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Nginx 限速使用的是漏桶算法

PHP 2024 0 创建时间：2020-11-03 15:16:26

Nginx 限速

#### nginx限速

Nginx 限速使用的是漏桶算法，此算法图示如下，一个桶有一定的容量，水从桶的上方流入，如果桶中有水，水就会从下方按照一定的速率流出。

当然如果桶的容量已满，流入的部分水就会溢出。如果桶没有满，水流入速度大于流出速度，那么桶的容量就会上升。

类比nginx环境，设置限速是1秒100个请求。Nginx时间粒度是毫秒，也就是10ms允许通过1个请求。那么可以认为桶的容量（10ms）是1。如果10ms到达2个请求，那么1个请求可以通过，1个会被拒绝。如果10毫秒到达1个请求，那么都可以顺利的通过。这是非常简单的场景，实际上漏桶算法也会考虑burst突发的场景。

漏桶算法桶的容量需要包括rate和burst部分。rate表示流出速率,burst表示突发情况下，允许的最大队列。

漏桶算法算法常被用作（Traffic Shaping）或速率限制（Rate Limiting）。
![](http://www.seedblog.cn/uploads/article/2020-11-03/bh90q8q6Oma5B000iyKrvRnXmUHR2f0C07MMaMk7.png)
#### 如何配置最基本的限速？

配置Nginx 配置限速主要需要两个指令limit_req_zone 用来配置限速，limit_req用来使用限速

![](http://www.seedblog.cn/uploads/article/2020-11-03/oY7t5qiwiYBwFtBEYSQMxzLnq4kPS7hDcuxEbm0l.png)

limit_req_zone一般被配置在http作用域，需要三个参数:

Key 用来设置一次请求的key，比如上图，设置的是用户二进制IP。

Zone 设置一个共享的区域。用来保存每个特定的IP状态，以及此IP访问被限速的url频次等。Zone等号后面是共享区域的名字。名字后面的冒号表示共享区域的大小。1M空间可以保存16000个IP信息，本例子可以大约保存1.6W个IP信息。

如果此空间被耗尽，nginx尝试去移除老的记录，但是如果空间仍然不够用的话，NGINX会返回503 (Service Temporarily Unavailable)。

Rate 设置允许的最大请求速率。再次强调Nginx时间粒度是毫秒，对于本例子也就是100毫秒，只允许通过一个请求。

#### Nginx如何处理突发？

如果我们在100毫秒内收到两个请求呢？对于第二个请求，NGINX将状态码503返回给客户端。这可能不是我们想要的，因为应用程序在本质上往往是突发的。，我们更希望能缓冲多余的请求，尽可能及时处理。NGINX可以通过limit_req指令的burst参数覆盖这种场景:
![](http://www.seedblog.cn/uploads/article/2020-11-03/WfndRgAH1rfyEaTAm7DAdHSWRL6Xl5FtDNzBXQdS.png)

burst参数设置，如果请求超过限速设置后，系统仍然可以接受多少请求，而不是直接拒绝。如上图，桶的容量相当于21.如果100ms之内一个特定的IP地址，到来21个请求。Nginx会立即将一个请求送到upstream处理。剩下的20个请求就会入burst队列，此队列按照先进先出的方式消费。紧接着100ms，nginx直接从队列的取出一个请求，进行消费。如果请求超过了burst队列容量，请求依然会被拒绝。

#### Nginx 处理触发 NoDelay

limit_req配置burst参数后，一定程度上支持突发的流量。但是根据上面的介绍大家也看到了，其实消费速度还是100ms一个，只是先进了一个burst队列。

另一种场景，假设被入队的20个请求，第20个被处理的时候已经是2s之后了。而这20个请求是有关联的。那么第20个请求返回给用户的时候，可能用户已经不在需要了。

针对这种场景nginx提供了一个额外参数nodelay

![](http://www.seedblog.cn/uploads/article/2020-11-03/N7V86uGi1cunDpvILD2Zlvmcg0a2FcBF73wv8Ww1.png)

使用nodelay参数，当一个burst请求到达时，只要队列中有slot，nginx会立即转发，但是它将这个slot标记为“已占用”，直到适当的时间过去(在我们的示例中，在100毫秒之后)才释放它供另一个请求使用。

假设队列20 slot是空的，并且有21个请求同时从给定的IP地址到达。NGINX立即转发所有21个请求，并标记队列中的20个slot，然后每100毫秒释放一个slot。(如果有25个请求，NGINX会立即转发其中21个，标记20个slot，拒绝剩下的4个请求)。

现在假设新的100ms内，又有20个请求同时到达。但是队列中只有一个slot被释放，因此NGINX转发一个请求，并拒绝其他19个请求。

我们可以看到加了nodelay参数后，在突发的情况下QPS会短暂超过设置的rate。但是从平均水平看，依旧是1秒10个。

注意:对于大多数部署，nginx建议在limit_req指令中包含burst和nodelay参数。

如何改变限速返回值？

默认情况下，当客户端超过其速率限制时，NGINX返回503(Service Temporarily Unavailable)。使用limit_req_status指令设置不同的状态码(本例中为444):

```php
localhost /login/ {
		limit_req zone=mylimit burst=20 nodelay;
		limit_req_status 444;
}
```

#### 如何调整超限日志级别？

超限后的日志默认是error，用户可以通过limit_req_log_level

，指令调整日志级别。

```php
localhost /login/ {
		limit_req zone=mylimit burst=20 nodelay;
		limit_req_log_level warn;
		
		proxy_pass http://my_upstream
}
```

Nginx 限速使用的是漏桶算法

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