微服務網關 Spring Cloud Gateway

来源:https://www.cnblogs.com/cjsblog/archive/2019/07/05/11099234.html
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1. 為什麼是Spring Cloud Gateway 一句話，Spring Cloud已經放棄Netflix Zuul了。現在Spring Cloud中引用的還是Zuul 1.x版本，而這個版本是基於過濾器的，是阻塞IO，不支持長連接。Zuul 2.x版本跟1.x的架構大一樣，性能也有所提升。既然 ...


1.  為什麼是Spring Cloud Gateway

一句話，Spring Cloud已經放棄Netflix Zuul了。現在Spring Cloud中引用的還是Zuul 1.x版本，而這個版本是基於過濾器的，是阻塞IO，不支持長連接。Zuul 2.x版本跟1.x的架構大一樣，性能也有所提升。既然Spring Cloud已經不再集成Zuul 2.x了，那麼是時候瞭解一下Spring Cloud Gateway了。

可以看到，最新的Spring Cloud中的Zuul還是1.3.1版本

而且，官網中也明確說了不再維護Zuul了

（PS：順便補充幾個名詞： 服務發現（Eureka），斷路器（Hystrix），智能路由（Zuul），客戶端負載均衡（Ribbon））

2.  API網關

API網關是一個伺服器，是系統的唯一入口。從面向對象設計的角度看，它與外觀模式類似。API網關封裝了系統內部架構，為每個客戶端提供一個定製的API。它可能還具有其它職責，如身份驗證、監控、負載均衡、緩存、請求分片與管理、靜態響應處理。API網關方式的核心要點是，所有的客戶端和消費端都通過統一的網關接入微服務，在網關層處理所有的非業務功能。通常，網關也是提供REST/HTTP的訪問API。

網關應當具備以下功能：

  • 性能：API高可用，負載均衡，容錯機制。
  • 安全：許可權身份認證、脫敏，流量清洗，後端簽名（保證全鏈路可信調用）,黑名單（非法調用的限制）。
  • 日誌：日誌記錄（spainid,traceid）一旦涉及分散式，全鏈路跟蹤必不可少。
  • 緩存：數據緩存。
  • 監控：記錄請求響應數據，api耗時分析，性能監控。
  • 限流：流量控制，錯峰流控，可以定義多種限流規則。
  • 灰度：線上灰度部署，可以減小風險。
  • 路由：動態路由規則。

目前，比較流行的網關有：Nginx 、 Kong 、Orange等等，還有微服務網關Zuul 、Spring Cloud Gateway等等

對於 API Gateway，常見的選型有基於 Openresty 的 Kong、基於 Go 的 Tyk 和基於 Java 的 Zuul。這三個選型本身沒有什麼明顯的區別，主要還是看技術棧是否能滿足快速應用和二次開發。

以上說的這些功能，這些開源的網關組件都有，或者藉助Lua也能實現，比如：Nginx + Lua

那要Spring Cloud Gateway還有什麼用呢？

其實，我個人理解是這樣的：

  • 像Nginx這類網關，性能肯定是沒得說，它適合做那種門戶網關，是作為整個全局的網關，是對外的，處於最外層的；而Gateway這種，更像是業務網關，主要用來對應不同的客戶端提供服務的，用於聚合業務的。各個微服務獨立部署，職責單一，對外提供服務的時候需要有一個東西把業務聚合起來。
  • 像Nginx這類網關，都是用不同的語言編寫的，不易於擴展；而Gateway就不同，它是用Java寫的，易於擴展和維護
  • Gateway這類網關可以實現熔斷、重試等功能，這是Nginx不具備的

所以，你看到的網關可能是這樣的：

 

2.1.  Netflix Zuul 1.x  VS  Netflix Zuul 2.x

  

3.  Spring Cloud Gateway

3.1.  特性

  • 基於Spring Framework 5、Project Reactor和Spring Boot 2.0構建
  • 能夠在任意請求屬性上匹配路由
  • predicates（謂詞） 和 filters（過濾器）是特定於路由的
  • 集成了Hystrix斷路器
  • 集成了Spring Cloud DiscoveryClient
  • 易於編寫謂詞和過濾器
  • 請求速率限制
  • 路徑重寫

3.2.  術語

Route ： 路由是網關的基本組件。它由ID、目標URI、謂詞集合和過濾器集合定義。如果聚合謂詞為true，則匹配路由

Predicate ： This is a Java 8 Function Predicate

Filter ： 是GatewayFilter的一個實例，在這裡，可以在發送下游請求之前或之後修改請求和響應

3.3.  原理

（PS：看到這張圖是不是很熟悉，沒錯，很像SpringMVC的請求處理過程）

客戶端向Spring Cloud Gateway發出請求。如果Gateway Handler Mapping確定請求與路由匹配，則將其發送給Gateway Web Handler。這個Handler運行通過特定於請求的過濾器鏈發送請求。過濾器可以在發送代理請求之前或之後執行邏輯。執行所有的“pre”過濾邏輯，然後發出代理請求，最後執行“post”過濾邏輯。

3.4.  Route Predicate Factories

  • Spring Cloud Gateway 包含許多內置的 Route Predicate Factories
  • 所有這些predicates用於匹配HTTP請求的不同屬性
  • 多個 Route Predicate Factories 可以通過邏輯與（and）結合起來一起使用

3.4.1.  After Route Predicate Factory

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: after_route
        uri: https://example.org
        predicates:
        - After=2017-01-20T17:42:47.789-07:00[America/Denver]

這個路由匹配“美國丹佛時間2017-01-20 17:42”之後的任意請求

3.4.2.  Header Route Predicate Factory

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: header_route
        uri: https://example.org
        predicates:
        - Header=X-Request-Id, \d+

這個路由匹配“請求頭包含X-Request-Id並且其值匹配正則表達式\d+”的任意請求

3.4.3.  Method Route Predicate Factory

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: method_route
        uri: https://example.org
        predicates:
        - Method=GET

這個路由匹配任意GET請求

3.4.4.  Path Route Predicate Factory

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: host_route
        uri: https://example.org
        predicates:
        - Path=/foo/{segment},/bar/{segment}

這個路由匹配這樣路徑的請求，比如：/foo/1 或 /foo/bar 或 /bar/baz

3.4.5.  Query Route Predicate Factory

這個Predicate有兩個參數：一個必須的參數名和一個可選的正則表達式

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: query_route
        uri: https://example.org
        predicates:
        - Query=baz

這個路由匹配“查詢參數中包含baz”的請求

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: query_route
        uri: https://example.org
        predicates:
        - Query=foo, ba.

這個路由匹配“查詢參數中包含foo，並且其參數值滿足正則表達式ba.”的請求，比如：bar，baz

3.4.6.  RemoteAddr Route Predicate Factory

這個路由接受一個IP（IPv4或IPv6）地址字元串。例如：192.168.0.1/16，其中192.168.0.1，16是子網掩碼

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: remoteaddr_route
        uri: https://example.org
        predicates:
        - RemoteAddr=192.168.1.1/24

這裡路由匹配遠程地址是這樣的請求，例如：192.168.1.10

3.5.  GatewayFilter Factories（網關過濾器）

路由過濾器允許以某種方式修改傳入的HTTP請求或傳出HTTP響應。路由過濾器的作用域是特定的路由。Spring Cloud Gateway包含許多內置的網關過濾器工廠。

3.5.1.  AddRequestHeader GatewayFilter Factory

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: add_request_header_route
        uri: https://example.org
        filters:
        - AddRequestHeader=X-Request-Foo, Bar

對於所有匹配的請求，將會給傳給下游的請求添加一個請求頭 X-Request-Foo:Bar

3.5.2.  AddRequestParameter GatewayFilter Factory

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: add_request_parameter_route
        uri: https://example.org
        filters:
        - AddRequestParameter=foo, bar

對於所有匹配的請求，將給傳給下游的請求添加一個查詢參數 foo=bar

3.5.3.  AddResponseHeader GatewayFilter Factory

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: add_response_header_route
        uri: https://example.org
        filters:
        - AddResponseHeader=X-Response-Foo, Bar

對於所有匹配的請求，添加一個響應頭 X-Response-Foo:Bar

3.5.4.  Hystrix GatewayFilter Factory

Hystrix網關過濾器允許你將斷路器引入網關路由，保護你的服務免受級聯失敗的影響，併在下游發生故障時提供預備響應。

為了啟用Hystrix網關過濾器，你需要引入 spring-cloud-starter-netflix-hystrix

Hystrix網關過濾器需要一個name參數，這個name是HystrixCommand的名字

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: hystrix_route
        uri: https://example.org
        filters:
        - Hystrix=myCommandName

給這個過濾器包裝一個名字叫myCommandName的HystrixCommand

Hystrix網關過濾器也接受一個可選的參數fallbackUri，但是目前只支持forward:首碼的URL。也就是說，如果這個fallback被調用，請求將被重定向到匹配的這個URL。

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: hystrix_route
        uri: lb://backing-service:8088
        predicates:
        - Path=/consumingserviceendpoint
        filters:
        - name: Hystrix
          args:
            name: fallbackcmd
            fallbackUri: forward:/incaseoffailureusethis
        - RewritePath=/consumingserviceendpoint, /backingserviceendpoint

當fallback被調用的時候，請求將被重定向到/incaseoffailureusethis

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: ingredients
        uri: lb://ingredients
        predicates:
        - Path=//ingredients/**
        filters:
        - name: Hystrix
          args:
            name: fetchIngredients
            fallbackUri: forward:/fallback
      - id: ingredients-fallback
        uri: http://localhost:9994
        predicates:
        - Path=/fallback

在這個例子中，專門定義了一個端點來處理/fallback請求，它在localhost:9994上。也就是說，當fallback被調用的時候將重定向到http://localhost:9994/fallback

3.5.5.  PrefixPath GatewayFilter Factory

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: prefixpath_route
        uri: https://example.org
        filters:
        - PrefixPath=/mypath

所有匹配的請求都將加上首碼/mypath。例如，如果請求是/hello，那麼經過這個過濾器後，發出去的請求變成/mypath/hello

3.5.6.  RequestRateLimiter GatewayFilter Factory

RequestRateLimiter網關過濾器使用一個RateLimiter實現來決定是否當前請求可以繼續往下走。如果不能，預設將返回HTTP 429 - Too Many Requests

這個過濾器接受一個可選的參數keyResolver，這個參數是一個特定的rate limiter

keyResolver是實現了KeyResolver介面的一個Bean。

在配置的時候，使用SpEL按名稱引用Bean。#{@myKeyResolver}是一個SpEL表達式，表示引用名字叫myKeyResolver的Bean。

KeyResolver.java 

1 public interface KeyResolver {
2 	Mono<String> resolve(ServerWebExchange exchange);
3 }

KeyResolver預設的實現是PrincipalNameKeyResolver，它從ServerWebExchange中檢索Principal，並調用Principal.getName()方法。 

預設情況下，如果KeyResolver沒有找到一個key，那麼請求將會被denied（譯：否認，拒絕）。這種行為可以通過spring.cloud.gateway.filter.request-rate-limiter.deny-empty-key (true or false) 和 spring.cloud.gateway.filter.request-rate-limiter.empty-key-status-code 屬性來進行調整. 

Redis RateLimiter

需要引用 spring-boot-starter-data-redis-reactive

這個邏輯使用令牌桶演算法

  • redis-rate-limiter.replenishRate ： 允許用戶每秒處理多少個請求。這是令牌桶被填充的速率。
  • redis-rate-limiter.burstCapacity ： 用戶在一秒鐘內允許執行的最大請求數。這是令牌桶可以容納的令牌數量。將此值設置為0將阻塞所有請求。

一個穩定的速率是通過將replenishRate 和 burstCapacity設為相同的值來實現的。也可以將burstCapacity設得比replenishRate大，以應對臨時爆發的流量。在這種情況下，需要允許速率限制器在突發事件之間間隔一段時間，因為連續兩次突發事件將導致丟棄請求（HTTP 429 - Too Many Requests）

application.yml

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: requestratelimiter_route
        uri: https://example.org
        filters:
        - name: RequestRateLimiter
          args:
            redis-rate-limiter.replenishRate: 10
            redis-rate-limiter.burstCapacity: 20

Config.java

1 @Bean
2 KeyResolver userKeyResolver() {
3     return exchange -> Mono.just(exchange.getRequest().getQueryParams().getFirst("user"));
4 }

這裡定義了每個用戶的請求速率限製為10。允許使用20個請求，但是在接下來的一秒中，只有10個請求可用。

這個例子中只是簡單地從請求參數中獲取"user"，在實際生產環境中不建議這麼做。

我們也可以通過實現RateLimiter介面來自定義，這個時候，在配置中我們就需要引用這個Bean，例如：#{@myRateLimiter} 

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: requestratelimiter_route
        uri: https://example.org
        filters:
        - name: RequestRateLimiter
          args:
            rate-limiter: "#{@myRateLimiter}"
            key-resolver: "#{@userKeyResolver}"

3.5.7.  Default Filters

如果你想要添加一個過濾器並且把它應用於所有路由的話，你可以用spring.cloud.gateway.default-filters。這個屬性接受一個過濾器列表。

spring:
  cloud:
    gateway:
      default-filters:
      - AddResponseHeader=X-Response-Default-Foo, Default-Bar
      - PrefixPath=/httpbin

3.6.  Global Filters（全局過濾器）

GlobalFilter介面的方法簽名和GatewayFilter相同。這些是有條件地應用於所有路由的特殊過濾器。

3.6.1.  GlobalFilter和GatewayFilter的順序

當一個請求過來的時候，將會添加所有的GatewayFilter實例和所有特定的GatewayFilter實例到過濾器鏈上。過濾器鏈按照org.springframework.core.Ordered介面對該鏈路上的過濾器進行排序。你可以通過實現介面中的getOrder()方法或者使用@Order註解。

Spring Cloud Gateway將過濾器執行邏輯分為“pre”和“post”階段。優先順序最高的過濾器將會是“pre”階段中的第一個過濾器，同時它也將是“post”階段中的最後一個過濾器。

ExampleConfiguration.java 

 1 @Bean
 2 @Order(-1)
 3 public GlobalFilter a() {
 4     return (exchange, chain) -> {
 5         log.info("first pre filter");
 6         return chain.filter(exchange).then(Mono.fromRunnable(() -> {
 7             log.info("third post filter");
 8         }));
 9     };
10 }
11 
12 @Bean
13 @Order(0)
14 public GlobalFilter b() {
15     return (exchange, chain) -> {
16         log.info("second pre filter");
17         return chain.filter(exchange).then(Mono.fromRunnable(() -> {
18             log.info("second post filter");
19         }));
20     };
21 }
22 
23 @Bean
24 @Order(1)
25 public GlobalFilter c() {
26     return (exchange, chain) -> {
27         log.info("third pre filter");
28         return chain.filter(exchange).then(Mono.fromRunnable(() -> {
29             log.info("first post filter");
30         }));
31     };
32 }

3.6.2.  LoadBalancerClient Filter

LoadBalancerClientFilter查找exchange屬性中查找ServerWebExchangeUtils.GATEWAY_REQUEST_URL_ATTR一個URI。如果url符合lb schema（例如：lb://myservice），那麼它將使用Spring Cloud LoadBalancerClient 來解析這個名字到一個實際的主機和埠，並替換URI中相同的屬性。原始url中未被修改的部分被附加到ServerWebExchangeUtils.GATEWAY_ORIGINAL_REQUEST_URL_ATTR屬性列表中。

application.yml

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: myRoute
        uri: lb://service
        predicates:
        - Path=/service/**

預設情況下，當一個服務實例在LoadBalancer中沒有找到時，將返回503。你可以通過配置spring.cloud.gateway.loadbalancer.use404=true來讓它返回404。

3.7.  配置

RouteDefinitionLocator.java 

1 public interface RouteDefinitionLocator {
2 	Flux<RouteDefinition> getRouteDefinitions();
3 }

預設情況下，PropertiesRouteDefinitionLocator通過@ConfigurationProperties機制載入屬性

下麵兩段配置是等價的

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: setstatus_route
        uri: https://example.org
        filters:
        - name: SetStatus
          args:
            status: 401
      - id: setstatusshortcut_route
        uri: https://example.org
        filters:
        - SetStatus=401

下麵用Java配置

GatewaySampleApplication.java 

 1 // static imports from GatewayFilters and RoutePredicates
 2 @Bean
 3 public RouteLocator customRouteLocator(RouteLocatorBuilder builder, ThrottleGatewayFilterFactory throttle) {
 4     return builder.routes()
 5             .route(r -> r.host("**.abc.org").and().path("/image/png")
 6                 .filters(f ->
 7                         f.addResponseHeader("X-TestHeader", "foobar"))
 8                 .uri("http://httpbin.org:80")
 9             )
10             .route(r -> r.path("/image/webp")
11                 .filters(f ->
12                         f.addResponseHeader("X-AnotherHeader", "baz"))
13                 .uri("http://httpbin.org:80")
14             )
15             .route(r -> r.order(-1)
16                 .host("**.throttle.org").and().path("/get")
17                 .filters(f -> f.filter(throttle.apply(1,
18                         1,
19                         10,
20                         TimeUnit.SECONDS)))
21                 .uri("http://httpbin.org:80")
22             )
23             .build();
24 }

這種風格允許自定義更多的謂詞斷言，預設是邏輯與（and）。你也可以用and() ， or() ， negate() 

再來一個例子

 1 @SpringBootApplication
 2 public class DemogatewayApplication {
 3 	@Bean
 4 	public RouteLocator customRouteLocator(RouteLocatorBuilder builder) {
 5 		return builder.routes()
 6 			.route("path_route", r -> r.path("/get")
 7 				.uri("http://httpbin.org"))
 8 			.route("host_route", r -> r.host("*.myhost.org")
 9 				.uri("http://httpbin.org"))
10 			.route("hystrix_route", r -> r.host("*.hystrix.org")
11 				.filters(f -> f.hystrix(c -> c.setName("slowcmd")))
12 				.uri("http://httpbin.org"))
13 			.route("hystrix_fallback_route", r -> r.host("*.hystrixfallback.org")
14 				.filters(f -> f.hystrix(c -> c.setName("slowcmd").setFallbackUri("forward:/hystrixfallback")))
15 				.uri("http://httpbin.org"))
16 			.route("limit_route", r -> r
17 				.host("*.limited.org").and().path("/anything/**")
18 				.filters(f -> f.requestRateLimiter(c -> c.setRateLimiter(redisRateLimiter())))
19 				.uri("http://httpbin.org"))
20 			.build();
21 	}
22 }

3.8.  CORS配置

spring:
  cloud:
    gateway:
      globalcors:
        corsConfigurations:
          '[/**]':
            allowedOrigins: "https://docs.spring.io"
            allowedMethods:
            - GET

上面的例子中，所有原始為docs.spring.io的GET請求均被允許跨域請求。

4.  示例

 

本例中又4個項目，如下圖：

4.1.  cjs-eureka-server

pom.xml

 1 <?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
 2 <project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
 3          xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
 4     <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
 5     <parent>
 6         <groupId>org.springframework.boot</groupId>
 7         <artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
 8         <version>2.1.6.RELEASE</version>
 9         <relativePath/> <!-- lookup parent from repository -->
10     </parent>
11     <groupId>com.cjs.example</groupId>
12     <artifactId>cjs-eureka-server</artifactId>
13     <version>0.0.1-SNAPSHOT</version>
14     <name>cjs-eureka-server</name>
15 
16     <properties>
17         <java.version>1.8</java.version>
18         <spring-cloud.version>Greenwich.SR1</spring-cloud.version>
19     </properties>
20 
21     <dependencies>
22         <dependency>
23             <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
24             <artifactId>spring-cloud-starter-netflix-eureka-server</artifactId>
25         </dependency>
26         <dependency>
27             <groupId>ch.qos.logback</groupId>
28             <artifactId>logback-classic</artifactId>
29             <version>1.2.3</version>
30         </dependency>
31     </dependencies>
32 
33     <dependencyManagement>
34         <dependencies>
35             <dependency>
36                 <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
37                 <artifactId>spring-cloud-dependencies</artifactId>
38                 <version>${spring-cloud.version}</version>
39                 <type>pom</type>
40                 <scope>import</scope>
41             </dependency>
42         </dependencies>
43     </dependencyManagement>
44 
45     <build>
46         <plugins>
47             <plugin>
48                 <groupId>org.springframework.boot</groupId>
49                 <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
50             </plugin>
51         </plugins>
52     </build>
53 
54 </project>

application.yml

 1 server:
 2   port: 8761
 3 
 4 spring:
 5   application:
 6     name: cjs-eureka-server
 7 
 8 eureka:
 9   client:
10     service-url:
11       defaultZone: http://10.0.29.92:8761/eureka/,http://10.0.29.232:8761/eureka/
12 
13 logging:
14   file: ${spring.application.name}.log

Application.java

 1 package com.cjs.example;
 2 
 3 import org.springframework.boot.SpringApplication;
 4 import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
 5 import org.springframework.cloud.netflix.eureka.server.EnableEurekaServer;
 6 
 7 /**
 8  * @author chengjiansheng
 9  * @date 2019-06-26
10  */
11 @EnableEurekaServer
12 @SpringBootApplication
13 public class CjsEurekaServerApplication {
14 
15     public static void main(String[] args) {
16         SpringApplication.run(CjsEurekaServerApplication.class, args);
17     }
18 
19 } 

4.2.  cjs-gateway-server

pom.xml

 1 <?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
 2 <project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
 3          xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
 4     <modelVersion>4.0.0
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