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如何在 NestJS 中集成 Redis 并基于 Redis 实现接口访问限频率

前言

在处理高频数据操作和大规模并发请求的场合，我们需要一种机制能够快速读取和缓存数据，这时 Redis 就闪亮登场了。Redis 是一个开源的内存中数据结构存储系统，它可以用作数据库、缓存和消息中间件。

NestJS 是一个灵活且模块化的Node.js框架，它借鉴了Angular的设计哲学，提出了控制器、提供者和模块的概念，这为我们集成和使用Redis提供了便利。本文介绍如何在NestJS框架中集成Redis，并通过实际案例来展示使用Redis的优势。

集成步骤

一、 安装必要的包

在开始之前，我们需要在NestJS项目中安装 Redis 和 NestJS 对应的 Redis 模块。

shell
npm install redis ioredis @nestjs-modules/ioredis @nestjs/common

这里我们使用 ioredis，因为它是一个健壮的、功能全面的 Redis 客户端，与 nest-modules相关联。

二、创建 Redis 模块

接下来，我们需要在 NestJS 应用中创建一个 Redis 模块。

typescript
// redis.module.ts
import { Module } from '@nestjs/common';
import { RedisModule } from '@nestjs-modules/ioredis';

@Module({
  imports: [
    RedisModule.forRoot({
      config: {
        host: 'localhost', // Redis 服务器地址
        port: 6379,       // Redis 端口
        password: 'your_password', // 如果有设置密码的话
        db: 0,           // 如果你需要使用特定的数据库的话
      },
    }),
  ],
})
export class RedisCacheModule {}

在这个模块中，我们导入并配置了 Redis。我们需要确保这些配置与你的 Redis 服务器设置匹配。

三、在服务中使用 Redis

配置好模块后，我们可以在服务中注入 Redis 客户端，并开始实现业务逻辑。

typescript
// app.service.ts
import { Injectable } from '@nestjs/common';
import { InjectRedis, Redis } from '@nestjs-modules/ioredis';

@Injectable()
export class AppService {
  constructor(@InjectRedis() private readonly redis: Redis) {}

  async getHello(): Promise<string> {
    // 使用 Redis 设置值
    await this.redis.set('hello', 'Hello from Redis!');
    // 使用 Redis 获取值
    return this.redis.get('hello');
  }

  // ... 其他业务逻辑 ...
}

在这个服务中，我们注入了 Redis 客户端，并在 getHello方法中演示了如何设置和获取缓存。

四、控制器 Controller 调用服务

最后，让我们来创建一个控制器调用这个服务。

typescript
// app.controller.ts
import { Controller, Get } from '@nestjs/common';
import { AppService } from './app.service';

@Controller()
export class AppController {
  constructor(private readonly appService: AppService) {}

  @Get()
  getHello(): Promise<string> {
    return this.appService.getHello();
  }
}

控制器非常简单，它使用 @Get()装饰器来处理根路由的 GET 请求，并调用 appService中的 getHello方法。

功能实现

通过将Redis集成到NestJS中，我们可以实现以下需求：

  1. 数据缓存：存储经常查询的数据提高处理速度。
  2. 会话管理：用Redis存储session信息，实现无状态的负载均衡。
  3. 排行榜系统：Redis的Sorted Set非常适合做排名操作。
  4. 发布/订阅：利用 Redis 实现分工系统，用于消息的异步处理。
  5. 限流：通过Redis的INCR和EXPIRE命令来实现API的限流。
  6. 作业队列：使用 Redis 的列表结构实现一个简单的作业队列。

实战：接口访问限制频率

为了控制访问速率并避免应用被过多的请求淹没，我们可以利用 Redis 来为我们的 API 接口实现限流功能。下面是一个简化的例子：

步骤一：实现限流拦截器

typescript
// api-rate-limiter.interceptor.ts
import {
  Injectable,
  NestInterceptor,
  ExecutionContext,
  CallHandler,
  HttpException,
  HttpStatus,
} from '@nestjs/common';
import { Observable } from 'rxjs';
import { InjectRedis, Redis } from '@nestjs-modules/ioredis';
import { tap } from 'rxjs/operators';

@Injectable()
export class ApiRateLimiterInterceptor implements NestInterceptor {
  constructor(@InjectRedis() private readonly redis: Redis) {}

  async intercept(context: ExecutionContext, next: CallHandler): Promise<Observable<any>> {
    const key = 'rate-limit:' + context.switchToHttp().getRequest().ip;
    const currentRequestCount = await this.redis.incr(key);

    if (currentRequestCount === 1) {
      // 设置 key 的超时时间
      await this.redis.expire(key, 60); // 限流周期为 60 秒
    }

    if (currentRequestCount > 10) {
      throw new HttpException('Too many requests', HttpStatus.TOO_MANY_REQUESTS);
    }

    return next.handle().pipe(
      tap(() => {
        // 在响应完成后，你可以在这里执行一些操作。
      }),
    );
  }
}

要实现的这个拦截器会检查每个 IP 地址每分钟发出的请求，并且如果请求超过10次，将会抛出 429 Too Many Requests 错误。

步骤二：项目中使用限流拦截器

将这个拦截器中间件引入到你的应用中，可以在对应的控制器或全局应用中注册。

typescript
// 在主模块中全局注册
import { Module, NestModule, MiddlewareConsumer } from '@nestjs/common';
import { ApiRateLimiterInterceptor } from './api-rate-limiter.interceptor';

@Module({
  // ...
})
export class AppModule implements NestModule {
  configure(consumer: MiddlewareConsumer) {
    consumer
      .apply(ApiRateLimiterInterceptor)
      .forRoutes('*'); // 应用到所有的路由
  }
}

或者在特定的控制器上使用：

typescript
// app.controller.ts
import { Controller, UseInterceptors, Get } from '@nestjs/common';
import { ApiRateLimiterInterceptor } from './api-rate-limiter.interceptor';

@Controller()
@UseInterceptors(ApiRateLimiterInterceptor)
export class AppController {
  // ...
}

总结

通过在 NestJS 中集成 Redis，我们不仅可以实现上述功能，还能设计更复杂的系统，如分布式系统通信、实时数据分析等等。Redis 的快速、灵活性加上 NestJS 的架构，能够让你的 Web 应用性能达到一个新的层次。