WebApiThrottle限流框架使用手册

阅读目录：

1. 介绍
2. 基于IP全局限流
3. 基于IP的端点限流
4. 基于IP和客户端key的端点限流
5. IP和客户端key的白名单
6. IP和客户端key自定义限制频率
7. 端点自定义限制频率
8. 关于被拒请求的计数器
9. 在web.config或app.config中定义限制策略
10. 获取API的客户端key
11. 存储限流的数据
12. 运行期间更新限制频率
13. 限流的请求日志
14. 用ThrottlingFilter、EnableThrottlingAttribute特性配置限制频率
15. 关于ThrottlingMiddleware限制频率

介绍

为了防止网站意外暴增的流量比如活动、秒杀、攻击等，导致整个系统瘫痪，在前后端接口服务处进行流量限制是非常有必要的。本篇主要介绍下Net限流框架WebApiThrottle的使用。

WebApiThrottle是一个专门为webApi限制请求频率而设计的，支持寄宿OWIN上的中间件的限制过滤。服务端接口可以基于客户端请求IP地址、客户端请求key、及请求路由去限制webapi接口的访问频率。

使用nuget命令安装WebApiThrottle：

PM> Install-Package WebApiThrottle

Nuget地址：

https://www.nuget.org/packages/WebApiThrottle/

WebApiThrottle支持自定义配置各种限流策略。可以根据不同场景配置多个不同的限制，比如授权某个IP每秒、每分钟、每小时、每天、每周的最大调用次数。 这些限制策略可以配置在所有请求上，也可以单独给每个API接口去配置。

基于IP全局限流

下面的代码是限制来自同IP请求的最大次数。如果在一分钟内，同样IP的客户端分别调用api/values和api/values/1两个接口， 那么调用api/values/1的请求会被拒绝掉。

public static class WebApiConfig
{
    public static void Register(HttpConfiguration config)
    {
        config.MessageHandlers.Add(new ThrottlingHandler()
        {
            Policy = new ThrottlePolicy(perSecond: 1, perMinute: 20, perHour: 200, perDay: 1500, perWeek: 3000)
            {
                IpThrottling = true
            },
            Repository = new CacheRepository()
        });
    }
}

如果是自寄宿在Owin上的WebApi，上面的CacheRepository必须替换成运行时的MemoryCacheRepository类，因为CacheRepository使用的是Asp.net版本的缓存。

public class Startup
{
    public void Configuration(IAppBuilder appBuilder)
    {
        // Configure Web API for self-host. 
        HttpConfiguration config = new HttpConfiguration();

        //Register throttling handler
        config.MessageHandlers.Add(new ThrottlingHandler()
        {
            Policy = new ThrottlePolicy(perSecond: 1, perMinute: 20, perHour: 200, perDay: 1500, perWeek: 3000)
            {
                IpThrottling = true
            },
            Repository = new MemoryCacheRepository()
        });

        appBuilder.UseWebApi(config);
    }
}

基于IP的端点限流

上面的api/values限流配置会对整个api/values开头的API限流，同一秒内、同一ip访问api/values后，所有后续访问api/values/xxx的请求都会被拒绝掉。 如果配置了端点限流，同一秒内你也访问api/values/1了，请求将不会被拒绝，因为它们走的是不同的路由。

config.MessageHandlers.Add(new ThrottlingHandler()
{
    Policy = new ThrottlePolicy(perSecond: 1, perMinute: 30)
    {
        IpThrottling = true,
        EndpointThrottling = true
    },
    Repository = new CacheRepository()
});

基于IP和客户端key的端点限流

如果同一个ip的客户端，在同一秒内，调用了2次api/values，其最后一次的调用将会被拒绝掉。

如果想接口通过唯一key去识别限制客户端，忽略客户端的ip地址限制，应该配置IpThrottling为false。

config.MessageHandlers.Add(new ThrottlingHandler()
{
    Policy = new ThrottlePolicy(perSecond: 1, perMinute: 30)
    {
        IpThrottling = true,
        ClientThrottling = true,
        EndpointThrottling = true
    },
    Repository = new CacheRepository()
});

IP和客户端key的白名单

如果请求是从一个白名单中的IP或客户端key发起的，那么限流策略将不会生效，这个请求的所有信息也不会被存储。 其IP白名单列表支持IP v4和v6的范围配置，比如"192.168.0.0/24", "fe80::/10" 和 "192.168.0.0-192.168.0.255"，关于IP范围的更多信息请查看https://github.com/jsakamoto/ipaddressrange

config.MessageHandlers.Add(new ThrottlingHandler()
{
    Policy = new ThrottlePolicy(perSecond: 2, perMinute: 60)
    {
        IpThrottling = true,
        IpWhitelist = new List<string> { "::1", "192.168.0.0/24" },

        ClientThrottling = true,
        ClientWhitelist = new List<string> { "admin-key" }
    },
    Repository = new CacheRepository()
});

IP和客户端key自定义限制频率

你可以自定义基于ip或客户端key的请求频率限制，这些限制会重写WebApiThrottle的默认配置。

需要注意的是，这些自定义策略需要写到全局配置里才会生效，策略里可以单独给某个ip或某个key配置限流策略。

config.MessageHandlers.Add(new ThrottlingHandler()
{
    Policy = new ThrottlePolicy(perSecond: 1, perMinute: 20, perHour: 200, perDay: 1500)
    {
        IpThrottling = true,
        IpRules = new Dictionary<string, RateLimits>
        { 
            { "192.168.1.1", new RateLimits { PerSecond = 2 } },
            { "192.168.2.0/24", new RateLimits { PerMinute = 30, PerHour = 30*60, PerDay = 30*60*24 } }
        },

        ClientThrottling = true,
        ClientRules = new Dictionary<string, RateLimits>
        { 
            { "api-client-key-1", new RateLimits { PerMinute = 40, PerHour = 400 } },
            { "api-client-key-9", new RateLimits { PerDay = 2000 } }
        }
    },
    Repository = new CacheRepository()
});

端点自定义限制频率

你也可以为明确的路由地址去自定义限制频率，这些限制配置会重写WebApiThrottle的默认配置。也可以通过相关联的路由地址去定义端点的限制规则，比如api/entry/1端点的请求仅仅是/entry/整个路由地址请求的一部分。 配置后，端点限制引擎会在请求的绝对URI中去搜索这个表达式(api/entry/1)，如果这个表达式在请求路由策略中被找到，那么这个限制规则将会被应用。如果有两个或更多的限制规则匹配到同一个URL，更近一级的限制策略将会被应用。

config.MessageHandlers.Add(new ThrottlingHandler()
{
    Policy = new ThrottlePolicy(perSecond: 1, perMinute: 20, perHour: 200)
    {
        IpThrottling = true,
        ClientThrottling = true,
        EndpointThrottling = true,
        EndpointRules = new Dictionary<string, RateLimits>
        { 
            { "api/search", new RateLimits { PerSecond = 10, PerMinute = 100, PerHour = 1000 } }
        }
    },
    Repository = new CacheRepository()
});

关于被拒请求的计数器

默认情况下，被拒绝的请求不会累加到WebApiThrottle的计数器里。 比如一个客户端在同一秒中请求了3次，而你配置的限制策略是每秒1次，那么分钟、小时、天的计数器只会记录第一次调用，因为第一次请求不会被拒绝。如果你想把被拒绝的请求也计算到其他的计数器里(分钟、小时、天)，你可以设置StackBlockedRequests为true。

config.MessageHandlers.Add(new ThrottlingHandler()
{
    Policy = new ThrottlePolicy(perSecond: 1, perMinute: 30)
    {
        IpThrottling = true,
        ClientThrottling = true,
        EndpointThrottling = true,
        StackBlockedRequests = true
    },
    Repository = new CacheRepository()
});

在web.config或app.config中定义限制策略

在web.config或app.config中配置限制策略，通过ThrottlePolicy.FromStore加装配置项。

config.MessageHandlers.Add(new ThrottlingHandler()
{
    Policy = ThrottlePolicy.FromStore(new PolicyConfigurationProvider()),
    Repository = new CacheRepository()
});

配置示例(policyType的值1代表ip、2代表clientkey、3代表端点)

<configuration>

  <configSections>
    <section name="throttlePolicy" 
             type="WebApiThrottle.ThrottlePolicyConfiguration, WebApiThrottle" />
  </configSections>

  <throttlePolicy limitPerSecond="1"
                  limitPerMinute="10"
                  limitPerHour="30"
                  limitPerDay="300"
                  limitPerWeek ="1500"
                  ipThrottling="true"
                  clientThrottling="true"
                  endpointThrottling="true">
    <rules>
      <!--Ip 规则-->
      <add policyType="1" entry="::1/10"
           limitPerSecond="2"
           limitPerMinute="15"/>
      <add policyType="1" entry="192.168.2.1"
           limitPerMinute="12" />
      <!--Client 规则-->
      <add policyType="2" entry="api-client-key-1"
           limitPerHour="60" />
      <!--Endpoint 规则-->
      <add policyType="3" entry="api/values"
           limitPerDay="120" />
    </rules>
    <whitelists>
      <!--Ip 白名单-->
      <add policyType="1" entry="127.0.0.1" />
      <add policyType="1" entry="192.168.0.0/24" />
      <!--Client 白名单-->
      <add policyType="2" entry="api-admin-key" />
    </whitelists>
  </throttlePolicy>
</configuration>

获取API的客户端key

默认情况下，WebApiThrottle的ThrottlingHandler(限流处理器)会从客户端请求head里通过Authorization-Token key取值。如果你的API key存储在不同的地方，你可以重写ThrottlingHandler.SetIndentity方法，指定你自己的取值策略。

public class CustomThrottlingHandler : ThrottlingHandler
{
    protected override RequestIdentity SetIndentity(HttpRequestMessage request)
    {
        return new RequestIdentity()
        {
            ClientKey = request.Headers.Contains("Authorization-Key") ? request.Headers.GetValues("Authorization-Key").First() : "anon",
            ClientIp = base.GetClientIp(request).ToString(),
            Endpoint = request.RequestUri.AbsolutePath.ToLowerInvariant()
        };
    }
}

存储限流的数据

WebApiThrottle会在内存中存储所有的请求数据，寄宿在IIS里使用ASP.NET版本的cache、自寄宿在Owin上使用运行时版本的缓存MemoryCache。如果你想改变请求数据存储的策略，框架是支持redis、nosql、数据库存储的，这种情况下必须创建自己的存储引擎，可以通过实现IThrottleRepository接口完成。

public interface IThrottleRepository { bool Any(string id);

ThrottleCounter? FirstOrDefault(string id);

void Save(string id, ThrottleCounter throttleCounter, TimeSpan expirationTime);

void Remove(string id);

void Clear();
}

自从1.2版本后有IPolicyRepository的接口可以实现存储、获取限制策略对象，意味着可以持久化限流策略，同时也可以被用于在运行期间动态更新限制策略对象。

public interface IPolicyRepository
{
    ThrottlePolicy FirstOrDefault(string id);

    void Remove(string id);

    void Save(string id, ThrottlePolicy policy);
}

运行期间更新限制频率

为了更新限制策略对象，并在运行时使用新的ThrottlingHandler对象，需要引入WebApiThrottle 1.2版本后支持的ThrottleManager.UpdatePolicy函数。

在启动时注册ThrottlingHandler对象，并在构造函数中传入PolicyCacheRepository ，如果你是通过Owin自寄宿的webapi，需要使用PolicyMemoryCacheRepository对象。

public static void Register(HttpConfiguration config)
{
    //trace provider
    var traceWriter = new SystemDiagnosticsTraceWriter()
    {
        IsVerbose = true
    };
    config.Services.Replace(typeof(ITraceWriter), traceWriter);
    config.EnableSystemDiagnosticsTracing();

    //添加限流处理者到Web API消息处理集合里
    config.MessageHandlers.Add(new ThrottlingHandler(
        policy: new ThrottlePolicy(perMinute: 20, perHour: 30, perDay: 35, perWeek: 3000)
        {
            //启用ip限制策略
            IpThrottling = true,

            //启用客户端key限制策略
            ClientThrottling = true,
            ClientRules = new Dictionary<string, RateLimits>
            { 
                { "api-client-key-1", new RateLimits { PerMinute = 60, PerHour = 600 } },
                { "api-client-key-2", new RateLimits { PerDay = 5000 } }
            },

            //启用端点限制策略
            EndpointThrottling = true
        },

        //如果是owin寄宿，替换成PolicyMemoryCacheRepository
        policyRepository: new PolicyCacheRepository(),

        //如果是owin寄宿，替换成MemoryCacheRepository 
        repository: new CacheRepository(),

        logger: new TracingThrottleLogger(traceWriter)));
}

当你想更新限制策略对象时，可以在任何你的代码里调用静态方法ThrottleManager.UpdatePolicy去刷新内存中的策略数据。

public void UpdateRateLimits()
{
    //初始化策略仓库
    var policyRepository = new PolicyCacheRepository();

    //从缓存中获取策略对象
    var policy = policyRepository.FirstOrDefault(ThrottleManager.GetPolicyKey());

    //更新客户端限制频率
    policy.ClientRules["api-client-key-1"] =
        new RateLimits { PerMinute = 80, PerHour = 800 };

    //添加新的客户端限制频率
    policy.ClientRules.Add("api-client-key-3",
        new RateLimits { PerMinute = 60, PerHour = 600 });

    //应用策略更新
    ThrottleManager.UpdatePolicy(policy, policyRepository);

}

限流的请求日志

如果你想记录限流后的请求日志，可以实现IThrottleLogger接口，添加到ThrottlingHandler里。

public interface IThrottleLogger
{
    void Log(ThrottleLogEntry entry);
}

实现ITraceWriter日志记录接口的例子

public class TracingThrottleLogger : IThrottleLogger
{
    private readonly ITraceWriter traceWriter;

    public TracingThrottleLogger(ITraceWriter traceWriter)
    {
        this.traceWriter = traceWriter;
    }

    public void Log(ThrottleLogEntry entry)
    {
        if (null != traceWriter)
        {
            traceWriter.Info(entry.Request, "WebApiThrottle",
                "{0} Request {1} from {2} has been throttled (blocked), quota {3}/{4} exceeded by {5}",
                entry.LogDate, entry.RequestId, entry.ClientIp, entry.RateLimit, entry.RateLimitPeriod, entry.TotalRequests);
        }
    }
}

用SystemDiagnosticsTraceWriter和ThrottlingHandler记录日志的使用例子：

var traceWriter = new SystemDiagnosticsTraceWriter()
{
    IsVerbose = true
};
config.Services.Replace(typeof(ITraceWriter), traceWriter);
config.EnableSystemDiagnosticsTracing();

config.MessageHandlers.Add(new ThrottlingHandler()
{
    Policy = new ThrottlePolicy(perSecond: 1, perMinute: 30)
    {
        IpThrottling = true,
        ClientThrottling = true,
        EndpointThrottling = true
    },
    Repository = new CacheRepository(),
    Logger = new TracingThrottleLogger(traceWriter)
});

用ThrottlingFilter、EnableThrottlingAttribute特性配置限制频率

EnableThrottling与ThrottlingHandler是一个二选一的策略配置方案，二者会做同样的事情，但ThrottlingHandler可以通过EnableThrottlingAttribute特性指定某个webapi的controllers和actions去自定义频率限制。需要注意的是，在webapi请求管道中，ThrottlingHandler是在controller前面执行，因此在你不需要ThrottlingFilter提供的功能时，可以用ThrottlingHandler去直接替代它。

设置ThrottlingFilter过滤器的步骤，跟ThrottlingHandler类似:

config.Filters.Add(new ThrottlingFilter()
{
    Policy = new ThrottlePolicy(perSecond: 1, perMinute: 20, 
    perHour: 200, perDay: 2000, perWeek: 10000)
    {
        //ip配置区域
        IpThrottling = true,
        IpRules = new Dictionary<string, RateLimits>
        { 
            { "::1/10", new RateLimits { PerSecond = 2 } },
            { "192.168.2.1", new RateLimits { PerMinute = 30, PerHour = 30*60, PerDay = 30*60*24 } }
        },
        //添加127.0.0.1到白名单，本地地址不启用限流策略
        IpWhitelist = new List<string> { "127.0.0.1", "192.168.0.0/24" },

        //客户端配置区域，如果ip限制也是启动的，那么客户端限制策略会与ip限制策略组合使用。
        ClientRules = new Dictionary<string, RateLimits>
        { 
            { "api-client-key-demo", new RateLimits { PerDay = 5000 } }
        },
        //白名单中的客户端key不会进行限流。
        ClientWhitelist = new List<string> { "admin-key" },

        //端点限制策略配置会从EnableThrottling特性中获取。
        EndpointThrottling = true
    }
});

使用特性开启限流并配置限制频率：

[EnableThrottling(PerSecond = 2)]
public class ValuesController : ApiController
{
    [EnableThrottling(PerSecond = 1, PerMinute = 30, PerHour = 100)]
    public IEnumerable<string> Get()
    {
        return new string[] { "value1", "value2" };
    }

    [DisableThrotting]
    public string Get(int id)
    {
        return "value";
    }
}

关于ThrottlingMiddleware限制频率

ThrottlingMiddleware是一个OWIN中间件部分，它的作用跟ThrottlingHandler一样。使用ThrottlingMiddleware 你可以在webapi作用域范围外配置限制策略，跟使用OAuth中间件或SignalR端点类似。

自寄宿配置例子：

public class Startup
{
    public void Configuration(IAppBuilder appBuilder)
    {
        ...

        //从app.config加载限流策略
        appBuilder.Use(typeof(ThrottlingMiddleware),
            ThrottlePolicy.FromStore(new PolicyConfigurationProvider()),
            new PolicyMemoryCacheRepository(),
            new MemoryCacheRepository(),
            null);

        ...
    }
}

IIS寄宿配置例子：

public class Startup
{
    public void Configuration(IAppBuilder appBuilder)
    {
        ...

    //从web.config加载限流策略
    appBuilder.Use(typeof(ThrottlingMiddleware),
        ThrottlePolicy.FromStore(new PolicyConfigurationProvider()),
        new PolicyCacheRepository(),
        new CacheRepository(),
        null);

        ...
    }
}

 

翻译了https://github.com/stefanprodan/WebApiThrottle的官方文档，希望对大家有所帮助。