使用Spring Boot自定义注解 + AOP实现基于IP的接口限流和黑白名单

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前言

在我们日常开发的项目中为了保证系统的稳定性，很多时候我们需要对系统做限流处理，它可以有效防止恶意请求对系统造成过载。常见的限流方案主要有：

• 网关限流：NGINX、Zuul 等 API 网关
• 服务器端限流：服务端接口限流
• 令牌桶算法：通过定期生成令牌放入桶中，请求需要消耗令牌才能通过
• 熔断机制：Hystrix、Resilience4j 等

本文将详细介绍 Spring Boot 通过自定义注解和 AOP（面向切面编程），实现基于 IP 的限流和黑白名单功能，包括如何使用 Redis 存储限流和黑名单信息。

项目初始化

首先，创建一个 Spring Boot 项目，并添加必要的依赖。在 pom.xml 文件中添加以下内容：

<dependencies>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-aop</artifactId>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
    </dependency>
</dependencies>

配置 application.yml 加入 redis 配置

spring:
    #redis
    redis:
        # 地址
        host: 127.0.0.1
        # 端口，默认为6379
        port: 6379

自定义限流注解

创建一个自定义注解 RateLimit ：

import java.lang.annotation.ElementType;
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
import java.lang.annotation.Target;

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.METHOD)
public @interface RateLimit {
	//限制次数
    int limit() default 5;
    //限制时间 秒
    int timeout() default 60;
}

编写限流切面

使用 AOP 实现限流逻辑，并增加 IP 黑白名单判断 , 使用 Redis 来存储和检查请求次数及黑名单信息。

import org.aspectj.lang.ProceedingJoinPoint;
import org.aspectj.lang.annotation.Around;
import org.aspectj.lang.annotation.Aspect;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;
import org.springframework.stereotype.Component;

import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

@Aspect
@Component
public class RateLimitAspect {

    @Autowired
    private StringRedisTemplate redisTemplate;

    @Autowired
    private HttpServletRequest request;
	//定义黑名单key前缀
    private static final String BLACKLIST_KEY_PREFIX = "blacklist:";
    //定义白名单key前缀
    private static final String WHITELIST_KEY_PREFIX = "whitelist:";

    @Around("@annotation(rateLimit)")
    public Object rateLimit(ProceedingJoinPoint joinPoint, RateLimit rateLimit) throws Throwable {
    	//获取IP
        String ip = request.getRemoteAddr();
        
        //黑名单则直接异常
        if (isBlacklisted(ip)) {
            throw new RuntimeException("超出访问限制已加入黑名单，1小时后再访问");
        }

		//如果是白名单下的不做限制
        if (isWhitelisted(ip)) {
            return joinPoint.proceed();
        }

        String key = generateKey(joinPoint, ip);
        int limit = rateLimit.limit();
        int timeout = rateLimit.timeout();
        
        String countStr = redisTemplate.opsForValue().get(key);
        int count = countStr == null ? 0 : Integer.parseInt(countStr);

        if (count < limit) {
            redisTemplate.opsForValue().set(key, String.valueOf(count + 1), timeout, TimeUnit.SECONDS);
            return joinPoint.proceed();
        } else {
            addToBlacklist(ip);
            throw new RuntimeException("超出请求限制IP已被列入黑名单");
        }
    }

    private boolean isBlacklisted(String ip) {
        return redisTemplate.hasKey(BLACKLIST_KEY_PREFIX + ip);
    }

    private boolean isWhitelisted(String ip) {
        return redisTemplate.hasKey(WHITELIST_KEY_PREFIX + ip);
    }

    private void addToBlacklist(String ip) {
        redisTemplate.opsForValue().set(BLACKLIST_KEY_PREFIX + ip, "true", 1, TimeUnit.HOURS);
    }

    private String generateKey(ProceedingJoinPoint joinPoint, String ip) {
        String methodName = joinPoint.getSignature().getName();
        String className = joinPoint.getTarget().getClass().getName();
        return className + ":" + methodName + ":" + ip;
    }
}

Controller中使用限流注解

创建一个简单的限流测试Controller，并在需要限流的方法上使用 @RateLimit 注解：，需要编写异常处理，返回RateLimitAspect异常信息，并以字符串形式返回

import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

@RestController
@RequestMapping("/api")
public class TestController {

	//由于是简单的测试项目，这里就直接定义异常处理，并为采用全局异常处理
	@ExceptionHandler(value = Exception.class)
    public String handleException(Exception ex) {
        return ex.getMessage();
    }

    @RateLimit(limit = 5, timeout = 60)
    @GetMapping("/limit")
    public String testRateLimit() {
        return "Request successful!";
    }
}

接口测试

使用接口调试工具，请求接口测试，博主这里使用的是 Apifox，我们60秒内请求5次
前5次均返回 Request successful!
第6次会提示 超出请求限制IP已被列入黑名单

结语

通过以上步骤，我们成功地使用自定义注解和 AOP 实现了基于 IP 的接口限流和黑白名单功能。这种方法不仅简化了限流逻辑的实现，还增强了系统的安全性和稳定性。小伙伴们可以根据实际需求对限流逻辑进行进一步扩展和优化，例如增加不同的限流策略、动态调整限流参数等。