ASP.NET Core 3.x 并发限制的实现代码

下面提供一份 ASP.NET Core 3.x 并发限制的实现代码完整攻略。

一、限制并发的原理

首先介绍一下限制并发的原理。在 ASP.NET Core 中，可以通过限制同时访问的线程数来限制并发。具体实现方式是使用 SemaphoreSlim 类，该类提供了限制线程访问的功能。

SemaphoreSlim 类具有两个重要的方法 WaitAsync 和 Release，WaitAsync 用于请求访问共享资源，返回一个表示异步等待信号量的任务，而 Release 方法则释放已请求的访问权。

二、实现并发限制的代码

下面给出使用 SemaphoreSlim 类实现并发限制的示例代码：

public class ConcurrentMiddleware
{
    private readonly SemaphoreSlim _semaphore;

    public ConcurrentMiddleware(RequestDelegate next)
    {
        _semaphore= new SemaphoreSlim(3); // 最多允许3个线程同时访问
    }

    public async Task Invoke(HttpContext context)
    {
        await _semaphore.WaitAsync(); // 请求访问
        try
        {
            await context.Response.WriteAsync("Hello World");
        }
        finally
        {
            _semaphore.Release(); // 释放访问
        }
    }
}

public static class ConcurrentMiddlewareExtensions
{
    public static IApplicationBuilder UseConcurrentMiddleware(this IApplicationBuilder builder)
    {
        return builder.UseMiddleware<ConcurrentMiddleware>();
    }
}

在上面的代码中，ConcurrentMiddleware 类是一个中间件，它使用 SemaphoreSlim 来限制并发。在构造函数中，创建一个 SemaphoreSlim 实例，它最多允许 3 个线程同时访问，同时在 Invoke 方法中，使用 WaitAsync 方法请求访问，然后在 finally 块中使用 Release 方法释放访问。

最后，ConcurrentMiddlewareExtensions 类是一个扩展方法，用于将 ConcurrentMiddleware 中间件添加到应用程序请求管道中。这里使用了一种常见的方式，即在 Startup.Configure 方法中调用扩展方法 UseConcurrentMiddleware。

public void Configure(IApplicationBuilder app, IWebHostEnvironment env)
{
    app.UseConcurrentMiddleware(); // 使用并发限制的中间件
}

三、实现代码的示例说明

接下来提供两个示例来说明并发限制的实现代码。

示例一

假设有一个 Web 服务，需要对访问次数进行限制，在高峰期或者被攻击时限制每 IP 地址每秒访问次数。下面是示例代码，仅针对限制每 IP 地址每秒访问次数，对于更复杂的限制可以结合其他方法进行处理。

public class RateLimitMiddleware
{
    private readonly SemaphoreSlim _semaphore;
    private readonly ConcurrentDictionary<string, int> _ipVisitCount;

    public RateLimitMiddleware(RequestDelegate next)
    {
        _ipVisitCount = new ConcurrentDictionary<string, int>();

        _semaphore = new SemaphoreSlim(1);
    }

    public async Task Invoke(HttpContext context)
    {
        try
        {
            await _semaphore.WaitAsync();
            var remoteIpAddress = context.Connection.RemoteIpAddress.ToString();

            if (_ipVisitCount.TryGetValue(remoteIpAddress, out var visitCount))
            {
                _ipVisitCount[remoteIpAddress] = visitCount + 1;
            }
            else
            {
                _ipVisitCount.TryAdd(remoteIpAddress, 1);
            }
            if (visitCount >= 10)
            {
                context.Response.StatusCode = 429;
                await context.Response.WriteAsync("Too many requests");
                return;
            }
            await context.Response.WriteAsync($"Visit count: {visitCount}");
        }
        finally
        {
            _semaphore.Release();
        }
    }
}

在上面的代码中，RateLimitMiddleware 类是一个中间件，它使用 SemaphoreSlim 来限制访问次数。 在构造函数中，创建 semaphore 实例。在 Invoke 方法中，获取客户端 IP 地址，通过使用并发字典 _ipVisitCount 对每个 IP 地址的访问次数进行计数。如果某个 IP 地址的访问次数超过了 10 次，则返回状态码 429，并返回错误信息“Too many requests”。

示例二

假设有一个后台任务，需要调用其他服务进行数据处理，但是由于其他服务响应缓慢，导致调用次数过多，降低系统的响应速度。下面是示例代码，设置了一个最大的并发请求数量，避免过度请求其他服务。

public class DataProcessingService
{
    private readonly SemaphoreSlim _semaphore;

    public DataProcessingService()
    {
        _semaphore = new SemaphoreSlim(3); // 最多允许 3 个线程同时访问
    }

    public async Task ProcessDataAsync(IEnumerable<DataModel> data)
    {
        var tasks = data.Select(d => ProcessSingleDataAsync(d));
        await Task.WhenAll(tasks);
    }

    private async Task ProcessSingleDataAsync(DataModel data)
    {
        await _semaphore.WaitAsync();

        try
        {
            // 调用其他服务进行数据处理
            await OtherService.ProcessDataAsync(data);
        }
        finally
        {
            _semaphore.Release();
        }
    }
}

在上面的代码中，DataProcessingService 类是一个服务，为了缓解对其他服务的过度请求，使用 SemaphoreSlim 来限制使并发请求数量不超过 3，当超出时会等待一定时间，直到有空闲地方。

最后，ProcessDataAsync 方法是一个异步方法，它接受一个 DataModel 类型的数据，处理它并返回处理结果，内部会调用其他服务的 ProcessDataAsync 方法。该方法首先使用 Select 方法将数据并发处理，并使用 Task.WhenAll 等待所有任务完成。在 ProcessSingleDataAsync 方法中，使用 SemaphoreSlim 限制并发。