3. Lua 脚本基础语法：变量、数据类型、条件判断、循环、函数定义

在深入限流与缓存保护实战之前，必须掌握 Lua 的核心语法。Lua 是一种轻量、高效、可嵌入的脚本语言，其语法简洁但功能强大。本章将聚焦于 Redis 环境中 Lua 脚本最常用的语法结构，确保你能流畅地编写和阅读限流脚本。

3.1 变量与数据类型

Lua 是动态类型语言，变量无需声明类型即可直接赋值。在 Redis 脚本中，变量默认是全局的，除非使用 local 关键字显式声明为局部变量。强烈建议在函数内部和脚本主体中使用 local 变量，以避免命名冲突和性能损耗。

-- 变量声明示例
local name = "redis_limiter"
local max_requests = 10
local current = redis.call("GET", name)  -- 调用 Redis 命令
if current == false then
    current = 0
end

3.2 条件判断

Lua 使用 if-then-elseif-else-end 结构。条件表达式中的 false 和 nil 视为假，其余所有值（包括 0 和空字符串）视为真。这一点与许多语言不同，需特别注意。

local count = redis.call("GET", "counter")
if count == false then
    -- key 不存在
    redis.call("SET", "counter", 1)
elseif tonumber(count) > 100 then
    -- 超过阈值，触发限流
    return 0
else
    -- 正常递增
    redis.call("INCR", "counter")
end

3.3 循环结构

Lua 提供 while、repeat-until 和 for 三种循环。在限流脚本中，for 循环最常用，用于遍历时间窗口内的记录或批量操作。

-- 数值 for：清理过期的时间戳记录
local now = redis.call("TIME")[1]
local window = 60  -- 60 秒窗口
for i = #timestamps, 1, -1 do
    if timestamps[i] < now - window then
        table.remove(timestamps, i)
    end
end

-- 泛型 for：遍历哈希表
local keys = redis.call("KEYS", "rate:*")
for _, key in ipairs(keys) do
    local ttl = redis.call("TTL", key)
    if ttl < 0 then
        redis.call("DEL", key)
    end
end

3.4 函数定义

函数是 Lua 脚本的核心组织单元。在限流脚本中，通常将核心逻辑封装为函数，便于复用和测试。函数支持多返回值，这在处理 Redis 返回结果时非常有用。

-- 定义一个简单的限流检查函数
local function check_rate_limit(key, max_requests, window_seconds)
    local current = redis.call("GET", key)
    if current == false then
        redis.call("SET", key, 1, "EX", window_seconds)
        return 1, max_requests - 1
    end
    
    local count = tonumber(current)
    if count >= max_requests then
        return 0, 0  -- 被限流
    end
    
    redis.call("INCR", key)
    return 1, max_requests - count - 1
end

-- 调用函数
local allowed, remaining = check_rate_limit("user:123:requests", 10, 60)
if allowed == 1 then
    -- 允许请求
else
    -- 返回限流响应
end

3.5 综合示例：滑动窗口限流脚本

将上述语法知识整合为一个完整的滑动窗口限流脚本，该脚本使用有序集合（Sorted Set）记录请求时间戳，并利用 Lua 的原子性保证并发安全。

-- 滑动窗口限流脚本
-- KEYS[1]: 限流 key
-- ARGV[1]: 窗口大小（秒）
-- ARGV[2]: 最大请求数
-- ARGV[3]: 当前时间戳（毫秒）

local key = KEYS[1]
local window = tonumber(ARGV[1])
local max_requests = tonumber(ARGV[2])
local now = tonumber(ARGV[3])
local window_start = now - window * 1000

-- 移除窗口外的过期记录
redis.call("ZREMRANGEBYSCORE", key, 0, window_start)

-- 获取当前窗口内的请求数
local current_count = redis.call("ZCARD", key)

if current_count >= max_requests then
    -- 超过限流阈值，返回剩余配额为 0
    return {0, max_requests, redis.call("TTL", key)}
end

-- 添加当前请求时间戳
redis.call("ZADD", key, now, now .. ":" .. math.random())
redis.call("EXPIRE", key, window * 2)  -- 设置过期时间，防止内存泄漏

-- 返回允许通过、当前窗口请求数、剩余配额
return {1, current_count + 1, max_requests - current_count - 1}

3.6 常见错误与调试技巧