API pieprasījumu ierobežošana: ieviešanas stratēģijas mērogojamām API

Mūsdienu savstarpēji saistītajā pasaulē API (lietojumprogrammu saskarnes) ir neskaitāmu lietojumprogrammu un pakalpojumu mugurkauls. Tās nodrošina netraucētu saziņu un datu apmaiņu starp dažādām sistēmām. Tomēr pieaugošā paļaušanās uz API rada arī izaicinājumus, īpaši attiecībā uz to mērogojamību un drošību. Viens būtisks API pārvaldības aspekts ir pieprasījumu ierobežošana, kam ir vitāli svarīga loma, lai novērstu ļaunprātīgu izmantošanu, nodrošinātu godīgu lietošanu un uzturētu jūsu API infrastruktūras vispārējo stabilitāti.

Kas ir API pieprasījumu ierobežošana?

API pieprasījumu ierobežošana ir tehnika, ko izmanto, lai kontrolētu pieprasījumu skaitu, ko klients var veikt API noteiktā laika logā. Tā darbojas kā vārtsargs, novēršot ļaunprātīgus uzbrukumus, piemēram, pakalpojumatteices (DoS) un izkliedētās pakalpojumatteices (DDoS) uzbrukumus, kā arī netīšu pārslodzi, ko izraisa slikti izstrādātas lietojumprogrammas. Ieviešot pieprasījumu ierobežošanu, jūs varat aizsargāt savus API resursus, nodrošināt konsekventu lietotāja pieredzi un novērst pakalpojumu pārtraukumus.

Kāpēc pieprasījumu ierobežošana ir svarīga?

Pieprasījumu ierobežošana ir būtiska vairāku iemeslu dēļ:

• Ļaunprātīgas izmantošanas novēršana: Tā palīdz novērst ļaunprātīgu dalībnieku mēģinājumus pārslogot jūsu API ar pārmērīgiem pieprasījumiem, kas varētu izraisīt jūsu serveru avāriju vai radīt ievērojamas izmaksas.
• Godīgas lietošanas nodrošināšana: Tā nodrošina, ka visiem lietotājiem ir godīga iespēja piekļūt jūsu API resursiem, neļaujot nevienam lietotājam monopolizēt pakalpojumu.
• API stabilitātes uzturēšana: Kontrolējot pieprasījumu skaitu, jūs varat novērst API pārslodzi, nodrošinot konsekventu veiktspēju un pieejamību.
• Infrastruktūras aizsardzība: Tā aizsargā jūsu pamata infrastruktūru no pārmērīgas datplūsmas radītas pārslodzes, novēršot potenciālus pārtraukumus un datu zudumus.
• Monetizācija un diferencēta piekļuve: Tā ļauj jums piedāvāt dažādus API piekļuves līmeņus atkarībā no lietojuma, ļaujot monetizēt jūsu API un apmierināt dažādas klientu vajadzības.

Ieviešanas stratēģijas

Ir vairākas dažādas pieejas API pieprasījumu ierobežošanas ieviešanai, katrai no tām ir savas priekšrocības un trūkumi. Šeit ir dažas no visbiežāk izmantotajām stratēģijām:

1. Žetonu spaiņa (Token Bucket) algoritms

Žetonu spaiņa algoritms ir populāra un elastīga pieeja pieprasījumu ierobežošanai. Iedomājieties spaini, kurā atrodas žetoni. Katrs pieprasījums patērē vienu žetonu. Ja žetoni ir pieejami, pieprasījums tiek apstrādāts; pretējā gadījumā tas tiek noraidīts vai aizkavēts. Spainis periodiski tiek papildināts ar žetoniem noteiktā ātrumā.

Kā tas darbojas:

• Katram klientam tiek izveidots spainis ar maksimālo ietilpību un papildināšanas ātrumu.
• Katru reizi, kad klients veic pieprasījumu, no spaiņa tiek izņemts viens žetons.
• Ja spainis ir tukšs, pieprasījums tiek noraidīts vai aizkavēts, līdz kļūst pieejami žetoni.
• Spainis tiek papildināts ar žetoniem ar fiksētu ātrumu līdz tā maksimālajai ietilpībai.

Priekšrocības:

• Elastīgums: Papildināšanas ātrumu un spaiņa izmēru var pielāgot dažādām API prasībām.
• Pārslodzes pieļaušana: Ļauj neregulāriem datplūsmas uzliesmojumiem neizraisīt pieprasījumu ierobežošanu.
• Viegli ieviest: Salīdzinoši vienkārši ieviest un saprast.

Trūkumi:

• Sarežģītība: Nepieciešams pārvaldīt spaiņus un žetonus katram klientam.
• Konfigurācija: Nepieciešama rūpīga papildināšanas ātruma un spaiņa izmēra konfigurācija.

Piemērs:

Pieņemsim, ka jums ir API ar pieprasījumu limitu 10 pieprasījumi sekundē vienam lietotājam, izmantojot žetonu spaiņa algoritmu. Katram lietotājam ir spainis, kurā var ietilpt līdz 10 žetoniem. Katru sekundi spainis tiek papildināts ar 10 žetoniem (līdz maksimālajai ietilpībai). Ja lietotājs veic 15 pieprasījumus vienā sekundē, pirmie 10 pieprasījumi patērēs žetonus, bet atlikušie 5 pieprasījumi tiks noraidīti vai aizkavēti.

2. Caurā spaiņa (Leaky Bucket) algoritms

Caurā spaiņa algoritms ir līdzīgs žetonu spainim, bet tas koncentrējas uz pieprasījumu izplūdes kontroli. Iedomājieties spaini ar pastāvīgu noplūdes ātrumu. Ienākošie pieprasījumi tiek pievienoti spainim, un spainis "nopludina" pieprasījumus ar fiksētu ātrumu. Ja spainis pārplūst, pieprasījumi tiek atmesti.

Kā tas darbojas:

• Katram klientam tiek izveidots spainis ar maksimālo ietilpību un noplūdes ātrumu.
• Katrs ienākošais pieprasījums tiek pievienots spainim.
• Spainis "nopludina" pieprasījumus ar fiksētu ātrumu.
• Ja spainis ir pilns, ienākošie pieprasījumi tiek atmesti.

Priekšrocības:

• Vienmērīga datplūsma: Nodrošina vienmērīgu pieprasījumu izplūdi, novēršot datplūsmas uzliesmojumus.
• Vienkārša ieviešana: Salīdzinoši vienkārši ieviest.

Trūkumi:

• Ierobežota pārslodzes pieļaušana: Neatļauj datplūsmas uzliesmojumus tik viegli kā žetonu spaiņa algoritms.
• Potenciāli atmesti pieprasījumi: Var novest pie atmestiem pieprasījumiem, ja spainis pārplūst.

Piemērs:

Apsveriet API, kas apstrādā attēlus. Lai novērstu pakalpojuma pārslodzi, tiek ieviests caurais spainis ar noplūdes ātrumu 5 attēli sekundē. Jebkuras attēlu augšupielādes, kas pārsniedz šo ātrumu, tiek atmestas. Tas nodrošina, ka attēlu apstrādes pakalpojums darbojas vienmērīgi un efektīvi.

3. Fiksētā loga skaitītājs

Fiksētā loga skaitītāja algoritms sadala laiku fiksēta izmēra logos (piemēram, 1 minūte, 1 stunda). Katram klientam tas saskaita pieprasījumu skaitu pašreizējā logā. Ja skaits pārsniedz limitu, nākamie pieprasījumi tiek noraidīti, līdz logs tiek atiestatīts.

Kā tas darbojas:

• Laiks tiek sadalīts fiksēta izmēra logos.
• Katram klientam tiek uzturēts skaitītājs, kas seko līdzi pieprasījumu skaitam pašreizējā logā.
• Ja skaitītājs pārsniedz limitu, nākamie pieprasījumi tiek noraidīti, līdz logs tiek atiestatīts.
• Kad logs tiek atiestatīts, skaitītājs tiek atiestatīts uz nulli.

Priekšrocības:

• Vienkāršība: Ļoti viegli ieviest.
• Zema noslodze: Nepieciešami minimāli resursi.

Trūkumi:

• Potenciāla datplūsmas pārslodze: Var pieļaut datplūsmas uzliesmojumus logu malās. Lietotājs varētu veikt atļauto pieprasījumu skaitu tieši pirms loga atiestatīšanas un tad nekavējoties veikt vēl vienu pilnu pieprasījumu sēriju jaunā loga sākumā, faktiski dubultojot savu atļauto ātrumu.
• Neprecīza pieprasījumu ierobežošana: Var būt neprecīza, ja pieprasījumi ir koncentrēti loga sākumā vai beigās.

Piemērs:

Iedomājieties API ar pieprasījumu limitu 100 pieprasījumi minūtē, izmantojot fiksētā loga skaitītāja algoritmu. Lietotājs teorētiski varētu veikt 100 pieprasījumus vienas minūtes pēdējā sekundē un pēc tam vēl 100 pieprasījumus nākamās minūtes pirmajā sekundē, faktiski dubultojot savu atļauto ātrumu.

4. Slīdošā loga žurnāls

Slīdošā loga žurnāla algoritms uztur žurnālu ar visiem pieprasījumiem, kas veikti slīdošā laika loga ietvaros. Katru reizi, kad tiek veikts pieprasījums, algoritms pārbauda, vai pieprasījumu skaits žurnālā pārsniedz limitu. Ja pārsniedz, pieprasījums tiek noraidīts.

Kā tas darbojas:

• Katram klientam tiek uzturēts žurnāls, kurā tiek glabāti visu slīdošā loga ietvaros veikto pieprasījumu laikspiedoli.
• Kad tiek veikts jauns pieprasījums, tiek pārbaudīts žurnāls, lai redzētu, vai pieprasījumu skaits logā pārsniedz limitu.
• Ja limits ir pārsniegts, pieprasījums tiek noraidīts.
• Veci ieraksti tiek noņemti no žurnāla, kad tie izkrīt no slīdošā loga.

Priekšrocības:

• Precizitāte: Nodrošina precīzāku pieprasījumu ierobežošanu nekā fiksētā loga skaitītājs.
• Nav logu robežu problēmu: Izvairās no potenciālas datplūsmas pārslodzes logu malās.

Trūkumi:

• Lielāka noslodze: Nepieciešams vairāk krātuves un apstrādes jaudas nekā fiksētā loga skaitītājam.
• Sarežģītība: Sarežģītāk ieviest.

Piemērs:

Sociālo mediju API varētu izmantot slīdošā loga žurnālu, lai ierobežotu lietotājus līdz 500 ierakstiem stundā. Žurnālā tiek glabāti pēdējo 500 ierakstu laikspiedoli. Kad lietotājs mēģina publicēt jaunu ziņojumu, algoritms pārbauda, vai pēdējās stundas laikā jau ir 500 ierakstu. Ja tā, ieraksts tiek noraidīts.

5. Slīdošā loga skaitītājs

Slīdošā loga skaitītājs ir hibrīda pieeja, kas apvieno gan fiksētā loga skaitītāja, gan slīdošā loga žurnāla priekšrocības. Tas sadala logu mazākos segmentos un izmanto svērto aprēķinu, lai noteiktu pieprasījumu limitu. Tas nodrošina precīzāku pieprasījumu ierobežošanu salīdzinājumā ar fiksētā loga skaitītāju un ir mazāk resursietilpīgs nekā slīdošā loga žurnāls.

Kā tas darbojas:

• Sadala laika logu mazākos segmentos (piemēram, sekundes minūtes ietvaros).
• Uztur skaitītāju katram segmentam.
• Aprēķina pašreizējo pieprasījumu ātrumu, ņemot vērā pabeigtos segmentus un pašreizējo segmentu.
• Ja aprēķinātais ātrums pārsniedz limitu, pieprasījums tiek noraidīts.

Priekšrocības:

• Uzlabota precizitāte: Piedāvā labāku precizitāti salīdzinājumā ar fiksētā loga skaitītāju.
• Zemāka noslodze: Mazāk resursietilpīgs nekā slīdošā loga žurnāls.
• Sabalansē sarežģītību un veiktspēju: Labs kompromiss starp precizitāti un resursu izmantošanu.

Trūkumi:

• Sarežģītāka ieviešana: Sarežģītāk ieviest nekā fiksētā loga skaitītāju.
• Joprojām aptuvens: Tas joprojām ir tuvinājums, lai gan precīzāks nekā fiksētais logs.

Piemērs:

E-komercijas API varētu izmantot slīdošā loga skaitītāju ar pieprasījumu limitu 200 pieprasījumi minūtē, sadalot minūti 10 sekunžu segmentos. Algoritms aprēķina svērto vidējo pieprasījumu skaitu no iepriekšējiem pilnajiem segmentiem un pašreizējā segmenta, lai noteiktu, vai lietotājs pārsniedz savu pieprasījumu limitu.

Pareizās stratēģijas izvēle

Labākā pieprasījumu ierobežošanas stratēģija jūsu API ir atkarīga no jūsu specifiskajām prasībām un ierobežojumiem. Apsveriet šādus faktorus:

• Precizitāte: Cik precīzai jābūt pieprasījumu ierobežošanai? Vai jums ir nepieciešams novērst pat nelielus datplūsmas uzliesmojumus?
• Veiktspēja: Kāda ir pieprasījumu ierobežošanas algoritma ietekme uz veiktspēju? Vai tas spēj apstrādāt gaidāmo datplūsmas apjomu?
• Sarežģītība: Cik sarežģīts ir algoritms, lai to ieviestu un uzturētu?
• Resursu izmantošana: Cik daudz krātuves un apstrādes jaudas patērēs algoritms?
• Elastīgums: Cik elastīgs ir algoritms, lai pielāgotos mainīgajām prasībām?
• Lietošanas gadījums: Jūsu API specifiskās vajadzības, piemēram, ja tas ir kritisks pakalpojums, precizitātei jābūt augstai, salīdzinot ar analītikas API, kur neliela neprecizitāte var būt pieņemama.

Parasti vienkāršāki algoritmi, piemēram, fiksētā loga skaitītājs, ir piemēroti API ar mazāk stingrām prasībām, savukārt sarežģītāki algoritmi, piemēram, slīdošā loga žurnāls vai slīdošā loga skaitītājs, ir labāk piemēroti API, kas prasa precīzāku pieprasījumu ierobežošanu.

Ieviešanas apsvērumi

Ieviešot API pieprasījumu ierobežošanu, apsveriet šādas labākās prakses:

• Klientu identificēšana: Izmantojiet API atslēgas, autentifikācijas žetonus vai IP adreses, lai identificētu klientus.
• Definējiet pieprasījumu limitus: Definējiet atbilstošus pieprasījumu limitus katram klientam vai API galapunktam.
• Glabājiet pieprasījumu limitu datus: Izvēlieties piemērotu krātuves mehānismu pieprasījumu limitu datiem, piemēram, atmiņas kešatmiņu (Redis, Memcached), datubāzes vai izkliedētus pieprasījumu ierobežošanas pakalpojumus.
• Sniedziet informatīvus kļūdu ziņojumus: Atgrieziet informatīvus kļūdu ziņojumus klientiem, kad tie pārsniedz pieprasījumu limitu. Iekļaujiet informāciju, piemēram, cik ilgi viņiem jāgaida pirms atkārtota mēģinājuma (piemēram, izmantojot `Retry-After` galveni).
• Pārraudzība un analīze: Pārraugiet un analizējiet pieprasījumu ierobežošanas datus, lai identificētu potenciālās problēmas un optimizētu pieprasījumu limitus.
• Apsveriet API versiju pārvaldību: Dažādām API versijām var būt nepieciešami dažādi pieprasījumu limiti.
• Izpildes vieta: Jūs varat ieviest pieprasījumu ierobežošanu dažādos slāņos (piemēram, API vārtejā, lietojumprogrammas serverī). API vārteja bieži ir vēlamākā izvēle.
• Globāla vs. lokāla pieprasījumu ierobežošana: Izlemiet, vai pieprasījumu ierobežošana jāpiemēro globāli visiem serveriem vai lokāli katram serverim. Globālā pieprasījumu ierobežošana ir precīzāka, bet sarežģītāk ieviest.
• Pakāpeniska degradācija: Apsveriet stratēģiju pakāpeniskai degradācijai gadījumā, ja pieprasījumu ierobežošanas pakalpojums neizdodas.
• Dinamiska konfigurācija: Nodrošiniet, ka konfigurāciju var dinamiski atjaunināt, lai pieprasījumu limitus varētu modificēt pēc nepieciešamības bez pakalpojuma pārtraukuma.

Piemērs: Pieprasījumu ierobežošanas ieviešana ar Redis un API vārteju

Šis piemērs izklāsta vienkāršotu ieviešanu, izmantojot Redis pieprasījumu limitu datu glabāšanai un API vārteju (piemēram, Kong, Tyk vai API pārvaldības pakalpojumus no mākoņpakalpojumu sniedzējiem, piemēram, AWS, Azure vai Google Cloud), lai ieviestu limitus.

1. Klienta autentifikācija: API vārteja saņem pieprasījumu un autentificē klientu, izmantojot API atslēgu vai JWT.
2. Pieprasījumu limita pārbaude: Vārteja iegūst klienta ID (piemēram, API atslēgu) un pārbauda pašreizējo pieprasījumu skaitu Redis šim klientam un konkrētajam API galapunktam. Redis atslēga varētu būt kaut kas līdzīgs `rate_limit:api_key:{api_key}:endpoint:{endpoint}`.
3. Skaita palielināšana: Ja pieprasījumu skaits ir zem definētā limita, vārteja palielina skaitītāju Redis, izmantojot atomiskas operācijas (piemēram, `INCR` un `EXPIRE` komandas Redis).
4. Atļaut vai noraidīt: Ja palielinātais skaits pārsniedz limitu, vārteja noraida pieprasījumu ar `429 Too Many Requests` kļūdu. Pretējā gadījumā pieprasījums tiek pārsūtīts uz aizmugursistēmas API.
5. Kļūdu apstrāde: Vārteja nodrošina noderīgu kļūdas ziņojumu, ieskaitot `Retry-After` galveni, kas norāda, cik ilgi klientam jāgaida pirms atkārtota mēģinājuma.
6. Redis konfigurācija: Konfigurējiet Redis ar atbilstošiem iestatījumiem noturībai un augstai pieejamībai.

Kļūdas ziņojuma piemērs:

`HTTP/1.1 429 Too Many Requests` `Content-Type: application/json` `Retry-After: 60` `{"error": "Pieprasījumu limits pārsniegts. Lūdzu, mēģiniet vēlreiz pēc 60 sekundēm."}`

Mākoņpakalpojumu sniedzēju risinājumi

Lielākie mākoņpakalpojumu sniedzēji, piemēram, AWS, Azure un Google Cloud, piedāvā iebūvētus API pārvaldības pakalpojumus, kas ietver pieprasījumu ierobežošanas iespējas. Šie pakalpojumi bieži nodrošina uzlabotas funkcijas, piemēram:

• Grafiskā lietotāja saskarne: Viegli lietojama saskarne pieprasījumu limitu konfigurēšanai.
• Analītika: Detalizēta analītika par API lietojumu un pieprasījumu ierobežošanu.
• Integrācija: Nevainojama integrācija ar citiem mākoņpakalpojumiem.
• Mērogojamība: Augsti mērogojama un uzticama infrastruktūra.
• Politikas izpilde: Sarežģītas politikas izpildes dzinēji.

Piemēri:

• AWS API Gateway: Nodrošina iebūvētu atbalstu pieprasījumu ierobežošanai, izmantojot lietošanas plānus un droselēšanas iestatījumus.
• Azure API Management: Piedāvā dažādas pieprasījumu ierobežošanas politikas, kuras var piemērot API.
• Google Cloud API Gateway: Nodrošina pieprasījumu ierobežošanas un kvotu pārvaldības funkcijas.

Secinājums

API pieprasījumu ierobežošana ir kritisks aspekts robustu un mērogojamu API veidošanā. Ieviešot atbilstošas pieprasījumu ierobežošanas stratēģijas, jūs varat aizsargāt savus API resursus, nodrošināt godīgu lietošanu un uzturēt jūsu API infrastruktūras vispārējo stabilitāti. Pareizās stratēģijas izvēle ir atkarīga no jūsu specifiskajām prasībām un ierobežojumiem, un rūpīgi jāapsver ieviešanas labākās prakses. Mākoņpakalpojumu sniedzēju risinājumu vai trešo pušu API pārvaldības platformu izmantošana var vienkāršot ieviešanu un nodrošināt uzlabotas funkcijas.

Izprotot dažādus pieprasījumu ierobežošanas algoritmus un ieviešanas apsvērumus, jūs varat veidot API, kas ir noturīgas, drošas un mērogojamas, atbilstot mūsdienu savstarpēji saistītās pasaules prasībām. Atcerieties nepārtraukti pārraudzīt un analizēt savu API datplūsmu, lai pielāgotu pieprasījumu limitus un nodrošinātu optimālu veiktspēju. Labi ieviesta pieprasījumu ierobežošanas stratēģija būtiski veicina pozitīvu izstrādātāju pieredzi un stabilu lietojumprogrammu ekosistēmu.