Gin 开发实践：如何实现限流中间件

0x00 前言

本篇文章介绍下如何在 gin 中实现限速的中间件。限速通常是限定服务的 QPS 或者限制并发请求量、连接数或业务支撑的关键指标。

0x01 Channel 方式实现

这里有个使用 channel 实现的 gin-limiter 中间件，通过 sem := make(chan struct{}, n) 的操作来实现并发控制，核心逻辑如下：

func MaxAllowed(n int) gin.HandlerFunc {
    // 使用定长 channel，利用 channel 跨协程阻塞获取的能力
	sem := make(chan struct{}, n)
	acquire := func() { sem <- struct{}{} }
	release := func() { <-sem}
	return func(c *gin.Context) {
		acquire() // before request
		defer release() // after request
		c.Next()
	}
}

从实现来看，此限速逻辑只是限制并发数，在执行真正 HTTP 业务逻辑之前，在此中间件中判断是否达到最大并发数，如果达到并发限制，相关的请求就会阻塞等待在 acquire() 上。极端场景下，当过载发生时，用户请求只是被阻塞住，等 channel 可读时，仍然会执行业务逻辑，起不到限流保护后端的作用。

0x03 优化：对限速的部分超时

本小节对上面的代码做一些优化：

使用 select 优化 token 获取，增加超时的 case 分支，当超时后仍然拿不到 token，就对原始请求返回 504 超时错误
考虑到业务 Panic 场景下的 recover 机制
考虑到多个中间件执行时能正确回收 channel

func MaxAllowed(max int, timeoutMs int) gin.HandlerFunc {
	// 初始化 sem
	sem := make(chan struct{}, max)
	return func(c *gin.Context) {
		var called, fulled bool
		defer func() {
			if called == false && fulled == false { // 可能其他中间件先执行或后执行，所以这里要加一下判断，进行 channel 回收
				<-sem
			}

			if err := recover(); err != nil {

			}
		}()

		select {
		case sem <- struct{}{}:
			// 未达到限速并发上限，获取 token
			c.Next()	// 转入其他中间件逻辑

			// 关键逻辑
			called = true // 如果其他中间件提前捕获 panic，下面代码还是会被执行
			<-sem
		case <-time.After(time.Duration(timeoutMs) * time.Millisecond):
			// 达到并发上限，且等待 timeoutMs 毫秒仍然未获取票据（说明其他请求未归还 token）
			fulled = true
			// 注意：不能直接 return，否则其他中间件仍然会执行，需要使用 Abort 直接返回错误
			//504 Gateway Timeout
			c.AbortWithStatus(504)
		}
	}
}

0x04 令牌 / 漏桶方式实现

前面介绍了使用 channel 方式的实现，这里介绍下使用令牌桶的方式实现中间件。此外中间件的生效范围可以灵活指定：

需要对全站限流，可以注册为全局的中间件
需要某一组路由（Group）需要限流，那么就只需将该限流中间件注册到对应的路由组即可
需要对某个指定的 cgi 需要限流，那么将中间件初始化为一个 map[string]*ratelimit.Bucket 的 key（以 cgipath 为 key），限速的时候先根据 cgipath 获取到限速策略，然后再执行 bucket.TakeAvailable() 方法即可

下面简单给出全局限速的实现代码：

func MaxAllowed(fillInterval time.Duration, cap int64) func(c *gin.Context) {
	// 初始化全局 / 局部的 bucket 策略
	bucket := ratelimit.NewBucket(fillInterval, cap)

	// 返回限流逻辑
	return func(c *gin.Context) {
		// 如果取不到令牌就中断本次请求返回 rate limit...
		if bucket.TakeAvailable(1) < 1 {
			c.String(http.StatusOK, "Rate Limit,Drop")
			c.Abort()
			// 或者直接 c.AbortWithStatus(504)
			return
		}
		c.Next()
	}
}

0x05 参考

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