Spring Cloud Gateway实现API访问频率限制

在微服务架构中，API网关扮演着至关重要的角色，它不仅负责路由请求，还能提供诸如安全性、监控和限流等功能。Spring Cloud Gateway作为Spring Cloud生态系统中的一员，提供了强大的路由和过滤功能。本文将详细介绍如何使用Spring Cloud Gateway的全局过滤器（Global Filters）或特定路由的过滤器（Gateway Filters）来实现对外部接口的访问频率限制。

一、为什么需要访问频率限制？

访问频率限制（Rate Limiting）是保护后端服务免受恶意或异常流量攻击的重要手段。通过限制客户端在一定时间窗口内的请求次数，可以有效防止服务过载，保障系统的稳定性和可用性。

二、使用全局过滤器实现访问频率限制

全局过滤器适用于对所有路由进行统一的访问频率限制。以下是实现这一功能的详细步骤和示例代码。

步骤：

1. 创建一个自定义的全局过滤器： 实现GlobalFilter接口，并在过滤器中实现访问频率限制逻辑。

2. 配置过滤器： 将自定义的全局过滤器注册到Spring Cloud Gateway中。

示例代码：

    import org.springframework.cloud.gateway.filter.GatewayFilterChain;
    import org.springframework.cloud.gateway.filter.GlobalFilter;
    import org.springframework.core.Ordered;
    import org.springframework.http.HttpStatus;
    import org.springframework.stereotype.Component;
    import org.springframework.web.server.ServerWebExchange;
    import reactor.core.publisher.Mono;
    
    import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
    import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
    
    @Component
    public class RateLimitGlobalFilter implements GlobalFilter, Ordered {
    
        private final ConcurrentHashMap requestCounts = new ConcurrentHashMap<>();
    
        @Override
        public Mono filter(ServerWebExchange exchange, GatewayFilterChain chain) {
            String ipAddress = exchange.getRequest().getRemoteAddress().getAddress().getHostAddress();
            AtomicInteger count = requestCounts.computeIfAbsent(ipAddress, k -> new AtomicInteger(0));
    
            if (count.incrementAndGet() > 10) { // 每秒最多10次请求
                exchange.getResponse().setStatusCode(HttpStatus.TOO_MANY_REQUESTS);
                return exchange.getResponse().setComplete();
            }
    
            return chain.filter(exchange).then(Mono.fromRunnable(() -> {
                if (count.decrementAndGet() == 0) {
                    requestCounts.remove(ipAddress);
                }
            }));
        }
    
        @Override
        public int getOrder() {
            return Ordered.LOWEST_PRECEDENCE;
        }
    }
    

三、使用特定路由的过滤器实现访问频率限制

特定路由的过滤器适用于对特定路由进行访问频率限制。

步骤：

1. 创建一个自定义的GatewayFilter工厂： 实现GatewayFilterFactory接口，并在工厂中实现访问频率限制逻辑。

2. 配置路由过滤器： 在路由配置中使用自定义的GatewayFilter工厂。

示例代码：

    import org.springframework.cloud.gateway.filter.GatewayFilter;
    import org.springframework.cloud.gateway.filter.factory.AbstractGatewayFilterFactory;
    import org.springframework.http.HttpStatus;
    import org.springframework.stereotype.Component;
    import reactor.core.publisher.Mono;
    
    import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
    import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
    
    @Component
    public class RateLimitGatewayFilterFactory extends AbstractGatewayFilterFactory {
    
        private final ConcurrentHashMap requestCounts = new ConcurrentHashMap<>();
    
        public RateLimitGatewayFilterFactory() {
            super(Config.class);
        }
    
        @Override
        public GatewayFilter apply(Config config) {
            return (exchange, chain) -> {
                String routeId = exchange.getRequest().getPath().toString();
                AtomicInteger count = requestCounts.computeIfAbsent(routeId, k -> new AtomicInteger(0));
    
                if (count.incrementAndGet() > config.getMaxRequestsPerSecond()) { // 每秒最多config.getMaxRequestsPerSecond()次请求
                    exchange.getResponse().setStatusCode(HttpStatus.TOO_MANY_REQUESTS);
                    return exchange.getResponse().setComplete();
                }
    
                return chain.filter(exchange).then(Mono.fromRunnable(() -> {
                    if (count.decrementAndGet() == 0) {
                        requestCounts.remove(routeId);
                    }
                }));
            };
        }
    
        public static class Config {
            private int maxRequestsPerSecond;
    
            public int getMaxRequestsPerSecond() {
                return maxRequestsPerSecond;
            }
    
            public void setMaxRequestsPerSecond(int maxRequestsPerSecond) {
                this.maxRequestsPerSecond = maxRequestsPerSecond;
            }
        }
    }

在application.yml中配置路由过滤器：

      cloud:
        gateway:
          routes:
            - id: rate_limited_route
              uri: http://example.com
              predicates:
                - Path=/rate_limited_path
              filters:
                - name: RateLimit
                  args:
                    maxRequestsPerSecond: 10

四、总结

通过以上步骤和示例代码，可以在Spring Cloud Gateway中实现对外部接口的访问频率限制。根据具体需求选择使用全局过滤器或特定路由的过滤器，可以有效保护后端服务免受异常流量攻击，提升系统的稳定性和可用性。