nginx限流及其原理（一）

前言

在开发的过程中，我们经常一些要限制用户访问速率或者限制IP同时在线的个数的问题。这样的需求，如果要自己手动开发，虽然还是比较简单，但还要浪费不少时间，且有一些问题在内。

不过，Nginx给我们提供了limit方面的指令，我们只要根据其配置，就能很方便的启用了限流的功能。

本文主要介绍指令的配置

limit_req指令

nginx_http_limit_req_module模块在0.7.21中就提供了，主要是用来限制请求处理的速率，这个速率，还是要有一个参考值，比如是单个的IP，或者是单个用户，一般的情况，是用IP来处理的。

image-20250531211540802

http{
	limit_req_zone $binary_remote_addr zone=perip:10m rate=2r/s;
	server {
		 location / {
            root   html;
            limit_req zone=perip burst=5 nodelay;
            index  index.html index.htm;
        }
	}
}

配置好之后，使用命令nginx -s reload重新加载nginx，此后，我们使用ab来对服务器做一个测试。

ab压力测试

ab的命令就不多讲了，使用如下命令

ab -c 10 -n 10 http://b.zf520.net.cn/

可以得到如下结果：

image-20250531211959669

从上图中可以看到，并发10个用户，一共发送10个请求，其中，有4个请求失败了，返回了non-2XX的返回体。

再看下nginx的access.log日志：

image-20250531212305128

确实是有4个返回结果为503，503的意思是服务不可用。

配置参数解析

limit_req_zone

先说下http块中的limit_req_zone，这个参数主要是定义共享内存和限制规则。其主要用法如下：

Syntax:	limit_req_zone key zone=name:size rate=rate [sync];
Default:	—
Context:	http

其中，

  • key ： 限制的键，通常使用$binary_remote_add(客户端的IP)
  • zone=name:size ： 定义共享内存区的名称和大小(如10m表示10MB)
  • rate=rate ： 请求限制的速率如10r/s(每秒10次)或30r/m(每分钟30次)。r代表request

示例

limit_req_zone $binary_remote_addr zone=req_limit:10m rate=10r/s;

limit_req

这个参数主要是把限制的速率作用到哪个位置。其主要用法如下：

Syntax:	limit_req zone=name [burst=number] [nodelay | delay=number];
Default:	—
Context:	http, server, location

其中，

  • zone=name ： 指定使用的共享内存区。
  • burst=number : 突发请求缓存队列大小（可选）
  • nodelay ： 是否立即处理突发请求（可选）
  • delay=number ： 延迟处理的请求数（高级选项）

示例一：

limit_req zone=req_limit burst=20;

先解释下burst参数，burst表示突发请求的缓存队列大小，定义允许超过速率限制的突发请求数，这些请求会被放入到队列中延迟处理。

nodelay 参数，与burst配合使用，表示允许立即处理突发请求，而不是延迟处理，但如果超过了burst + rate的请求则会被拒绝。

delay=number：这个参数是nginx 1.15.7版本后增加的参数，主要是用来指定多少突发请求可以理解被处理，剩余的请求会被延迟处理。提供了比nodelay更精细化的控制。

总结下，就是：

当请求到达时，nginx检查对应客户端IP的请求计数，如果未超过速率限制（rate),请求就会被处理，如果超过了速率限制数，但还有burst空间，请求被排队处理或者立即处理（取决于是否参数nodelay)。如果超过了rate + burst，则返回错误状态码。这样，就可以平滑请求流量，防止服务器过载。

那么，上述示例就是，定义了一个20个的突发请求缓冲区，这20个请求将被延迟处理。

示例二：

limit_req zone=req_limit burst=20 nodelay;

这个示例中20个缓冲区的请求，会被立即处理，相当于为limit_req_zone中增加了20个冗余量。

示例三：

limit_req zone=req_limit burst=20 delay=10;

这个示例，缓冲区大小是20个，但只有10个可以被立即处理，剩余的10个要延迟处理。

最后，补充一点这个指令的作用范围

  • http: 如果该指令配置再http块下，则对整个下面的server，location都有效果，即，差不多是全局起作用。
  • server: 只对当前server下所有的location起作用。
  • location: 只对当前请求有效，其他的请求不起作用。

limit_req_status

limit_req_status主要是指定当超过限制速率后的请求返回的状态码，默认是503。

Syntax:	limit_req_status code;
Default:	
limit_req_status 503;
Context:	http, server, location

示例：

limit_req_status 503;

limit_req_log_level

limit_req_log_level是定义限制触发时的日志级别，默认是error。

语法：

Syntax:	limit_req_log_level info | notice | warn | error;
Default:	
limit_req_log_level error;
Context:	http, server, location

示例：

limit_req_log_level warn;

日志级别的文章，可以参考笔者知乎上的一篇文章。