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Redis的原子计数器应用

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一、前言
在一些对高并发请求有限制的系统或者功能里,比如说秒杀活动,或者一些网站返回的当前用户过多,请稍后尝试。这些都是通过对同一时刻请求数量进行了限制,一般用作对后台系统的保护,防止系统因为过大的流量冲击而崩溃。对于系统崩溃带来的后果,显然还是拒绝一部分请求更能被维护者所接受。 
而在各种限流中,除了系统自身设计的带锁机制的计数器外,利用Redis实现显然是一种既高效安全又便捷方便的方式。

二、incr命令
Redis Incr 命令将 key 中储存的数字值增一。 
如果 key 不存在,那么 key 的值会先被初始化为 0 ,然后再执行 INCR 操作。 
如果值包含错误的类型,或字符串类型的值不能表示为数字,那么返回一个错误。 
本操作的值限制在 64 位(bit)有符号数字表示之内。 
示例:

127.0.0.1:6379> set num 10
OK
127.0.0.1:6379> incr num
(integer) 11
127.0.0.1:6379> get num    # 数字值在 Redis 中以字符串的形式保存
"11"
1
2
3
4
5
6
注意: 由于redis并没有一个明确的类型来表示整型数据,所以这个操作是一个字符串操作。 
执行这个操作的时候,key对应存储的字符串被解析为10进制的64位有符号整型数据。 
事实上,Redis 内部采用整数形式(Integer representation)来存储对应的整数值,所以对该类字符串值实际上是用整数保存,也就不存在存储整数的字符串表示(String representation)所带来的额外消耗。

三、使用场景
1.计数器
使用思路是:每次有相关操作的时候,就向Redis服务器发送一个incr命令。 
例如这样一个场景:我们有一个web应用,我们想记录每个用户每天访问这个网站的次数。 
web应用只需要通过拼接用户id和代表当前时间的字符串作为key,每次用户访问这个页面的时候对这个key执行一下incr命令。

这个场景可以有很多种扩展方法: 
通过结合使用INCR和EXPIRE命令,可以实现一个只记录用户在指定间隔时间内的访问次数的计数器 
客户端可以通过GETSET命令获取当前计数器的值并且重置为0 
通过类似于DECR或者INCRBY等原子递增/递减的命令,可以根据用户的操作来增加或者减少某些值 比如在线游戏,需要对用户的游戏分数进行实时控制,分数可能增加也可能减少。

2.限速器
限速器是一种可以限制某些操作执行速率的特殊场景。 
传统的例子就是限制某个公共api的请求数目。 
假设我们要解决如下问题:限制某个api每秒每个ip的请求次数不超过10次。 
我们可以通过incr命令来实现两种方法解决这个问题。

四、流量控制之java实现
这里我们将在java中使用redis-incr的特性来构建一个1分钟内只允许 请求100次的控制代码,key代表在redis内存放的被控制的键值。

public static boolean flowControl(String key){
        //最大允许100
        int max = 100;
        long total = 1L;
        try {
            if (jedisInstance.get(key) == null) {
                //jedisInstance是Jedis连接实例,可以使单链接也可以使用链接池获取,实现方式请参考之前的blog内容
                //如果redis目前没有这个key,创建并赋予0,有效时间为60s
                jedisInstance.setex(key, 60, "0");
            } else {
                //获取加1后的值
                total = jedisInstance.incr(redisKey).longValue();
                //Redis TTL命令以秒为单位返回key的剩余过期时间。当key不存在时,返回-2。当key存在但没有设置剩余生存时间时,返回-1。否则,以秒为单位,返回key的剩余生存时间。
                if (jedisInstance.ttl(redisKey).longValue() == -1L)
                {
                    //为给定key设置生存时间,当key过期时(生存时间为0),它会被自动删除。
                    jedisInstance.expire(redisKey, 60);
                }
            }
        } catch (Exception e) {
            logger.error("流量控制组件:执行计数操作失败,无法执行计数");
        }
        long keytotaltransations = max;
        //判断是否已超过最大值,超过则返回false
        if (total > keytotaltransations) {
            return false;
        }
        return true;
    
 

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