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WebApiThrottle限流框架使用手册

阅读目录：

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

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。

使用ThrottlingHandler设置过滤器的步骤:

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);   ...  } }