ASP.NET|ASP.NET Core中使用固定窗口限流 ASP.NETCore中使用固定窗口限流

算法原理固定窗口算法又称计数器算法，是一种简单的限流算法。在单位时间内设定一个阈值和一个计数值，每收到一个请求则计数值加一，如果计数值超过阈值则触发限流，如果达不到则请求正常处理，进入下一个单位时间后，计数值清零，重新累计。

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如上图所示，时间单位是1秒，阈值是3。

第1秒3个请求，不会触发限流；
第2秒1个请求，不会触发限流；
第3秒4个请求，这一秒的前3个请求正常处理，第4个请求触发限流，会被拒绝处理。
后续第4秒、第5秒不会触发限流，所有请求正常处理。

算法实现这里讲两种实现方法：进程内即内存固定窗口算法、基于Redis的固定窗口算法。
进程内即内存固定窗口算法使用字典，Key是限流目标，Value包括计数值和过期时间。处理请求时，首先从请求中提取限流目标，然后根据限流目标去字典中查找，如果不存在，则添加一个字典项，计数值是1，过期时间是当前时间+限流单位时间；如果存在，则检查是否过期，如果过期，则计数值归1，过期时间是当前时间+限流单位时间，如果未过期，则仅计数值加1。这里需要注意多线程问题，读写数据时需要加锁。
在C#语言中可以使用MemoryCache，它的缓存项有一个过期时间，不需要自己回收过期的项目。
进程内计数的方法最适合单实例处理的程序限流，多实例处理的情况下可能每个实例收到的请求数不均匀，不能保证限流效果。
基于Redis的固定窗口算法 Redis作为KV存储，类似于字典，而且也自带过期时间。处理请求时，首先从请求中提取限流目标，然后根据限流目标去Redis中查找，如果不存在，则添加KV项，Value值是1，过期时间是当前时间+限流单位时间；如果存在，则Value值加1。
这些操作逻辑可以封装在一个Lua script中，因为Lua script在Redis中执行时也是原子操作，所以Redis的限流计数在分布式处理时天然就是准确的。
算法应用 【ASP.NET|ASP.NET Core中使用固定窗口限流】这里以限流组件 FireflySoft.RateLimit 为例，实现ASP.NET Core中的固定窗口限流。
1、安装Nuget包有多种安装方式，选择自己喜欢的就行了。
包管理器命令：

Install-Package FireflySoft.RateLimit.AspNetCore

或者.NET命令:

dotnet add package FireflySoft.RateLimit.AspNetCore

或者项目文件直接添加：

2、使用中间件
在Startup中使用中间件，演示代码如下（下边会有详细说明）：

public void ConfigureServices(IServiceCollection services) { ... app.AddRateLimit(new InProcessFixedWindowAlgorithm( new[] { new FixedWindowRule() { ExtractTarget = context => { // 提取限流目标 return (context as HttpContext).Request.Path.Value; }, CheckRuleMatching = context => { // 判断当前请求是否需要限流处理 return true; }, Name="fixed window limit rule", LimitNumber=30, // 限流阈值 StatWindow=TimeSpan.FromSeconds(1) // 限流单位时间 } }) ); ... }public void Configure(IApplicationBuilder app, IWebHostEnvironment env) { ... app.UseRateLimit(); ... }

如上需要先注册服务，然后使用中间件。
注册服务的时候需要提供限流算法和对应的规则：

这里使用进程内固定窗口算法InProcessFixedWindowAlgorithm，还可以使用RedisFixedWindowAlgorithm，需要传入一个Redis连接。
限流阈值是30，限流单位时间是1秒。
ExtractTarget用于提取限流目标，这里是每个不同的请求Path。如果有IO请求，这里还支持对应的异步方法ExtractTargetAsync。
CheckRuleMatching用于验证当前请求是否限流。如果有IO请求，这里还支持对应的异步方法CheckRuleMatchingAsync。
默认被限流时会返回HttpStatusCode 429，可以在AddRateLimit时使用可选参数error自定义这个值，以及Http Header和Body中的内容。

基本的使用就是上边例子中的这些了。
如果还是基于传统的.NET Framework，则需要在Application_Start中注册一个消息处理器RateLimitHandler，算法和规则部分都是共用的，具体可以看Github上的使用说明：https://github.com/bosima/FireflySoft.RateLimit#aspnet
FireflySoft.RateLimit 是一个基于 .NET Standard 的限流类库，其内核简单轻巧，能够灵活应对各种需求的限流场景。
其主要特点包括：