Spring Cloud Gatewayで流量制限をかける

# Spring Cloud Gatewayの概要
Spring Cloud Gatewayは、JavaベースのオープンソースのAPIゲートウェイです。APIゲートウェイは、複数のマイクロサービスから構成されるアプリケーションにおいて、クライアントとマイクロサービス間の通信を制御する役割を果たします。

Spring Cloud Gatewayは、Springプロジェクトの一部であり、Spring Bootと統合されています。それにより、簡単に設定可能な、柔軟で効率的なルーティングとフィルタリングの仕組みを提供します。

Spring Cloud Gatewayでは、HTTPリクエストのルーティング、フィルタリング、変換などの機能をカスタマイズすることができます。また、リバースプロキシとしても機能し、複数のバックエンドサービスへの負荷分散やセキュリティのためのTLS終端処理などをサポートしています。

さらに、Spring Cloud Gatewayは、さまざまなプラグインや拡張ポイントを提供しており、カスタムロジックやサードパーティの統合を容易にすることができます。

要するに、Spring Cloud Gatewayは、マイクロサービスアーキテクチャにおけるAPIゲートウェイの役割を果たすための強力なツールであり、柔軟な設定や高度な機能を提供します。

# 流量制限の設定方法

## 動作環境
```
Spring Boot 2.4.x 以上
Spring Cloud 2020.0.x 以上
```
※ Spring BootとSpring Cloudのバージョンは相互に依存関係がありますので、互換性に注意してください。

# 流量制限の設定方法
## application.yml（またはapplication.properties）を使用して流量制限を設定する方法
```yml
spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
        - id: limited_route
          uri: http://example.com
          predicates:
            - Path=/limited
          filters:
            - name: RequestRateLimiter
              args:
                redis-rate-limiter.replenishRate: 10
                redis-rate-limiter.burstCapacity: 20

```
上記の例では、`limited_route`というIDのルートに対して流量制限を設定しています。`uri`プロパティは転送先のURIを指定し、`predicates`プロパティはリクエストを特定のパスにマッチさせるための条件を指定します。そして、`filters`プロパティに流量制限のフィルターである`RequestRateLimiter`を設定し、`args`プロパティで具体的な制限の値を指定しています。

この例では、`redis-rate-limiter.replenishRate`を10と設定し、リクエストの補充レート（1秒あたりの許容リクエスト数）を10に、`redis-rate-limiter.burstCapacity`を20と設定し、バースト容量（一度に許容される最大リクエスト数）を20に設定しています。

## Java Configを使用して流量制限を設定する方法
### リクエスト数に基づく流量制限の設定

```java
@Configuration
public class RequestRateLimiterConfig {

    @Bean
    public KeyResolver apiKeyResolver() {
        // APIキーに基づくリクエスト数制限
        return exchange -> Mono.just(exchange.getRequest().getHeaders().getFirst("API-Key"));
    }

    @Bean
    public RequestRateLimiter requestRateLimiter() {
        // リクエスト数の制限設定
        return new RequestRateLimiter(100, 1);
    }

    @Bean
    public RouteLocator requestRateLimiterRouteLocator(RouteLocatorBuilder builder) {
        return builder.routes()
                .route("request_rate_limited_route", r -> r.path("/api")
                        .filters(f -> f.requestRateLimiter(c -> c.setRateLimiter(requestRateLimiter())))
                        .uri("http://example.com"))
                .build();
    }
}
```
上記の例では、`apiKeyResolver`メソッドでAPIキーに基づくリクエスト数制限のための`KeyResolver`を定義し、`requestRateLimiter`メソッドでリクエスト数の制限設定を行っています。`requestRateLimiterRouteLocator`メソッドでは、`requestRateLimiter`をフィルターに適用して特定のパスへのリクエスト数を制限しています。
### 帯域幅に基づく流量制限の設定

```java
@Configuration
public class BandwidthRateLimiterConfig {

    @Bean
    public KeyResolver userKeyResolver() {
        // ユーザーごとの帯域幅制限
        return exchange -> Mono.just(exchange.getRequest().getHeaders().getFirst("User-Key"));
    }

    @Bean
    public BandwidthRateLimiter bandwidthRateLimiter() {
        // 帯域幅の制限設定
        return new BandwidthRateLimiter(100, 1024, Duration.ofSeconds(1));
    }

    @Bean
    public RouteLocator bandwidthRateLimiterRouteLocator(RouteLocatorBuilder builder) {
        return builder.routes()
                .route("bandwidth_rate_limited_route", r -> r.path("/api")
                        .filters(f -> f.requestRateLimiter(c -> c.setRateLimiter(bandwidthRateLimiter())))
                        .uri("http://example.com"))
                .build();
    }
}
```
上記の例では、`userKeyResolver`メソッドでユーザーごとの帯域幅制限のための`KeyResolver`を定義し、`bandwidthRateLimiter`メソッドで帯域幅の制限設定を行っています。`bandwidthRateLimiterRouteLocator`メソッドでは、`bandwidthRateLimiter`をフィルターに適用して特定のパスへの帯域幅を制限しています。

### IPアドレスに基づく流量制限の設定
```java
@Configuration
public class IPRateLimiterConfig {

    @Bean
    public KeyResolver ipKeyResolver() {
        // IPアドレスごとのリクエスト数制限
        return exchange -> Mono.just(exchange.getRequest().getRemoteAddress().getAddress().getHostAddress());
    }

    @Bean
    public IPRateLimiter ipRateLimiter() {
        // IPアドレスごとの制限設定
        return new IPRateLimiter(10, Duration.ofMinutes(1));
    }

    @Bean
    public RouteLocator ipRateLimiterRouteLocator(RouteLocatorBuilder builder) {
        return builder.routes()
                .route("ip_rate_limited_route", r -> r.path("/api")
                        .filters(f -> f.requestRateLimiter(c -> c.setRateLimiter(ipRateLimiter())))
                        .uri("http://example.com"))
                .build();
    }
}
```
上記の例では、`ipKeyResolver`メソッドでIPアドレスごとのリクエスト数制限のための`KeyResolver`を定義し、`ipRateLimiter`メソッドでIPアドレスごとの制限設定を行っています。`ipRateLimiterRouteLocator`メソッドでは、`ipRateLimiter`をフィルターに適用して特定のパスへのIPアドレスごとのリクエスト数を制限しています。

## GatewayFilterを使用して流量制限を設定する方法
```java
@Configuration
public class RateLimitingConfig {

    @Bean
    public GatewayFilter requestRateLimiterFilter() {
        // リクエスト数に基づく流量制限フィルター
        return (exchange, chain) -> {
            // リクエスト数制限のロジックを実装

            // 例: 1秒あたりの許容リクエスト数とバースト容量を設定
            int replenishRate = 10;
            int burstCapacity = 20;

            // リクエスト数制限の適用
            if (isRateLimited(exchange, replenishRate, burstCapacity)) {
                // リクエスト数制限に引っかかった場合の処理
                return errorResponse(HttpStatus.TOO_MANY_REQUESTS, "Too Many Requests");
            }

            // リクエスト数制限に引っかからなかった場合はチェーンを継続
            return chain.filter(exchange);
        };
    }

    private boolean isRateLimited(ServerWebExchange exchange, int replenishRate, int burstCapacity) {
        // リクエスト数制限の実装ロジックを記述
        // exchangeから必要な情報を取得して制限判定を行う

        // 例: リクエスト数制限の判定ロジックを記述して制限状態を返す
        // リクエスト数が制限値を超えている場合に制限状態と判断する処理
        // 制限値を超えていない場合は制限状態ではないと判断する処理

        return false; // 制限状態であればtrueを返す
    }

    private Mono<Void> errorResponse(HttpStatus status, String message) {
        // エラーレスポンスを作成するロジックを記述
        // エラーステータスコードやエラーメッセージを設定してレスポンスを返す

        return null; // エラーレスポンスを返すMono<Void>を返す
    }
}
```
上記の例では、`requestRateLimiterFilter`メソッドでリクエスト数に基づく流量制限のための`GatewayFilter`を定義しています。実際の制限ロジックは`isRateLimited`メソッドで実装され、リクエスト数が制限を超えているかどうかを判定します。

制限に引っかかった場合は、`errorResponse`メソッドでエラーレスポンスを作成し、制限に引っかからなかった場合はチェーンを継続します。


# 流量制限の設定値を動的に変更する方法
## RESTful APIを使用して流量制限の設定値を変更する方法
まず、設定値を保持するためのクラスを作成します。
```java
@Component
public class RateLimitConfig {
    private int replenishRate;
    private int burstCapacity;

    // getterとsetterメソッド

    // デフォルトの設定値を設定するメソッド
    public void setDefaultConfig() {
        this.replenishRate = 10;
        this.burstCapacity = 20;
    }
}
```
次に、設定値を変更するためのAPIエンドポイントを作成します。
```java
@RestController
@RequestMapping("/api/ratelimit")
public class RateLimitController {
    private final RateLimitConfig rateLimitConfig;

    public RateLimitController(RateLimitConfig rateLimitConfig) {
        this.rateLimitConfig = rateLimitConfig;
    }

    @PostMapping("/config")
    public ResponseEntity<String> updateConfig(@RequestBody RateLimitConfigDto rateLimitConfigDto) {
        // 新しい設定値を取得
        int newReplenishRate = rateLimitConfigDto.getReplenishRate();
        int newBurstCapacity = rateLimitConfigDto.getBurstCapacity();

        // 設定値を更新
        rateLimitConfig.setReplenishRate(newReplenishRate);
        rateLimitConfig.setBurstCapacity(newBurstCapacity);

        return ResponseEntity.ok("Rate limit config updated successfully.");
    }
}
```
上記のコードでは、`RateLimitConfig`クラスにリクエスト数制限の設定値を保持します。`RateLimitController`クラスには設定値を変更するための`updateConfig`メソッドがあり、`RateLimitConfigDto`オブジェクトを受け取って新しい設定値を取得し、`RateLimitConfig`クラスの設定値を更新します。

このAPIエンドポイントを使用することで、外部から設定値を更新することができます。以下は、`RateLimitConfigDto`クラスのサンプルです。
```java
public class RateLimitConfigDto {
    private int replenishRate;
    private int burstCapacity;

    // getterとsetterメソッド
}
```
このサンプルコードを実行し、`/api/ratelimit/config`エンドポイントにPOSTリクエストを送信することで、新しい設定値を指定して流量制限の設定を変更することができます。

## 外部データソースを使用して定期的に流量制限の設定を更新する方法

まず、外部データソースに設定値を保存するためのデータアクセスクラスを作成します。
```java
@Repository
public class RateLimitConfigRepository {
    // 外部データソースへのアクセスメソッド

    public RateLimitConfig getConfig() {
        // 外部データソースから設定値を取得するロジックを実装
        // データソースから設定値を取得してRateLimitConfigオブジェクトとして返す
        // 例えば、データベースや外部APIを利用することが考えられます
    }
}
```
次に、設定値を定期的に取得して更新するタスクを作成します。
```java
@Component
public class RateLimitConfigUpdateTask {
    private final RateLimitConfigRepository rateLimitConfigRepository;
    private final RateLimitConfig rateLimitConfig;

    public RateLimitConfigUpdateTask(RateLimitConfigRepository rateLimitConfigRepository,
                                     RateLimitConfig rateLimitConfig) {
        this.rateLimitConfigRepository = rateLimitConfigRepository;
        this.rateLimitConfig = rateLimitConfig;
    }

    @Scheduled(fixedDelay = 300000) // 5分ごとに実行
    public void updateConfig() {
        RateLimitConfig updatedConfig = rateLimitConfigRepository.getConfig();
        rateLimitConfig.setReplenishRate(updatedConfig.getReplenishRate());
        rateLimitConfig.setBurstCapacity(updatedConfig.getBurstCapacity());
        // 設定値の更新処理
    }
}
```
上記のコードでは、`RateLimitConfigRepository`クラスを介して外部データソースから設定値を取得し、`RateLimitConfig`オブジェクトに更新します。`RateLimitConfigUpdateTask`クラスには`@Scheduled`アノテーションを使用して定期的に実行される`updateConfig`メソッドがあります。このメソッドでは、`RateLimitConfigRepository`を介して外部データソースから新しい設定値を取得し、`RateLimitConfig`オブジェクトに設定値を更新します。

このようにすることで、定期的に外部データソースから設定値を取得して流量制限の設定を更新することができます。必要に応じて外部データソースへのアクセス方法や更新処理を適切に実装してください。また、`@Scheduled`アノテーションの`fixedDelay`属性を設定することで、更新の頻度を調整することもできます。

このように、これらの方法を使用することで、動的な流量制限の設定値の変更が可能になります。具体的な実装方法は、使用する構成ファイル形式や外部データストアに依存しますが、Spring Cloud Gatewayの機能を活用して、適切な方法を選択してください。