在 PHP 应用中处理限流和 API 节流：扩展、防滥用的最佳实践

轩辕琳芳 · 6 小时前

在 PHP 应用中处理限流和 API 节流：扩展、防滥用的最佳实践

了解如何在 PHP 中实施有效的限流和节流技术，以保护应用程序、管理流量并增强可扩展性。
限流和 API 节流对于确保 Web 应用程序的可靠性、安全性和可扩展性至关重要。在当今的数字网络环境中，API 通常作为服务间通信的骨干，如果没有适当的节流机制，它们很快就会不堪重负。无论是防止滥用、管理高流量负载，还是确保对资源的公平访问，实施适当的限流都是必不可少的。
在 PHP 中，由于其无状态特性，状态管理并非其设计原生功能，因此限流需要仔细规划并使用正确的工具来避免性能瓶颈。虽然有许多方法可以实现限流，但一些技术和策略已成为行业标准，正确应用它们对构建可扩展和安全的 PHP 应用程序至关重要。
限流的重要性

限流有助于缓解几个重要问题：
防止滥用：没有限流，单个用户或机器人可能会大量请求 API，导致拒绝服务（DoS）、数据抓取或其他恶意行为。通过控制个人请求的频率，我们可以防止这些攻击压垮系统。
确保公平访问：没有限制，进行过多 API 调用的用户可能会垄断资源，使系统对其他人变得缓慢或无响应。资源的公平分配有助于为所有用户提供一致的体验。
系统保护：限制请求数量有助于保护后端资源（如数据库、缓存系统），并允许应用程序在不出现性能下降的情况下优雅地处理流量峰值。
管理流量峰值：突发流量可能导致系统不稳定，但令牌桶或滑动窗口等限流机制允许高并发，同时防止服务器过载。
在本指南中，我们将研究在 PHP 应用程序中实施限流和 API 节流的最佳实践和经过验证的策略，从基本技术到随应用程序扩展的更高级解决方案。
在 PHP 中实施限流的最佳实践

使用集中式存储进行状态管理（如 Redis）

PHP 的主要挑战在于它是一种无状态语言，意味着每个请求都是独立处理的，对之前的请求没有记忆。对于高效的限流解决方案，您需要一个持久化请求计数和过期时间的集中式存储。这允许 PHP 跨多个实例和服务器跟踪用户请求。
最佳实践：使用像 Redis 这样的分布式内存键值存储来处理请求跟踪。Redis 针对速度进行了优化，易于扩展且高度可用，使其成为管理限流数据的理想选择。
示例：使用 Redis 的分布式限流
在您想限制用户每分钟 100 个请求的场景中，可以使用 Redis 高效地跟踪和更新请求计数。

$redis = new Redis();
$redis->connect('127.0.0.1', 6379);
// 定义限流参数
$user_ip = $_SERVER['REMOTE_ADDR'];
$rate_limit = 100; // 每分钟最大 100 个请求
$time_window = 60; // 60 秒
// 用于跟踪请求的 Redis 键
$redis_key = "rate_limit:$user_ip";
// 获取当前时间戳
$current_time = time();
// 移除过期请求（比时间窗口更早）
$redis->zRemRangeByScore($redis_key, 0, $current_time - $time_window);
// 获取时间窗口内的当前请求数
$request_count = $redis->zCard($redis_key);
// 如果超过限流，拒绝请求
if ($request_count >= $rate_limit) {
header('HTTP/1.1 429 Too Many Requests');
echo "Rate limit exceeded. Try again later.";
exit;
}
// 记录当前请求时间戳
$redis->zAdd($redis_key, $current_time, $current_time);
// 为键设置过期时间，确保在时间窗口后清理
$redis->expire($redis_key, $time_window);

复制代码

为什么选择 Redis？

可扩展性：Redis 每秒可处理数百万个请求，并通过集群水平扩展
低延迟：Redis 的内存设计确保快速的读写操作
原子操作：像 zAdd、zCard 和 zRemRangeByScore 这样的命令使 Redis 非常适合处理请求计数而不会出现竞争条件

采用滑动窗口限流以实现更公平的流量管理

固定窗口限流（请求计数在设定间隔后重置，例如每分钟）的常见陷阱是它不能很好地处理突发流量。例如，如果用户在窗口的最后一秒发出 100 个请求，他们在窗口重置时可能会被不公平地阻塞。为了解决这个问题，滑动窗口限流确保在滚动周期内计数请求，而不是在固定间隔重置。
最佳实践：实施滑动窗口算法以更公平地处理请求，特别是在处理突发流量时。
使用 Redis 的滑动窗口示例

$redis = new Redis();
$redis->connect('127.0.0.1', 6379);
// 定义滑动窗口参数
$user_ip = $_SERVER['REMOTE_ADDR'];
$time_window = 60; // 60 秒
$rate_limit = 100; // 每分钟最大 100 个请求
// 用户请求历史的 Redis 键
$redis_key = "sliding_window:$user_ip";
// 当前时间戳
$current_time = time();
// 将当前请求时间戳添加到有序集合
$redis->zAdd($redis_key, $current_time, $current_time);
// 移除比时间窗口更早的时间戳
$redis->zRemRangeByScore($redis_key, 0, $current_time - $time_window);
// 获取当前窗口内的请求数
$request_count = $redis->zCard($redis_key);
// 如果请求数超过限制，拒绝访问
if ($request_count > $rate_limit) {
echo "Rate limit exceeded. Please try again later.";
exit;
}
// 继续处理请求
echo "Request allowed!";

复制代码

滑动窗口的优势：

更公平的请求分配：防止在时间窗口末尾发出突发请求的用户被不公平地限流
流畅的用户体验：通过不在固定间隔重置计数器，滑动窗口将请求均匀分布

使用令牌桶处理突发流量

令牌桶算法非常适合管理突发流量。使用此算法，令牌以固定速率添加到"桶"中。每个传入请求消耗一个令牌。如果没有令牌可用，请求被拒绝。但是，如果令牌可用，请求可以被处理，即使是突发的，只要桶没有被清空。
这种方法非常适合您的应用程序需要处理尖峰流量而不会压垮系统的情况。
使用 Redis 的令牌桶示例

$redis = new Redis();
$redis->connect('127.0.0.1', 6379);
// 令牌桶参数
$user_ip = $_SERVER['REMOTE_ADDR'];
$bucket_capacity = 100; // 桶中的最大令牌数
$refill_rate = 1; // 每秒添加的令牌数
// 令牌计数的 Redis 键
$redis_key = "token_bucket:$user_ip";
// 当前时间
$current_time = time();
// 获取最后填充时间和当前令牌计数
$last_refill_time = $redis->get($redis_key . ':last_refill');
$tokens_available = $redis->get($redis_key) ?: $bucket_capacity; // 如果没有设置令牌，默认为最大容量
// 根据经过的时间填充桶
if ($last_refill_time) {
$tokens_available = min($tokens_available + ($current_time - $last_refill_time) * $refill_rate, $bucket_capacity);
}
// 检查请求是否有令牌可用
if ($tokens_available > 0) {
// 为请求使用 1 个令牌
$redis->set($redis_key, $tokens_available - 1);
$redis->set($redis_key . ':last_refill', $current_time);
} else {
echo "Rate limit exceeded. Please try again later.";
exit;
}
echo "Request allowed!";

复制代码

为什么令牌桶有效：

处理突发流量：非常适合处理偶尔的流量峰值，同时保持整体请求率在控制范围内
灵活性：支持正常使用和突发处理，使其适应各种流量模式

基于 API 密钥的节流以实现精细控制

在管理多个用户或应用程序使用的 API 时，您可能需要对限流进行更精细的控制。例如，您可能希望为高级用户设置更高的限制，为免费用户设置更严格的限制。基于 API 密钥的节流允许您根据用户层级或客户端类型设置不同的限制。
最佳实践：使用 API 密钥区分用户或客户端，并相应地应用限流规则。
示例：使用 Redis 的基于 API 密钥的限流

$redis = new Redis();
$redis->connect('127.0.0.1', 6379);
// 根据用户层级定义限流参数
$api_key = $_SERVER['HTTP_API_KEY']; // 在请求头中发送的 API 密钥
$rate_limits = [
'free' => 50, // 每分钟 50 个请求
'premium' => 200 // 每分钟 200 个请求
];
// 根据 API 密钥确定用户的限流
$user_tier = getUserTierFromApiKey($api_key);
$rate_limit = $rate_limits[$user_tier];
// 用于跟踪用户请求的 Redis 键
$redis_key = "rate_limit:$api_key";
// 从 Redis 获取当前请求计数
$request_count = $redis->get($redis_key);
// 如果请求计数为空，初始化计数器
if ($request_count === false) {
$redis->setex($redis_key, 60, 1); // 将请求计数设置为 1，并设置过期时间（60 秒）
} else {
// 如果超过限流，拒绝请求
if ($request_count >= $rate_limit) {
echo "Rate limit exceeded. Please try again later.";
exit;
}
// 增加请求计数
$redis->incr($redis_key);
}
echo "Request processed successfully!";

复制代码

为什么基于 API 密钥的节流必不可少：

精细控制：根据不同用户类型（如免费用户 vs 高级用户）自定义限流
用户公平性：允许您为付费客户提供更宽松的限流，同时限制免费用户以防止滥用

总结

在 PHP 中实施限流时，必须考虑可扩展性、性能和安全性。以下是确保系统既高效又公平的最佳实践回顾：
使用 Redis 进行分布式限流：Redis 是分布式限流的最佳工具，因为它提供高速操作并随应用程序扩展。
实施滑动窗口限流：这确保请求的公平分配，防止在固定时间窗口边界的不公平限流。
用于突发流量的令牌桶：这允许您的应用程序处理流量峰值而不会压垮系统。
基于 API 密钥的节流：提供精细控制，根据用户层级或客户端启用不同的限流。
通过遵循这些最佳实践，您可以构建一个强大、可扩展且安全的 PHP 应用程序，能够高效处理大流量量，同时确保所有用户的公平访问。这些策略还将帮助保护您的 API 免受滥用、防止过载并改善整体用户体验。
原文-在 PHP 应用中处理限流，API 节流和防滥用的最佳实践

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