基于 PHP + Redis 的 ip 行为分析及封禁
基于PHP+Redis 的ip行为分析及封禁
这个任务的需求来源是因为现在网站的一些接口，比如登录、注册、粉丝、关注等相关功能接口以及部分其他接口存在被一些黑客大量访问、攻击、刷接口以达到某些非法目的情况。对于这一状况，我们需要按照一定的接口频率上限规则，对非法访问接口的 ip 进行行为分析，初步阶段只进行 ip 访问接口频率的判断，并且数据库中存有相关接口要求的 单ip/min 的访问量上限。
那么这件事情就挺好解决了，在数据库中存取某些行为对应的单ip每分钟的访问量上限，接口调度的时候通过请求，将客户端ip和端口限制的行为ID传过来，接着继续执行自身的业务， ip 记录接口保存 ip 和行为 ID 组合在一起的键值对在缓存中值 inc 一次， ip 行为分析工具没分钟自动检索缓存中超过上限 ip ，对其进行封禁即可。
但是海哥告诉我， Redis 中的数据类型有很多种，它不同的数据类型存储、查询等操作，都会有不同的时间复杂度，我们做这个ip行为分析工具，面对的是高并发的状况，不仅要将这个功能做出来，还要考虑到代码的性能以及可用性。于是我就去查阅了一些与Redis命令相关的资料，再进行一些设计上的比较，得到了两种较为合理实现方案。
Sorted Set 进行存储，每个
[时间:行为]作为一个存储Key，IP作为Sorted Set中的Value，ip每次访问就对该存储Key进行分数增加，利用Sorted Set的分数score，取区间分数内的Value，也就是ip集合，对该集合进行封禁。利用 Hash 进行存储，每个
[时间:行为]作为Hash的一个存储Key，IP作为Hash的field，每个field的值为ip->[时间:行为]的访问次数。通过HINCRBY增加field的值并取回当前值，判断是否超过行为的上限，如果超过上限，则将ip添加到[时间:行为]willBan(一个名为willBan的Set集合) 中，分析机每分钟进行缓存分析，使用SMEMBERS将willBan Set中的元素取出直接封禁即可，我们这个项目还要获取ip在当前分钟内的访问量，所以我们通过HMGET将Hash中willBan Set对应的VALUE取出。
这两个方法都可以，但是时间复杂度上有一些差别，一个是程序上的时间复杂度，一个是缓存中的时间复杂度。
Sorted Set 进行存储，虽然可以直接得到分数值score，代表着IP在某一分钟内的访问量，但是Sorted Set 的 ZINCRBY 时间复杂度是 O( log(N) )的，并且， ZINCRBY的操作是非常频繁的，在高并发的情况下，Sorted Set 被进行 ZINCRBY 的次数是非常高的，相比之下行为分析机器所占用的缓存资源几乎可以忽略不计。假设当前每分钟的访问量是 v ，那么这个方案，每一次访问在缓存中的时间复杂度近似于 O( log(v) )，在程序中的复杂度近似于 O(1)。
Hash进行存储，再判断 HINCRBY 的返回值是否大于行为上限，如果大于再将IP记录在 SET 中。在缓存中，HINCRBY的时间复杂度是 O(1) ，SADD的时间复杂度是 O(N)，由于只插入一个ip，所以时间复杂度是 O(1) 。在程序中的时间复杂度为 存储的时间复杂度+判断的时间复杂度+if(需要SADD) 的时间复杂度，也就是 3 * O(1)，几乎可以忽略不计，这个方案中占用等级到N的，的是每分钟的ip行为分析机，通过SMEMBER得到成员 O(1) ，再HMGET得到被封禁的ip值，时间复杂度是( O(N) )，N是被即将要被封禁的数量，而被封禁的ip数量N，相对于全局来说，真的太小了（毕竟这个世界上还是好人多？）。
而目前来说，针对目前高并发，并且接口请求及其频繁的情况下，采用方案2，是比较好的。 当然， 这个是在PHP上实现的，还有一些其他的方式，比如 nginx + lua + redis ，在服务器(Nginx)端就进行封禁。比如 Nginx + Lua + OpenResty 的高可用性应用开发，可以直接在Nginx端就进行处理，这样速度很快，而且由于Nginx的轻量性，可以很好的处理高并发的情况，在本篇，就不展开来说了。
[注] 1：fastcgi_finish_request(); //可以直接终止请求避免请求方端等待时间过长，但依旧可以继续处理请求，但是仅限 php 的 fast-cgi 运行模式。
[注] 2：inc 是一个统称，代表将缓存中的值增加或减少一个数值，具体的实现方式有所不同，在 Redis 中有 INCRBY HINCRBY ZINCRBY 等，分别针对不同的存储结构。
附加：
- 如果在程序运行过程中，想删除 key，但是key是hash、zset等数据结构，存储的数据量很大，建议通过设置key的过期时间为1，否则通过 $redis->删除，需要等待redis进行删除操作完成后才能得到相应结果，这样程序的执行时间就会变长。而设置了key的过期时间，可以让redis自动删除，虽然过期时，Redis进行keyd的删除时间也长，但并不会让程序进入等待。
