内容简介:Redis应用之Lua脚本
最近工作中遇到这样一个需求:就是用户每天对某个接口的调用次数不得超过一定的频次。
回想到之前看到的文章中有处理类似问题的场景:就是实现访问频率的限制,这类问题的使用场景特别多。
处理这类问题,使用Redis + Lua是一个非常正确的做法。
Redis + Lua介绍
Lua嵌入 Redis 的优势:
减少网络开销: 不使用 Lua 的代码需要向 Redis 发送多次请求, 而脚本只需一次即可, 减少网络传输 原子操作: Redis 将整个脚本作为一个原子执行, 无需担心并发, 也就无需事务 复用: 脚本会永久保存 Redis 中, 其他客户端可继续使用
基本概念及使用方法
Redis执行Lua脚本的基础知识,官网的文档介绍的很详细,这里不再赘述。通过如下两篇文章基本可以对Redis的概念和使用做到很好的了解。
Redis执行Lua脚本的过程
这里重点对Redis服务执行Lua脚本的实现原理进行介绍一下。
创建Lua环境
A:为了在 Redis 服务器中执行 Lua 脚本, Redis 内嵌了一个 Lua 环境, 并对该环境进行了一系列修改, 从而确保满足 Redis 的需要. B:整个 Redis 服务器只需创建一个 Lua 环境.
Lua环境协作组件
Redis创建两个用于与Lua环境协作的组件: 伪客户端 - 负责执行 Lua 脚本中的 Redis 命令, lua_scripts
字典 - 保存 Lua 脚本。
伪客户端
:执行Reids命令必须有对应的客户端状态, 因此执行 Lua 脚本内的 Redis 命令 必须为 Lua 环境专门创建一个伪客户端, 由该客户端处理 Lua 内所有命令: redis.call()
/ redis.pcall()
。
lua_scritps
字典:字典key为脚本 SHA1 校验和, value为 SHA1 对应脚本内容, 所有被 EVAL
和 SCRIPT LOAD
载入过的脚本都被记录到 lua_scripts
中, 便于实现 SCRIPT EXISTS
命令和脚本复制功能。
Eval命令原理
EVAL
命令执行分为以下三个步骤:
-
定义Lua函数:
在 Lua 环境内定义 Lua函数 : 名为
f_
前缀+脚本 SHA1 校验和, 体为 脚本内容本身 . 优势:1、执行脚本步骤简单, 调用函数即可;
2、函数的局部性可保持 Lua 环境清洁, 减少垃圾回收工作量, 且避免使用全局变量;
3、只要记住 SHA1 校验和, 即可在不知脚本内容的情况下, 直接调用 Lua 函数执行脚本(
EVALSHA
命令实现). -
将脚本保存到
lua_scripts
字典; -
执行脚本函数:
1、将 EVAL 命令中输入的
KEYS
参数和ARGV
参数以全局数组的方式传入到 Lua 环境中。2、设置伪客户端的目标数据库为调用者客户端的目标数据库:
fake_client->db = caller_client->db
,确保脚本中执行的 Redis 命令访问的是正确的数据库。3、为 Lua 环境装载超时钩子,保证在脚本执行出现超时时可以杀死脚本,或者停止 Redis 服务器。
4、执行脚本对应的 Lua 函数。
5、如果被执行的 Lua 脚本中带有
SELECT
命令,那么在脚本执行完毕之后,伪客户端中的数据库可能已经有所改变,所以需要对调用者客户端的目标数据库进行更新:caller_client->db = fake_client->db
。6、执行清理操作:清除钩子;清除指向调用者客户端的指针;等等。
7、将 Lua 函数执行所得的结果转换成 Redis 回复,然后传给调用者客户端。
8、对 Lua 环境进行一次单步的渐进式 GC 。
数据流表示图
执行命令 EVAL "return redis.call('DBSIZE')" 0
时,调用者客户端(caller)、伪客户端(fake client)、Redis 服务器和 Lua 环境之间的数据流表示图:
Redis + Lua 应用
这里主要就是结合 Python 开发环境,针对指定时间内IP请求频次限制做一个示例讲解。Python的Redis客户端实现执行Lua脚本的相关功能。客户端执行Lua脚本的源码如下:
classScript(object): "An executable Lua script object returned by ``register_script``" def__init__(self, registered_client, script): self.registered_client = registered_client self.script = script self.sha = '' def__call__(self, keys=[], args=[], client=None): "Execute the script, passing any required ``args``" if client is None: client = self.registered_client args = tuple(keys) + tuple(args) # make sure the Redis server knows about the script if isinstance(client, BasePipeline): # make sure this script is good to go on pipeline client.script_load_for_pipeline(self) try: return client.evalsha(self.sha, len(keys), *args) except NoScriptError: # Maybe the client is pointed to a differnet server than the client # that created this instance? self.sha = client.script_load(self.script) return client.evalsha(self.sha, len(keys), *args)
Lua脚本实现的IP频次限制代码
-- -- Created by IntelliJ IDEA. -- User: DragonRiver -- Date: 17/03/11 -- Time: 下午6:11 -- local key = "rate:limit:" .. KEYS[1] local limit = tonumber(ARGV[1]) local expire_time = ARGV[2] -- 首先判断键是否存在 local is_exists = redis.call("EXISTS", key) -- 键存在就加1 if is_exists == 1 then if redis.call("INCR", key) > limit then return 0 else return 1 end -- 不存在的话,就设置键,同时设置有效期 else redis.call("SET", key, 1) redis.call("EXPIRE", key, expire_time) return 1
Python执行乱脚本helper
import redis classLuaRedisHelper(object): def__init__(self, redis_conf, lua_script_path): self.redis_client = redis.StrictRedis( host=redis_conf.get("host", "localhost"), port=redis_conf.get("port", 6379), db=0) self.lua_script = open(lua_script_path).read() self.multiply = self.redis_client.register_script(self.lua_script) defmultiply_excete(self, keys=list(), args=list()): return self.multiply(keys=keys, args=args)
实际应用
#!/usr/bin/env python # -*-coding:utf-8-*- """ 实现访问频率限制: 实现访问者 $ip 在一定的时间 $time 内只能访问 $limit 次. """ from lua_script_helper import LuaRedisHelper if __name__ == "__main__": redis_conf = {} lua_redis_helper = LuaRedisHelper( redis_conf=redis_conf, lua_script_path="./ip_limit.lua") keys, args = ["127.0.0.1"], ["5", "10"] res = lua_redis_helper.multiply(keys, args) print res
Redis + Lua的其他应用请访问如下资源:
以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持 码农网
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