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服務網關作為分布式系統對外服務的統一入口，設計功能上具有路由轉發、熔斷限流、安全認證以及監控等功能。本文簡要介紹服務網關的基本概念，以及動態路由的實現方式，以加深了解。

1、什么是分布式服務網關

1.1 服務網關的基本概念

網關是客戶端訪問系統請求及系統響應所要經過的網絡關口，網關封裝了系統內部功能架構，為每個客戶端訪問提供不同的接口。網關在功能上主要是進行請求過濾，具體包括請求路由轉發、安全認證、流量控制、負載均衡、日志、監控等功能。

在分布式系統尤其是微服務架構中，一個應用系統被拆分為多個服務，但是像路由請求、安全認證、流量控制、日志和監控等功能對每個服務來說都是標準的功能模塊。如果沒有服務網關，那么每個服務就需要單獨實現一套這樣的模塊，功能重復并且不利于統一管理。另外，多個微服務可能部署在不同的服務器上，傳統的直接訪問應用服務的方式增加了客戶端的復雜度，因此需要一個統一的客戶端訪問入口進行標準化管理。

1.2 服務網關的作用及功能

服務網關作為客戶端請求的統一入口，具備以下功能：

動態路由 ：根據請求路由到對應的服務上去，如果服務不可用還會有重試機制
負載均衡 ：多服務器提供同一種服務，網關會從配置中心拉取各服務注冊信息，然后將請求負載到這些服務器進行處理
流量控制 ：限制并發請求的流量，避免內部系統受到沖擊
安全認證 ：網關對相關權限驗證、脫敏和流量清洗、簽名和黑名單功能
熔斷降級 ：當服務不可用或者訪問量過大，網關可以將請求做降級，將流量打到其他服務器或者做其他處理，提示用戶暫時不可用
灰度發布 ：先進行小部分服務器升級，通過網關將少量的服務路由到已升級的服務器用來測試服務是否正常，大部分請求依舊在老版本服務器上處理
日志服務 ：服務訪問情況監控和統計報表，請求的吞吐量、并發數、流量監控、性能監控和日常告警等

1.3 常見的分布式服務網關

常見的分布式服務網關有以下幾種：

Nginx+Lua ：基于Nginx的服務端網關方案，實現web服務器、反向代理、負載均衡、動靜分離等功能；
Kong ：基于OpenResty實現，是一款高性能、云原生、可擴展的網關系統；
SpringCloud Zuul ：基于Netty實現了異步IO，可自定義過濾器來處理請求，同時提供了動態路由、監控、彈性負載和安全功能
SpringCloud Gateway ：基于Spring WebFlux，提供統一的路由方式，并且基于Filter鏈的方式提供了網關的基本功能，如安全、限流、監控等

1.3.1 Nginx+Lua實現

在《簡單聊聊Nginx實現原理》中對Nginx的功能做了簡單的介紹，可以實現反向代理、負載均衡、動靜分離等功能。

1.3.2 Kong

Kong基于OpenResty實現 ，OpenResty是基于Nginx的庫，它將Nginx進行封裝，使用Lua腳本就可以對Nginx進行插件化管理。

使用PostgreSQL或Cassandra來對其配置文件進行持久化存儲，使得可以進行集群管理
提供了插件模型，使用 Lua腳本來對Nginx整個生命周期進行擴展 。實現了一些常用插件（限流、熔斷、驗權等）
提供了Http/Rest的接口來實現配置，使得其可以更簡單的構建圖形化界面進行動態配置

1.3.3 Spring Cloud Zuul

Zuul是來自Netflix的基于JVM的路由器和服務器端負載均衡器，為微服務架構提供了前門保護的作用，同時將權限控制這些較重的非業務邏輯內容遷移到服務路由層面，使得服務集群主體能夠具備更高的可復用性和可測試性。官方定義如下：

Zuul是在云平臺上提供動態路由,監控,彈性,安全等邊緣服務的框架。Zuul 相當于是設備和 Netflix 流應用的 Web 網站后端所有請求的前門。即Zuul為微服務集群提供代理、過濾和路由等功能。

Zuul會把外部的請求過程分為不同階段，每個階段提供一系列的過濾器。這些過濾器實現了以下功能：

身份驗證和安全性 ：對需要身份驗證的資源進行過濾，拒絕處理不符合身份認證的請求。
觀察和監控 ：跟蹤重要的數據，為我們展示準確的請求狀況
動態路由 ：將請求動態路由到不同的服務集群
負載均衡 ：設置每種請求的處理能力，刪除那些超出限制的請求
靜態響應處理 ：提供靜態的過濾器，直接響應一些請求，而不將它們轉發到集群內部
路由多樣化 ：除了將請求路由到Spring Cloud集群內部，還可以將請求路由到其他服務

Zuul的 核心原理是一系列filters ，在請求路由合并到用戶處理邏輯的過程中，這些過濾器參與驗證、加載等過濾處理。zul定義了四種標準過濾器類型，用于請求的典型生命周期。

PRE：這樣的過濾器在請求被路由之前被調用 。可以利用這樣的過濾器實現認證，選擇集群內要求的微服務器，記錄調試信息。
ROUTING：該過濾器將請求路由到微服務 。此過濾器用于生成發送到微服務的請求，并使用Apachehttp客戶端或Netfilx Ribbon請求微服務。
POST：在路由到微服務之后執行該過濾器 。使用此過濾器可以將標準HTTP Header添加到響應中，收集統計信息和指標，以及將響應從微服務器發送到客戶端。
ERROR：如果在其他階段發生錯誤 ，則執行該過濾器。

1.3.4 Spring Cloud Gateway

Spring Cloud Gateway是Spring官方基于Spring5.0，Spring Boot2.0和Project Reactor等技術開發的網關，Spring Cloud Gateway旨在為微服務架構提供簡單，有效且統一的API路由管理方式。 Spring Cloud Gateway作為Spring Cloud 生態系統中的網關 ，目標是替代Netflix Zuul，其不僅提供統一的路由方式，并且還基于Filter鏈的方式提供了網關基本的功能，例如：安全，監控、埋點，限流等。

1）Spring Cloud Gateway特性

基于Spring Framework 5、Reactor和Spring Boot 2.0框架。
根據請求的屬性可以匹配對應的路由。
集成Hystrix。
集成Spring Cloud DiscoveryClient。
把易于編寫的Predicates和Filters作用于特定路由。
具備一些網關的高級功能，如動態路由、限流、路徑重寫。

2）Spring Cloud Gateway核心概念

Filter（過濾器） ：和Zuul的過濾器在概念上類似，可以使用Filter攔截和修改請求，實現對上游的響應，進行二次處理，實現橫切與應用無關的功能，如安全、訪問超時設置、限流等功能。
Route（路由） ：網關配置的基本組成模塊，和Zuul的路由配置模塊類似。一個Route模塊由一個ID、一個目標URI、一組斷言和一組過濾器組成。如果斷言為真，則路由匹配，目標URI會被訪問。
Predicate（斷言） ：Predicate來自Java 8的接口，它可以用來匹配來自HTTP請求的任何內容，例如headers或參數。接口包含多種默認方法，并將Predicate組合成復雜的邏輯（與、或、非），可以用于接口參數校驗、路由轉發判斷等。

3）Spring Cloud Gateway核心處理流程

Gateway的客戶端回向Spring Cloud Gateway發起請求
請求首先會被HttpWebHandlerAdapter進行 提取組裝成網關的上下文 ，然后網關的上下文會傳遞到DispatcherHandler。
DispatcherHandler是所有請求的分發處理器，DispatcherHandler主要 負責分發請求對應的處理器 ，比如將請求分發到對應RoutePredicateHandlerMapping(路由斷言處理器映射器）。
路由斷言處理映射器 主要用于路由的查找 ，以及找到路由后返回對應的FilteringWebHandler。
FilteringWebHandler主要 負責組裝Filter鏈表并調用Filter執行一系列Filter處理 ，然后把請求轉到后端對應的代理服務處理，
處理完畢后，將Response 返回到Gateway客戶端 。

1.3.5 Zuul和Gateway對比

Spring cloud Zuul和Spring Cloud Gateway處理的都是http請求，底層是serverlet服務。不同之處有以下幾點：

內部實現
- gateway對比zuul多依賴了spring-webflux，在spring的支持下，功能更強大，內部實現了限流、負載均衡等，擴展性也更強，但同時也限制了僅適合于Spring Cloud套件
- zuul則可以擴展至其他微服務框架中，其內部沒有實現限流、負載均衡等
是否支持異步
- Zuul 1.x只支持同步。Zuul 2.x基于Netty實現了異步IO
- Gateway支持異步。 理論上gateway則更適合于提高系統吞吐量（但不一定能有更好的性能），最終性能還需要通過嚴密的壓測來決定
擴展性
- Gateway具有更好的擴展性，穩定性也是非常好的
性能
- Spring webflux 有一個全新的非堵塞的函數式 Reactive Web 框架，可以用來構建異步的、非堵塞的、事件驅動的服務，在伸縮性方面表現非常好
- Zuul 1.x，是一個基于阻塞io的API Gateway。Zuul已經發布了Zuul 2.x，基于Netty，也是非阻塞的，支持長連接，但Spring Cloud暫時還沒有整合計劃

在實際生產使用中，Zuul 1.x雖然使用的是同步io，但是可以通過參數優化提高性能理論上可以達到極限性能，而springcloud gateway使用的是異步io，不需優化既可以達到接近極限的性能。

2、分布式網關動態路由實現

相比較靜態路由，動態路由的好處是對路由配置的修改、新增或者刪除，可以動態生效，不需要重啟網關服務。這里主要介紹 基于Spring Cloud Gateway的動態路由幾種實現方式 ，包括：

基于Nacos
基于數據庫
基于內存

2.1 基于Nacos的動態路由

Nacos集成在Spring Cloud中，提供了快速實現動態服務發現、服務配置、服務元數據及流量管理等功能。基于Nacos動態路由是通過Nacos更新修改路由配置，通過接口調用動態更新到本地緩存中。

1）加載配置和監聽路由

configInfo = configService.getConfig(NACOS_ROUTE_DATA_ID, NACOS_ROUTE_GROUP, DEFAULT_TIMEOUT);
configService.addListener(dataId, group, new Listener()

2）路由的動態添加和刪除

routeDefinitionWriter.delete(Mono.just(id)).subscribe()
routeDefinitionWriter.save(Mono.just(definition)).subscribe();

3）路由信息刷新到本地緩存

publisher.publishEvent(new RefreshRoutesEvent(this));

2.2 基于數據庫的動態路由

基于數據庫的動態路由實現，是 將路由信息寫入數據庫中 ，再通過接口讀取路由配置信息以及更新路由信息，最后刷新到本地緩存中。

2.3 基于內存的動態路由

基于本地內存的方式比較簡單，Spring Boot已經提供了兩個組件Spring Boot Admin和Spring Boot Actuator。 通過調用接口更新路由信息，再刷新即可完成路由更新 。

o.s.c.g.a.GatewayControllerEndpoint:
{GET /routes/{id}}: route(String)
{GET /routes}: routes()
{GET /routedefinitions}: routesdef()
{GET /globalfilters}: globalfilters()
{GET /routefilters}: routefilers()
{GET /routepredicates}: routepredicates()
{GET /routes/{id}/combinedfilters}: combinedfilters(String)
{DELETE /routes/{id}}: delete(String)
{POST /routes/{id}}: save(String,RouteDefinition)
{POST /refresh}: refresh()