一个简单IP防刷工具类， x秒内最多允许y次单ip操作

　　IP防刷，也就是在短时间内有大量相同ip的请求，可能是恶意的，也可能是超出业务范围的。总之，我们需要杜绝短时间内大量请求的问题，怎么处理？

　　其实这个问题，真的是太常见和太简单了，但是真正来做的时候，可能就不一定很简单了哦。

　　我这里给一个解决方案，以供参考！

主要思路或者需要考虑的问题为：

　　1、 因为现在的服务器环境几乎都是分布式环境，所以，用本地计数的方式肯定是不行了，所以我们需要一个第三方的工具来辅助计数；

　　2、 可以选用数据库、缓存中间件、zk等组件来解决分布式计数问题；

　　3、 使用自增计数，尽量保持原子性，避免误差；

　　4、 统计周期为从当前倒推 interval 时间，还是直接以某个开始时间计数；

　　5、 在何处进行拦截？ 每个方法开始前？ 还是请求入口处？

实现代码示例如下：

import org.aspectj.lang.annotation.Aspect;
import org.aspectj.lang.annotation.Before;
import org.springframework.web.context.request.RequestAttributes;
import org.springframework.web.context.request.RequestContextHolder;
import org.springframework.web.context.request.ServletRequestAttributes;
import redis.clients.jedis.Jedis;

import javax.annotation.Resource;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;

/**
 * IP 防刷工具类， 10分钟内只最多允许1000次用户操作
 */
@Aspect
public class IpFlushFirewall {

    @Resource
    private Jedis redisTemplate;

    /**
     * 最大ip限制次数
     */
    private static int maxLimitIpHit = 1000;

    /**
     * 检查时效,单位:秒
     */
    private static int checkLimitIpHitInterval = 600;

    // 自测试有效性
    public static void main(String[] args) {
        IpFlushFirewall ipTest = new IpFlushFirewall();
        // 测试时直接使用new Jedis(), 正式运行时使用 redis-data 组件配置即可
        ipTest.redisTemplate = new Jedis("127.0.0.1", 6379);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("new action: +" + i);
            ipTest.testLoginAction(new Object());
            System.out.println("action: +" + i + ", passed...");
        }
    }

    // 测试访问的方法
    public Object testLoginAction(Object req) {
        // ip防刷
        String reqIp = "127.0.0.1";
        checkIpLimit(reqIp);
        // 用户信息校验
        System.out.println("login success...");
        // 返回用户信息
        return null;
    }

    // 检测限制入口
    public void checkIpLimit(String ip) {
        if(isIpLimited(ip)) {
            throw new RuntimeException("操作频繁，请稍后再试！");
        }
    }

    // ip 防刷 / 使用切面进行拦截
    @Before(value = "execution(public * com.*.*.*(..))")
    public void checkIpLimit() {
        RequestAttributes ra = RequestContextHolder.getRequestAttributes();
        ServletRequestAttributes sra = (ServletRequestAttributes) ra;
        HttpServletRequest request = sra.getRequest();
        String ip = getIp(request);
        if(isIpLimited(ip)) {
            throw new RuntimeException("操作频繁，请稍后再试！");
        }
    }

    public static String getIp(HttpServletRequest request) {
        String ip = request.getHeader("x-forwarded-for");
        if (ip == null || ip.length() == 0 || "unknown".equalsIgnoreCase(ip)) {
            ip = request.getHeader("Proxy-Client-IP");
        }
        if (ip == null || ip.length() == 0 || "unknown".equalsIgnoreCase(ip)) {
            ip = request.getHeader("WL-Proxy-Client-IP");
        }
        if (ip == null || ip.length() == 0 || "unknown".equalsIgnoreCase(ip)) {
            ip = request.getRemoteAddr();
        }
        // 多级代理问题
        if(ip.contains(",")) {
            ip = ip.substring(0, ip.indexOf(',')).trim();
        }
        return ip;
    }

    /**
     * 判断ip是否受限制, 非核心场景，对于非原子的更新计数问题不大，否则考虑使用分布式锁调用更新
     */
    private boolean isIpLimited(String reqIp) {
        String ipHitCache = getIpHitCacheKey(reqIp);
        // 先取旧数据作为本次判断，再记录本次访问
        String hitsStr = redisTemplate.get(ipHitCache);
        recordNewIpRequest(reqIp);
        // 新周期内，首次访问
        if(hitsStr == null) {
            return false;
        }
        // 之前有命中
        // 总数未超限，直接通过
        if(!isOverMaxLimit(Integer.valueOf(hitsStr) + 1)) {
            return false;
        }
        // 当前访问后超过限制后，再判断周期内的数据
        Long retainIpHits = countEffectiveIntervalIpHit(reqIp);
        redisTemplate.set(ipHitCache, retainIpHits + "");
        // 将有效计数更新回计数器,删除无效计数后，在限制范围内，则不限制操作
        if(!isOverMaxLimit(retainIpHits.intValue())) {
            return false;
        }
        return true;
    }

    // 是否超过最大限制
    private boolean isOverMaxLimit(Integer nowCount) {
        return nowCount > maxLimitIpHit;
    }

    // 每次访问必须记录
    private void recordNewIpRequest(String reqIp) {
        if(redisTemplate.exists(getIpHitCacheKey(reqIp))) {
            // 自增访问量
            redisTemplate.incr(getIpHitCacheKey(reqIp));
        }
        else {
            redisTemplate.set(getIpHitCacheKey(reqIp), "1");
        }
        redisTemplate.expire(getIpHitCacheKey(reqIp), checkLimitIpHitInterval);
        Long nowTime = System.currentTimeMillis() / 1000;
        // 使用 sorted set 保存记录时间，方便删除, zset 元素尽可能保持唯一，否则会导致统计有效时数据变少问题
        redisTemplate.zadd(getIpHitStartTimeCacheKey(reqIp), nowTime , reqIp + "-" + System.nanoTime() + Math.random());
        redisTemplate.expire(getIpHitStartTimeCacheKey(reqIp), checkLimitIpHitInterval);
    }

    /**
     * 统计计数周期内有效的的访问次数（删除无效统计）
     *
     * @param reqIp 请求ip
     * @return 有效计数
     */
    private Long countEffectiveIntervalIpHit(String reqIp) {
        // 删除统计周期外的计数
        Long nowTime = System.currentTimeMillis() / 1000;
        redisTemplate.zremrangeByScore(getIpHitStartTimeCacheKey(reqIp), nowTime - checkLimitIpHitInterval, nowTime);
        return redisTemplate.zcard(getIpHitStartTimeCacheKey(reqIp));
    }

    // ip 访问计数器缓存key
    private String getIpHitCacheKey(String reqIp) {
        return "secure.ip.limit." + reqIp;
    }

    // ip 访问开始时间缓存key
    private String getIpHitStartTimeCacheKey(String reqIp) {
        return "secure.ip.limit." + reqIp + ".starttime";
    }

}

　　如上解决思路为：

　　　　1. 使用 redis 做计数器工具，做到数据统一的同时，redis 的高性能特性也保证了整个应用性能；

　　　　2. 使用 redis 的 incr 做自增，使用一个 zset 来保存记录开始时间，做双重保险；

　　　　3. 在计数超过限制后，再做开始有效性的检测，保证准确的同时，避免了每次都手动检查有时间有效性的动作；

4、 正常的统计周期超时，借助redis自动淘汰机制清理，无需手动管理；

　　　　5. 使用切面的方式进行请求拦截，避免业务代码入侵；

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