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React?SSR?中的限流案例詳解_React

作者：Ayou ? 更新時(shí)間： 2022-08-31 編程語(yǔ)言

當(dāng)對(duì) React 應(yīng)用進(jìn)行頁(yè)面加載或 SEO 優(yōu)化時(shí)，我們一般繞不開(kāi) React SSR。但 React SSR 畢竟涉及到了服務(wù)端，有很多服務(wù)端特有的問(wèn)題需要考慮，而限流就是其中之一。

所謂限流，就是當(dāng)我們的服務(wù)資源有限、處理能力有限時(shí)，通過(guò)對(duì)請(qǐng)求或并發(fā)數(shù)進(jìn)行限制從而保障系統(tǒng)正常運(yùn)行的一種策略。本文會(huì)通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的案例來(lái)說(shuō)明，為什么服務(wù)端需要進(jìn)行限流。

為什么要限流

如下所示是一個(gè)簡(jiǎn)單的 nodejs 服務(wù)端項(xiàng)目：

const express = require('express')
const app = express()
app.get('/', async (req, res) => {
  // 模擬 SSR 會(huì)大量的占用內(nèi)存
  const buf = Buffer.alloc(1024 * 1024 * 200, 'a')
  console.log(buf)
  res.end('end')
})
app.get('/another', async (req, res) => {
  res.end('another api')
})
const listener = app.listen(process.env.PORT || 2048, () => {
  console.log('Your app is listening on port ' + listener.address().port)
})

其中，我們通過(guò)?Buffer?來(lái)模擬 SSR 過(guò)程會(huì)大量的占用內(nèi)存的情況。

然后，通過(guò)?docker build -t ssr .?指定將我們的項(xiàng)目打包成一個(gè)鏡像，并通過(guò)以下命令運(yùn)行一個(gè)容器：

docker run \
-it \
-m 512m \ # 限制容器的內(nèi)存
--rm \
-p 2048:2048 \
--name ssr \
--oom-kill-disable \
ssr

我們將容器內(nèi)存限制在 512m，并通過(guò)?--oom-kill-disable?指定容器內(nèi)存不足時(shí)不關(guān)閉容器。

接下來(lái)，我們通過(guò)?autocannon?來(lái)進(jìn)行一下壓測(cè)：

autocannon -c 10 -d 1000 http://localhost:2048

通過(guò)，?docker stats?可以看到容器的運(yùn)行情況：

CONTAINER ID   NAME      CPU %     MEM USAGE / LIMIT   MEM %     NET I/O           BLOCK I/O         PIDS
d9c0189e2b56    ssr     0.00%     512MiB / 512MiB     99.99%    14.6kB / 8.65kB   41.9MB / 2.81MB   40

此時(shí)，容器內(nèi)存已經(jīng)全部被占用，服務(wù)對(duì)外失去了響應(yīng)，通過(guò)?curl -m 5 http://localhost:2048?訪問(wèn)，收到了超時(shí)的錯(cuò)誤提示：

curl: (28) Operation timed out after 5001 milliseconds with 0 bytes received

我們改造一下代碼，使用?counter.js?來(lái)統(tǒng)計(jì) QPS，并限制為 2：

const express = require('express')
const counter = require('./counter.js')
const app = express()
const limit = 2
let cnt = counter()
app.get(
  '/',
  (req, res, next) => {
    cnt(1)
    if (cnt() > limit) {
      res.writeHead(500, {
        'content-type': 'text/pain',
      })
      res.end('exceed limit')
      return
    }
    next()
  },
  async (req, res) => {
    const buf = Buffer.alloc(1024 * 1024 * 200, 'a')
    console.log(buf)
    res.end('end')
  }
)
app.get('/another', async (req, res) => {
  res.end('another api')
})
const listener = app.listen(process.env.PORT || 2048, () => {
  console.log('Your app is listening on port ' + listener.address().port)
})
// counter.js
module.exports = function counter(interval = 1000) {
  let arr = []
  return function cnt(number) {
    const now = Date.now()
    if (number > 0) {
      arr.push({
        time: now,
        value: number,
      })
      const newArr = []
      // 刪除超出一秒的數(shù)據(jù)
      for (let i = 0, len = arr.length; i < len; i++) {
        if (now - arr[i].time > interval) continue
        newArr.push(arr[i])
      }
      arr = newArr
      return
    }
    // 計(jì)算前一秒的數(shù)據(jù)和
    let sum = 0
    for (let i = arr.length - 1; i >= 0; i--) {
      const {time, value} = arr[i]
      if (now - time <= interval) {
        sum += value
        continue
      }
      break
    }
    return sum
  }
}

此時(shí)，容器運(yùn)行正常：

CONTAINER ID   NAME      CPU %     MEM USAGE / LIMIT   MEM %     NET I/O           BLOCK I/O        PIDS
3bd5aa07a3a7   ssr     88.29%    203.1MiB / 512MiB   39.67%    24.5MB / 48.6MB   122MB / 2.81MB   40

雖然此時(shí)訪問(wèn)?/?路由會(huì)收到錯(cuò)誤：

curl -m 5  http://localhost:2048
exceed limit

但是?/another?卻不受影響：

curl -m 5  http://localhost:2048/another
another api

由此可見(jiàn)，限流確實(shí)是系統(tǒng)進(jìn)行自我保護(hù)的一個(gè)比較好的方法。

令牌桶算法

常見(jiàn)的限流算法有“滑動(dòng)窗口算法”、“令牌桶算法”，我們這里討論?“令牌桶算法”?。在令牌桶算法中，存在一個(gè)桶，容量為?burst?。該算法以一定的速率（設(shè)為?rate?）往桶中放入令牌，超過(guò)桶容量會(huì)丟棄。每次請(qǐng)求需要先獲取到桶中的令牌才能繼續(xù)執(zhí)行，否則拒絕。

根據(jù)令牌桶的定義，我們實(shí)現(xiàn)令牌桶算法如下：

export default class TokenBucket {
  private burst: number
  private rate: number
  private lastFilled: number
  private tokens: number
  constructor(burst: number, rate: number) {
    this.burst = burst
    this.rate = rate
    this.lastFilled = Date.now()
    this.tokens = burst
  }
  setBurst(burst: number) {
    this.burst = burst
    return this
  }
  setRate(rate: number) {
    this.rate = rate
    return this
  }
  take() {
    this.refill()
    if (this.tokens > 0) {
      this.tokens -= 1
      return true
    }
    return false
  }
  refill() {
    const now = Date.now()
    const elapse = now - this.lastFilled
    this.tokens = Math.min(this.burst, this.tokens + elapse * (this.rate / 1000))
    this.lastFilled = now
  }
}

然后，按照如下方式使用：

const tokenBucket = new TokenBucket(5, 10)
if (tokenBucket.take()) {
  // Do something
} else {
  // refuse
}

簡(jiǎn)單解釋一下這個(gè)算法，調(diào)用?take?時(shí)，會(huì)先執(zhí)行?refill?先往桶中進(jìn)行填充。填充的方式也很簡(jiǎn)單，首先計(jì)算出與上次填充的時(shí)間間隔?elapse?毫秒，然后計(jì)算出這段時(shí)間內(nèi)應(yīng)該補(bǔ)充的令牌數(shù)，因?yàn)榱钆蒲a(bǔ)充速率是?rate?個(gè)/秒，所以需要補(bǔ)充的令牌數(shù)為：

elapse * (this.rate / 1000)

又因?yàn)榱钆茢?shù)不能超過(guò)桶的容量，所以補(bǔ)充后桶中的令牌數(shù)為：

Math.min(this.burst, this.tokens + elapse * (this.rate / 1000))

注意，這個(gè)令牌數(shù)是可以為小數(shù)的。

令牌桶算法具有以下兩個(gè)特點(diǎn)：

  • 當(dāng)外部請(qǐng)求的 QPS?M?大于令牌補(bǔ)充的速率?rate?時(shí)，長(zhǎng)期來(lái)看，最終有效的 QPS 會(huì)趨向于?rate?。這個(gè)很好理解，拉的總不可能比吃的多吧。
  • 因?yàn)榱钆仆翱梢源嫦?burst?個(gè)令牌，所以可以允許短時(shí)間的激增流量，持續(xù)的時(shí)間為：
T = burst / (M - rate) // rate < M

可以理解為一個(gè)水池里面有?burst?的水量，進(jìn)水的速率為?rate?，出水的速率為?M?，則凈出水速率為?M-rate?，則水池中的水放空的時(shí)間即為激增流量的持續(xù)時(shí)間。

原文鏈接：http://www.paradeto.com/2022/07/07/react-ssr-rate-limit/

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