如何在 Ubuntu 上使用 Node.js 和 TypeScript 构建API速率限制器教程

简介

在本教程中，你将学习如何使用 Node.js 和 TypeScript 语言构建一个速率限制器。

速率限制对于防止滥用、保护你的 API 以及管理资源至关重要。我们将使用 Node.js 构建一个生产级的速率限制器，并将其部署在现代应用程序平台上。该速率限制器将使用 Redis 来进行高效的状态管理，并集成到一个示例 API 应用程序中。

速率限制的关键概念

• 速率限制： 限制用户或客户端在特定时间窗口内可以发出的请求数量。
• 令牌桶算法： 一种流行的速率限制实现算法，它定期授予令牌，只有在有令牌可用时才允许请求。
• Redis： 一种高性能的内存数据存储，用于管理分布式系统（如 API）的状态。

本教程的目标是手把手教你如何在 Linux 服务器上安装并配置一个使用 Node.js 和 TypeScript 构建的速率限制器。

准备工作

服务器准备

必要前提：

• 一个充满求知欲的大脑。
• 一台 Linux 服务器（推荐腾讯云、阿里云或雨云等）。

我将以 雨云 为例，带大家创建一台自己的云服务器，以便学习本篇文章的内容。

注册链接： https://rainyun.ivwv.site

创建雨云服务器

以下步骤仅供参考，请根据实际需求选择配置。

• 点击 云产品 → 云服务器 → 立即购买。
• 选择距离你较近的区域，以保证低延迟。

• 按照自己需求选择配置，选择Ubuntu 22.04 版本，按照自己需求是否预装Docker。
• 最后按照提示进行购买。
• 购买后等待机器部署完毕，点击刚刚创建好的服务器，进入管理面板，找到远程连接相关信息。

• 我们使用 PowerShell 进行 SSH 远程连接到服务器，Win+R 打开运行窗口，输入 powershell 后点击确定。

• 输入 ssh root@你的服务器IP 例如 ssh root@154.9.227.239 回车后，首次需要输入 yes，再次回车后即可登录服务器。

• 到此为止，我们的云服务器就远程连接上了。

安装和配置步骤

第一步：创建一个 Node.js 应用程序

初始化项目

mkdir rate-limiter-app
cd rate-limiter-app
npm init -y

安装依赖

npm install express redis dotenv

安装开发工具

npm install --save-dev typescript @types/node ts-node @types/express

第二步：设置 Redis 用于速率限制

创建一个 redisClient.ts 文件来处理 Redis 交互：

nano redisClient.ts

添加以下代码：

import { createClient, RedisClientType } from 'redis';
import dotenv from 'dotenv';

// Load environment variables from .env file
dotenv.config();

class RedisClient {
  private static instance: RedisClientType | null = null;

  /**
   * Initialize Redis client or return an existing instance.
   */
  public static getInstance(): RedisClientType {
    if (!RedisClient.instance) {
      const redisUrl = process.env.REDIS_URL || 'redis://127.0.0.1:6379';

      try {
        // Create Redis client
        RedisClient.instance = createClient({
          url: redisUrl,
        });

        // Add error handling
        RedisClient.instance.on('error', (err) => {
          console.error(`Redis Client Error: ${err.message}`);
        });

        // Connect to Redis
        RedisClient.instance.connect().catch((err) => {
          console.error(`Failed to connect to Redis: ${err.message}`);
        });

        console.info(`Connected to Redis at ${redisUrl}`);
      } catch (err) {
        console.error('Error initializing Redis client:', err);
        throw err;
      }
    }

    return RedisClient.instance;
  }

  /**
   * Disconnect Redis client (useful during app shutdown).
   */
  public static async disconnect(): Promise<void> {
    if (RedisClient.instance) {
      await RedisClient.instance.quit();
      RedisClient.instance = null;
      console.info('Disconnected from Redis.');
    }
  }
}

export default RedisClient;

此设置连接到 Redis 实例，并确保客户端在整个应用程序中可用。

第三步：实现速率限制器中间件

创建一个 rateLimiter.ts 文件：

nano rateLimiter.ts

添加以下代码：

import { Request, Response, NextFunction } from 'express';
import { createClient, RedisClientType } from 'redis';
import dotenv from 'dotenv';

// Load environment variables
dotenv.config();

// Redis client setup
const redisClient: RedisClientType = createClient({
  url: process.env.REDIS_URL || 'redis://127.0.0.1:6379',
});

// Connect Redis client
redisClient.connect().catch((err) => {
  console.error('Error connecting to Redis:', err);
});

interface RateLimiterOptions {
  windowMs: number; // Time window in milliseconds
  maxRequests: number; // Maximum allowed requests in the time window
}

export const rateLimiter = (options: RateLimiterOptions) => {
  const { windowMs, maxRequests } = options;

  return async (req: Request, res: Response, next: NextFunction) => {
    try {
      const key = `rate-limit:${req.ip}`; // Unique key per user/IP
      const currentCount = await redisClient.incr(key);

      if (currentCount === 1) {
        // Set expiry time for the key
        await redisClient.expire(key, Math.ceil(windowMs / 1000));
      }

      if (currentCount > maxRequests) {
        const ttl = await redisClient.ttl(key); // Time until key expires
        return res.status(429).json({
          message: 'Too many requests. Please try again later.',
          retryAfter: ttl,
        });
      }

      next(); // Allow request to proceed
    } catch (error) {
      console.error('Rate limiter error:', error);
      res.status(500).json({ message: 'Internal Server Error' });
    }
  };
};

第四步：创建带速率限制的 API

创建一个 app.ts 文件：

nano app.ts

添加以下代码：

import express, { Request, Response } from 'express';
import { rateLimiter } from './rateLimiter';

const app = express();
const PORT = process.env.PORT || 3000;

// Apply rate limiter middleware
app.use(
  rateLimiter({
    windowMs: 60 * 1000, // 1 minute window
    maxRequests: 10, // Limit each IP to 10 requests per windowMs
  })
);

// Example route
app.get('/', (req: Request, res: Response) => {
  res.send('Welcome! You are not rate-limited yet.');
});

// Start the server
app.listen(PORT, () => {
  console.log(`Server running on http://localhost:${PORT}`);
});

测试应用程序

编译 TypeScript:

npx tsc

运行服务器:

node dist/app.ts

测试速率限制

使用 Postman 或 curl 等工具：

curl http://localhost:3000

• 在 60 秒内发出超过 10 个请求来触发速率限制器。
• 观察 429 Too Many Requests 响应。

生产级注意事项

• 使用安全的 Redis 配置： 确保启用身份验证，并且该实例不会公开。
• 分布式速率限制： 如果应用程序水平扩展，则使用集中的 Redis 实例。
• 日志记录和监控： 集成 Winston 等工具进行日志记录，并集成 Prometheus 进行监控。

结尾

本教程演示了如何使用 Node.js 和 Redis 构建一个健壮的、生产级的速率限制器，以及在现代应用程序平台上部署的步骤。通过遵循这些实践，你可以有效地管理 API 使用并保护你的资源免受滥用。

推广链接：

• 雨云 - 新一代云服务提供商: https://rainyun.ivwv.site
• 我的博客：https://blog.ivwv.site