10000) .concurrencyLevel(10) .expireAfterWrite(limitConstants.getIpBlackExpire(), TimeUnit.SECONDS) .removalListener((RemovalListener<String, Object>) notification -> { String curTime = LocalDateTime.now().toString(); LOGGER.info(notification.getKey() + ' 本地緩存移除時間：' + curTime); try {cacheService.del(notification.getKey());LOGGER.info(notification.getKey() + ' 分布式緩存移除時間：' + curTime); } catch (Exception e) {LOGGER.error(notification.getKey() + ' 分布式緩存移除異常...', e); } }) ); cacheBuilder.setCacheLoader(new CacheLoader<String, Object>() { @Override public Object load(String key) {try { Object obj = cacheService.getString(key); LOGGER.info(String.format('從分布式緩存中加載key=%s, value=%s', key, obj)); return obj;} catch (Exception e) { LOGGER.error(key + ' 從分布式緩存加載異常...', e); return null;} } }); Cache<String, Object> localCache = cacheBuilder.build(); IPBlackCache ipBlackCache = new IPBlackCache(localCache, cacheService); return ipBlackCache; }}

注入redis分布式緩存服務(wù)ICacheService對象。

通過GuavaCacheBuilder構(gòu)建guava本地Cache對象，指定初始容量（initialCapacity）、最大容量（maximumSize）、并發(fā)級別、key過期時間、key移除監(jiān)聽器。最終要的是CacheLoader這個參數(shù)，是干什么用的呢？如果GuavaCacheBuilder指定了CacheLoader對象，那么最終創(chuàng)建的guava本地Cache對象是LoadingCache類型（參考AbstractCombineCache類的get方法），LoadingCache對象的get方法首先從內(nèi)存中獲取key對應(yīng)的value，如果內(nèi)存中不存在這個key則調(diào)用CacheLoader對象的load方法加載key對應(yīng)的value值，加載成功后放入內(nèi)存中。

最后通過ICacheService對象和guava本地Cache對象創(chuàng)建IPBlackCache（防止惡意IP攻擊緩存服務(wù)）對象。

攔截器里惡意IP校驗

定義一個注解，標(biāo)注在指定方法上，攔截器里會識別這個注解。

@Target(ElementType.METHOD)@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)public @interface IPBlackLimit { //統(tǒng)計時間內(nèi)最大速率 int maxRate(); //頻次統(tǒng)計時間 int duration(); //方法名稱 String method() default StringUtils.EMPTY;}

攔截器里加入ipAccess方法，校驗遠程IP是否為惡意攻擊的IP。

/*** @param method 需要校驗的方法* @param remoteAddr 遠程IP*/private boolean ipAccess(Method method, String remoteAddr) { if (StringUtils.isBlank(remoteAddr) || !AnnotatedElementUtils.isAnnotated(method, IPBlackLimit.class)) { return true; } IPBlackLimit ipBlackLimit = AnnotatedElementUtils.getMergedAnnotation(method, IPBlackLimit.class); try { String ip = remoteAddr.split(',')[0].trim(); String cacheKey = 'cipb_' + (StringUtils.isBlank(ipBlackLimit.method()) ? ip : String.format('%s_%s', ip, ipBlackLimit.method())); String beginAccessTime = (String) ipBlackCache.get(cacheKey); if (StringUtils.isNotBlank(beginAccessTime)) { LocalDateTime beginTime = LocalDateTime.parse(beginAccessTime, DateTimeFormatter.ISO_LOCAL_DATE_TIME), endTime = LocalDateTime.now(); Duration duration = Duration.between(beginTime, endTime); if (duration.getSeconds() >= limitConstants.getIpBlackExpire()) {ipBlackCache.getLocalCache().invalidate(cacheKey);return true; } else {return false; } } boolean access = ipBlackCache.ipAccess(cacheKey, ipBlackLimit.maxRate(), ipBlackLimit.duration()); if (!access) { ipBlackCache.removeIpAccess(cacheKey); String curTime = LocalDateTime.now().format(DateTimeFormatter.ISO_LOCAL_DATE_TIME); ipBlackCache.put(cacheKey, curTime, limitConstants.getIpBlackExpire()); } return access; } catch (Exception e) { LOGGER.error(String.format('method=%sï¼remoteAddr=%s, ip access check error.', method.getName(), remoteAddr), e); return true; }}

remoteAddr取的是X-Forwarded-For對應(yīng)的值。利用 remoteAddr 構(gòu)造 cacheKey 參數(shù)，通過IPBlackCache判斷 cacheKey 是否存在。

如果是 cacheKey 存在的請求，判斷黑名單IP限制是否已經(jīng)到達有效期，如果已經(jīng)超過有效期則清除本地緩存和分布式緩存的 cacheKey ，請求合法；如果沒有超過有效期則請求非法。

否則是 cacheKey 不存在的請求，使用IPBlackCache對象的ipAccess方法統(tǒng)計一定時間內(nèi)的訪問頻次，如果頻次超過最大限制，表明是非法請求IP，需要往IPBlackCache對象寫入“ cacheKey =當(dāng)前時間”。

總結(jié)

本文的兩種方案都使用redis incr命令，如果不是特殊業(yè)務(wù)場景，redis的key要指定過期時間，嚴格來講需要保證incr和expire兩個命令的原子性，所以使用lua腳本方式。如果沒有那么嚴格，完全可以先setex（設(shè)置key，value，過期時間），然后再incr（注： incr不會更新key的有效期 ）。本文的設(shè)計方案僅供參考，并不能應(yīng)用于所有的業(yè)務(wù)場景。

到此這篇關(guān)于詳解Java分布式IP限流和防止惡意IP攻擊方案的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java 分布式IP限流和防止惡意IP內(nèi)容請搜索好吧啦網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持好吧啦網(wǎng)！