Implementarea unui Rate Limiter de Înaltă Frecvență cu Redis și Lua în Redis & In-Memory Data Store: explicație și exemple

Una dintre cele mai răspândite utilizări ale Redis în companiile mari este Rate Limiting (limitarea ratei de cereri HTTP per adresă IP, token de utilizator sau cheie API). Pentru a preveni condițiile de concurență (race conditions) în mediile distribuite cu zeci de mii de cereri concurente, algoritmul optim se implementează printr-un script Lua executat atomic direct în interiorul serverului Redis via comanda EVAL.

Algoritmul Fixed Window Rate Limiter atomic prin Script Lua

-- Script Lua pentru verificare și incrementare atomică
-- KEYS[1] = cheia de identificare a ratei (ex: 'ratelimit:192.168.1.50')
-- ARGV[1] = limita maximă admisă (ex: 100 cereri)
-- ARGV[2] = fereastra de timp în secunde (ex: 60 secunde)

local key = KEYS[1]
local limit = tonumber(ARGV[1])
local window = tonumber(ARGV[2])

local current = redis.call('get', key)

if current and tonumber(current) >= limit then
    -- Limita a fost atinsă, respinge cererea (HTTP 429 Too Many Requests)
    return 0
else
    -- Incrementează contorul
    current = redis.call('incr', key)
    if tonumber(current) == 1 then
        -- Dacă este prima cerere din fereastră, activează expirarea automată
        redis.call('expire', key, window)
    end
    -- Autorizează cererea
    return 1
end

Apelarea scriptului din linia de comandă redis-cli

# Execuție EVAL: 1 cheie ('ratelimit:ip:10.0.0.1'), limită 5 cereri, fereastră 60s
EVAL "local c = redis.call('get', KEYS[1]) if c and tonumber(c) >= tonumber(ARGV[1]) then return 0 else c = redis.call('incr', KEYS[1]) if tonumber(c) == 1 then redis.call('expire', KEYS[1], ARGV[2]) end return 1 end" 1 "ratelimit:ip:10.0.0.1" 5 60

# Returnează 1 -> Cererea este permisă (răspunde cu datele solicitate)
# Returnează 0 -> Limita a fost depășită (răspunde cu HTTP 429)

De ce să folosești Scripturi Lua în Redis

Atomicitate absolută garantată: Scriptul Lua se execută fără a fi întrerupt de nicio altă comandă, eliminând riscul ca doi utilizatori să depășească limita în aceeași milisecundă.
Zero latență de rețea intermediară: Logica condițională (if / else) rulează direct pe serverul Redis, fără a trimite valori înainte și înapoi către aplicația backend.
Optimizare prin SHA1: Scripturile pot fi pre-încărcate prin SCRIPT LOAD și apelate ultra-rapid prin codul hash cu EVALSHA.