在Flask APIs中实施速率限制

速率限制是一种在系统中限制网络流量的技术。它设定了一个限制，即用户在特定的时间范围内可以在系统中重复操作。

在这篇文章中，你将学习。

什么是速率限制？
限制网络请求率的好处。
速率限制技术。
如何在Flask APIs中实现速率限制技术。

前提条件

要遵循并完全理解本教程，你需要具备以下条件。

Python 3.6或更新版本。
对Flask的基本了解。
一个文本编辑器。

简介

速率限制控制一个操作的重复频率，并确保指导这个操作的设定约束不被超过（通常在特定的时间范围内）。

基本上，速率限制的过程包括以下程序。

系统为特定的操作定义了速率限制规则。
系统对启动用户的每个操作或请求进行统计。
请求的频率根据用户的需求而增加。
一旦频率达到系统的阈值（速率限制），进一步的请求就不会被处理，直到限制被取消（或修改）。

速率限制的好处

通过缓解DDoS等网络攻击，提高安全效率。
防止网络刮擦/机器人/垃圾邮件用户。
防止服务器资源耗尽。
管理内部/外部服务、政策和配额。
控制系统进程和数据的流动。
避免了高额的维护费用。

Flask网络框架

Flask是一个用Python编写的轻量级网络框架。它旨在使使用Python的网络开发变得快速和简单，并能建立复杂的应用程序。

速率限制技术

在一般情况下，速率是对系统中运行的操作次数的统计。有不同的技术来测量和限制速率。

它们包括。

固定窗口：这种技术定义了在一个特定的时间内容纳的固定数量的请求。例如，设置每小时100个请求的窗口大小，意味着系统将只处理用户在该小时内提出的前100个请求，而每一个后续请求将被丢弃，直到下一个小时。
滑动窗口：这种技术与固定窗口非常相似，即在一个特定的时间内允许有固定数量的请求。然而，它实现了一个滚动的时间窗口，以考虑到大量的请求高峰，这将降低固定窗口技术的效率。
Token Bucket：在这种技术中，系统不断计算用户在其内存（桶）中可以利用的代币数量，以提出请求。每当有请求提出时，就从桶中减少代币，直到代币用完为止。这种技术的一个优点是根据进程的操作能力，为不同的操作分配不同数量的代币。
漏桶：这种技术与代币桶非常相似。然而，速率受限于从内存（桶）中泄漏出来的请求数量。这种技术首先确认系统有足够的处理能力来处理传入的请求，然后再进行处理，如果不能处理，就丢弃。

构建一个简单的Flask API

速率限制通常用于网络应用和API，以防止用户请求过度流入服务器。使用Python，让我们建立一个Flask API并在其中实现速率限制技术。

首先，你必须安装Flask网络框架，你将用它来构建API。

第1步

在终端中，输入。

pip install Flask

第2步

编写负责设置Flask API端点的代码。首先，创建一个名为app.py 的文件，并在其中保存以下代码。

from flask import Flask

app = Flask(__name__)


@app.route("/")
def index():
  return "Welcome to my Flask API"

if __name__ == "__main__":
  app.run()

在上面的代码中，你创建了一个简单的Flask应用程序，当索引路由被请求时渲染文本"Welcome to my Flask API" 。在运行Flask应用程序后，你应该得到一个类似于下图的响应。

Flask API response

在Flask中实现速率限制

在安装Flask框架并保存负责设置上述步骤中描述的端点的代码后，这里的下一步是安装Flask-Limiter库。

Flask-Limiter是一个Flask扩展，有助于在Flask应用程序中快速实现速率限制规则。

在终端，输入。

pip install Flask-Limiter

现在，你需要更新你的app.py 文件，并整合Flask-Limiter 库，为你的API中的特定端点定义速率限制规则。

导入Flask-Limiter库

from flask_limiter import Limiter
from flask_limiter.util import get_remote_address

设置Flask-Limiter

limiter = Limiter(app, key_func=get_remote_address)

应用速率限制规则

@app.route("/")
@limiter.limit("10/minute") # maximum of 10 requests per minute
def index():
  return "Welcome to my Flask API"

在上面的代码中，你为端点定义了速率限制规则，将其设置为每60 秒接受每个API用户的请求10 。

如果超过了限制，用户就会收到响应--status code 429 (Too Many Requests) ，并出现如下图所示的错误页面。

Flask-Limiter limit exceeded error

Flask-Limiter在其[文档]中提供了一套用于定义速率限制规则的字符串符号，并给出了格式。

[count] [per|/] [n (optional)] [second|minute|hour|day|month|year]

你也可以通过用你选择的分隔符来组合多个速率限制。

例子包括。

10/秒
60/小时
5/秒；60/分钟；2500/小时
50/天，250/7天

探索Flask-Limiter的功能

我们将在本节中简要说明其中的一些功能。

设置默认费率限制规则

Flask-Limiter提供了设置默认速率限制规则的功能，Flask-Limiter将自动应用于你的Flask API中的每个端点。

要设置默认规则，请使用。

limiter = Limiter(
  app,
  key_func=get_remote_address,
  default_limits=["200/day", "50/hour"]
)

注意：如果一个端点在默认值已经存在的情况下定义其速率限制规则，新定义的规则将单独应用于路由，而默认值将被忽略。

要使一个路由使用默认规则并同时定义自己的规则，请在装饰器中使用override_defaults 参数，如图所示。

@app.route("/ping/")
@limiter.limit("1/second", override_defaults=False)
def ping():
  return "PONG"

某些端点也可以用@limiter.exempt 装饰器排除在应用默认速率限制规则之外，如图所示。

@app.route("/ping/")
@limiter.exempt
def ping():
  return "PONG"

使用自定义速率限制键

默认情况下，Flask-Limiter使用请求的remote address ，以识别与API互动的每个用户。Flask-Limiter提供了使用自定义用户标识符函数的功能，用于你需要用API密钥和用户名限制费率的事件。

你可以通过在初始化限制器时或在路由上应用@limiter.limit 装饰器时将自定义函数传递给key_func 参数来实现。

limiter = Limiter(app, key_func=custom_function_here)

@limiter.limit("10/minute", key_func=custom_function_here)

注意：自定义函数是从Flask请求上下文中调用的，必须返回一个字符串。

拥有多个速率限制规则

Flask-Limiter可以用来为一个特定的路由定义多个速率限制规则。

这可以通过代码来完成。

@app.route("....") # for a single decorator
@limiter.limit("100/day;10/hour;1/minute")

@app.route("....") # for multiple decorators
@limiter.limit("100/day")
@limiter.limit("10/hour")
@limiter.limit("1/minute")

生成自定义的超过限制的响应

默认情况下，Flask-Limiter在任何特定路线的费率限制被超过时，会触发abort(429) 。你可以通过为429 error code 注册一个错误处理程序来为用户定制这个响应，如下所示。

@app.errorhandler(429)
def ratelimit_handler(e):
  return "You have exceeded your rate-limit"

custom rate limit exceeded error

总结

在这篇文章中，我向你介绍了什么是速率限制，讨论了限制请求速率的重要性，包括减轻网络攻击，防止服务器资源耗尽，以及其他好处。还强调了一些标准的速率限制技术，并建立了一个Flask应用程序，在这个应用程序中，你可以通过不同的规则和自定义响应来实现速率限制技术。

如何在Flask APIs中实现速率限制