基于 Redis + Lua，实现"多维度原子限流"（令牌桶 + 滑动窗口）
为啥要用redis+lua脚本来实现
实在是囊中羞涩，服务器内存不够，sentinel部署不了，redis+lua脚本不需要额外的配置.
实现原理
固定窗口算法
将时间划分为多个窗口，窗口时间跨度固定，假设为1秒。
每个窗口都有一个计数器，来记录请求数量，有一个请求，计数器值+1，当计数器值超过设置的阈值时，丢弃请求。保证每一个时间窗口内的请求数量都不超过阈值。
但是有一个缺点：
假设我们设置每一个时间窗口内请求阈值为3，
0.5秒到1秒请求数量为3，1秒到1.5秒请求数量也为3，这样QPS就达到了6。
因此就使用滑动窗口来解决。
滑动窗口算法
与固定窗口算法不同，滑动窗口算法只有一个固定跨度 窗口，和时间区间 与跨度相关。通过移动窗口，来关联前后时间的数据。
- 窗口时间跨度（Interval）固定
- 时间区间跨度为 Interval / n , n 越小，划分的区间越小，越精细
-
- 窗口会随着当前请求所在时间currentTime 移动，窗口范围从currentTime-Interval 时刻之后的第一个时区开始，到currentTime所在时区结束。
具体流程：
假设阈值为3，跨度为1s, n 为2 ，时区就是500ms.
- 在1300ms内进入一个请求，其所在时区是1000 ~ 1500ms。
- 当前窗口就是 1300-1000 也就是300ms之后的第一个时区，即500-1000ms， 和1000-1500ms两个时区组成，如果这两个时区内已经有过3次请求了，则丢弃这次请求，如果没有，1000-1500ms时区内请求数+1。
什么是令牌桶算法
- 以固定速率生成令牌，存入令牌桶中，如果令牌桶满了以后，多余令牌丢弃
- 请求进入以后，必须尝试从桶中获取令牌，获取到令牌之后才可以被处理
- 如果令牌桶中没有令牌，则请求等待或丢弃
所以每秒产生的令牌数量基本就是QPS上限。
多维度优势
| 维度 | 作用 |
|---|---|
| 用户 | 防刷 |
| IP | 防攻击 |
| API | 防热点 |
为什么选用ZSET
因为需要按照时间排序 +过期清理
执行流程
interval = 10秒
max_tokens = 5
permits = 1
-
t = 0 秒，请求 A
zset = []
value = 5
扣 1 个 token
写入 zset
zset:
0 → reqA:1
value = 4
-
t = 3 秒，请求 B
当前时间 = 3
窗口范围 = [-7, 3]
bash
zset:
0 → reqA:1
3 → reqB:1
value = 3-
t = 8 秒，请求 C
窗口范围 = [-2, 8]
仍然没有过期zset:
0 → reqA:1
3 → reqB:1
8 → reqC:1
value = 2 -
t = 12 秒，请求 D（关键点来了）
窗口范围 = [2, 12]
过期数据：
0 → reqA:1 （过期！）
第一步：回收 token
expired_values = zrangebyscore(0, 2)
得到：
reqA:1
👉 回收：
value = 2 + 1 = 3
🔥 第二步：删除过期记录
zremrangebyscore(0, 2)
👉 剩下：
3 → reqB:1
8 → reqC:1
🔥 第三步：处理当前请求
zset:
3 → reqB:1
8 → reqC:1
12 → reqD:1
value = 2
执行流程
- 第一阶段：预检查（不扣令牌）
lua
-- 检查所有维度是否满足
if current_val < permits then
return 0
end只要有一个纬度不满足 ，直接失败。
- 第二阶段 ： 同一扣减
lua
redis.call("zadd", ...)
redis.call("set", ...)所有维度都 OK 才一起扣
具体实现
lua脚本
lua
---@diagnostic disable: undefined-global
-- 原子化多维度限流脚本
-- 基于令牌桶算法实现，支持多维度组合限流
-- 只有所有维度都满足条件时才扣减令牌，确保原子性
-- 参数说明：
-- KEYS[1..N]: 限流维度键列表
-- ARGV[1]: 当前时间戳（毫秒）
-- ARGV[2]: 申请令牌数
-- ARGV[3]: 时间窗口（毫秒）
-- ARGV[4]: 最大令牌数（窗口内允许的总数）
-- ARGV[5]: 请求唯一标识
local now_ms = tonumber(ARGV[1])
local permits = tonumber(ARGV[2])
local interval = tonumber(ARGV[3])
local max_tokens = tonumber(ARGV[4])
local request_id = ARGV[5]
-- 第一阶段：预检查阶段 - 检查所有维度是否有足够令牌
for i, key in ipairs(KEYS) do
local value_key = key .. ":value"
local permits_key = key .. ":permits"
-- 初始化 value_key（如果不存在）
if redis.call("exists", value_key) == 0 then
redis.call("set", value_key, max_tokens)
end
-- 回收过期令牌
-- 清理过期的 permit 记录，并回收配额到 value_key
local expired_values = redis.call("zrangebyscore", permits_key, 0, now_ms - interval)
if #expired_values > 0 then
local expired_count = 0
for _, v in ipairs(expired_values) do
-- 优化解析逻辑：使用更高效的模式匹配
local p = tonumber(string.match(v, ":(%d+)$"))
if p then
expired_count = expired_count + p
end
end
-- 删除过期记录
redis.call("zremrangebyscore", permits_key, 0, now_ms - interval)
-- 回收配额
if expired_count > 0 then
local curr_v = tonumber(redis.call("get", value_key) or max_tokens)
local next_v = math.min(max_tokens, curr_v + expired_count)
redis.call("set", value_key, next_v)
end
end
-- 核心检查：当前可用令牌是否足够
local current_val = tonumber(redis.call("get", value_key) or max_tokens)
if current_val < permits then
-- 任何一个维度配额不足，直接返回失败
return 0
end
end
-- 第二阶段：扣减阶段 - 只有所有维度都通过后才执行
for i, key in ipairs(KEYS) do
local value_key = key .. ":value"
local permits_key = key .. ":permits"
-- 记录本次令牌分配（格式：request_id:permits）
local permit_record = request_id .. ":" .. permits
redis.call("zadd", permits_key, now_ms, permit_record)
-- 扣减令牌
local current_v = tonumber(redis.call("get", value_key) or max_tokens)
redis.call("set", value_key, current_v - permits)
-- 设置过期时间，确保过期令牌能被正常回收 (窗口的2倍，至少1秒)
local expire_time = math.ceil(interval * 2 / 1000)
if expire_time < 1 then expire_time = 1 end
redis.call("expire", value_key, expire_time)
redis.call("expire", permits_key, expire_time)
end
-- 成功获取所有维度的令牌
return 1。。待续