React SSR 之限流

当对 react 应用进行页面加载或 seo 优化时，我们一般绕不开 React SSR。但 React SSR 毕竟涉及到了服务端，有很多服务端特有的问题需要考虑，而限流就是其中之一。

所谓限流，就是当我们的服务资源有限、处理能力有限时，通过对请求或并发数进行限制从而保障系统正常运行的一种策略。本文会通过一个简单的案例来说明，为什么服务端需要进行限流。

为什么要限流

如下所示是一个简单的 nodejs 服务端项目：

const express = require('express')

const app = express()

app.get('/', async (req, res) => {
  // 模拟 SSR 会大量的占用内存
  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，我们通过 Buffer 来模拟 SSR 过程会大量的占用内存的情况。

然后，通过 docker build -t ssr . 指定将我们的项目打包成一个镜像，并通过以下命令运行一个容器：

docker run \
-it \
-m 512m \ # 限制容器的内存
--rm \
-p 2048:2048 \
--name ssr \
--oom-kill-disable \
ssr

我们将容器内存限制在 512m，并通过 --oom-kill-disable 指定容器内存不足时不关闭容器。

接下来，我们通过 autocannon 来进行一下压测：

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

通过， docker stats 可以看到容器的运行情况：

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

此时，容器内存已经全部被占用，服务对外失去了响应，通过 curl -m 5 http://localhost:2048 访问，收到了超时的错误提示：

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

我们改造一下代码，使用 counter.js 来统计 QPS，并限制为 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 = []
      // 删除超出一秒的数据
      for (let i = 0, len = arr.length; i < len; i++) {
        if (now - arr[i].time > interval) continue
        newArr.push(arr[i])
      }
      arr = newArr
      return
    }

    // 计算前一秒的数据和
    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
  }
}

此时，容器运行正常：

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

虽然此时访问 / 路由会收到错误：

curl -m 5  http://localhost:2048

exceed limit

但是 /another 却不受影响：

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

another api

由此可见，限流确实是系统进行自我保护的一个比较好的方法。

令牌桶算法

常见的限流算法有“滑动窗口算法”、“令牌桶算法”，我们这里讨论 “令牌桶算法” 。在令牌桶算法中，存在一个桶，容量为 burst 。该算法以一定的速率（设为 rate ）往桶中放入令牌，超过桶容量会丢弃。每次请求需要先获取到桶中的令牌才能继续执行，否则拒绝。

根据令牌桶的定义，我们实现令牌桶算法如下：

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
}

简单解释一下这个算法，调用 take 时，会先执行 refill 先往桶中进行填充。填充的方式也很简单，首先计算出与上次填充的时间间隔 elapse 毫秒，然后计算出这段时间内应该补充的令牌数，因为令牌补充速率是 rate 个/秒，所以需要补充的令牌数为：

elapse * (this.rate / 1000)

又因为令牌数不能超过桶的容量，所以补充后桶中的令牌数为：

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

注意，这个令牌数是可以为小数的。

令牌桶算法具有以下两个特点：

当外部请求的 QPS M 大于令牌补充的速率 rate 时，长期来看，最终有效的 QPS 会趋向于 rate 。这个很好理解，拉的总不可能比吃的多吧。
因为令牌桶可以存下 burst 个令牌，所以可以允许短时间的激增流量，持续的时间为：

T = burst / (M - rate) // rate < M

可以理解为一个水池里面有 burst 的水量，进水的速率为 rate ，出水的速率为 M ，则净出水速率为 M-rate ，则水池中的水放空的时间即为激增流量的持续时间。

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

链接: https://fly63.com/article/detial/11869