微服務架構學習與思考(10)：微服務網關和開源 API 網關01-以 Nginx 爲基礎的 API 網關詳細介紹
一、爲什麼會有 API Gateway 網關
隨着微服務架構的流行，很多公司把原有的單體架構改造成了微服務架構。
第一步：拆分
微服務架構就是把一個大單體改造成一個一個小的應用。比如把一個電商網站，從單體改造成微服務架構，如下圖：
改造成微服務後，用戶通過 PC 和手機訪問電商應用，都是調用後面的微服務 API，而且各自要調用多個後端 API 服務才能拿到需要的數據。業務量小的時候，這種訪問方式沒有多大問題。用戶多了訪問量大了呢？這種方式就不能持續。
第二步：API 功能逐漸增多
如果後面業務發展較快，用戶需要的功能越來越多，那麼相應的後端微服務的數量也會越來越多，用上面這種方式來訪問，調用的微服務 API 數量越來越多，如果訪問量大服務器壓力就會加大，那能不能縮減下調用 API 的數量，減輕服務器訪問壓力？聚合服務，內部聚合一些 API 服務接口形成一個聚合服務，PC 或手機客戶端訪問這個聚合服務，是不是就減少了訪問次數？提高訪問性能，提升用戶體驗。
爲了提高 API 服務的可用性，還會給 API 加上限流控制，超時控制，熔斷降級，API 隔離等功能。
爲了提高 API 服務訪問安全性，還會給 API 加上訪問控制，比如進行 JWT 驗證，黑白名單機制。如下圖：
第三步：API 網關
想一想，每一個 API 服務都需要這些功能，那能不能把這些功能集和在一起？後面就不需要給每個 API 添加同樣的功能。減少開發時間。
這些功能都可以集成到 API Gateway 網關中，如下圖：
還有，要上線服務或重構 API 服務時，這種用戶直接訪問後端的方式，就會造成用戶訪問出現錯誤，對用戶體驗是很大傷害。API 網關屏蔽用戶直接訪問後端服務，它就可以平滑過渡這種發佈需求或重構 API 需求。
它還有負載均衡，後端服務可以進行相應擴展。
二、API 網關功能
通過上面介紹可以看到，API 網關可以統一後端的訪問，也就是用戶訪問後端服務必須通過 API 網關才能夠訪問到。API 網關統一管理了後端的服務接入服務。
它就相當於一尊門神，守護着後端的所有服務。
API 網關的功能：
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API 管理：API 上線、下線，API 路由轉發
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服務治理：限流控制，超時控制，熔斷降級
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安全策略：統一身份認證，黑白名單機制
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協議轉換：REST、gRPC、Dubbo 不同協議轉換
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API 發佈策略：灰度發佈，流量染色
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負載均衡：服務擴展，服務伸縮
其他一些功能：監控報警、鏈路追蹤、日誌收集審查等。
三、常見開源 API 網關介紹
在前面寫的關於微服務文章：微服務架構學習與思考(04)：微服務技術體系 一文中又提到過一些開源網關軟件。這次再來詳細介紹下開源 API 網關軟件。
3.1 以 Nginx 爲基礎的網關
以 Nginx 爲基礎，在加上 Lua 語言來進行擴展編程的網關。
3.1.1 OpenResty
介紹：OpenResty® 是一個基於 Nginx 與 Lua 的高性能 Web 平臺，其內部集成了大量精良的 Lua 庫、第三方模塊以及大多數的依賴項。用於方便地搭建能夠處理超高併發、擴展性極高的動態 Web 應用、Web 服務和動態網關。
OpenResty 官網：官網地址
github：OpenResty github
看這個介紹，OpenResty 的功能不止於網關功能，還有高性能動態 Web 應用和服務。
它內部集成了大量精良的 Lua 庫，庫地址 。
有很多 Nginx API for lua，你可以自己用 lua 來編寫相關功能。
當然，它還提供一個企業級(收費服務)產品，提供了很多關於 API 網關功能，Web 界面的操作。
沒有找到與開源產品功能對比，只有企業級產品功能介紹。
3.1.2 Kong
Kong 網關介紹
kong 是一個高性能高可用易擴展的 API 網關和 API 服務管理的軟件，它基於 OpenResty(Nginx+Lua)。
它可以在物理機上運行也可以在 kubernetes 上運行。
kong 官網：官網地址
github地址：kong github
kong 也提供了一張使用網關前後的對比圖，可以直觀看到使用 API 網關的變化，API 自身的功能明顯減少，都集成到 kong 裏面：
(來自：https://github.com/Kong/kong)
一些通用的功能都集成到 kong 裏，而後面 API/RPC 只需要編寫業務相關功能就可以了，簡化了 API 開發。
kong 架構
kong 架構圖：
- Admin API：通過 admin api 來管理 kong 的功能
- Plugins：插件，默認插件和用戶自定義插件
- Clustering & Database：存儲 kong 集羣節點信息，API 信息，插件信息等。目前提供了 PostgreSQL 和 Cassandra 2 種支持，如果需要高可用建議使用 Cassandra。
- OpenResty：處理插件、運行插件程序
- Nginx：處理底層操作
功能簡介
- 開源產品和企業產品功能對比
kong 也提供了企業級產品，它還給出了 kong 開源產品和 kong 企業級產品功能對比圖，功能詳細對比在這裏 https://docs.konghq.com/gateway/latest/#features。
可以看到，企業級產品比開源產品提供了豐富得多的功能，這樣才能給企業提供價值。
對比來看，開源功能相對企業版較少(開源產品功能也挺多)，但是開源產品功能已經足夠小公司用，還能自定義插件功能。如果你有預算費用可以使用企業版，這樣更快還有官方諮詢服務。如果沒有預算，那開源也足夠用，也可自己開發插件。
- 開源產品功能
開源產品除了提供一些基礎功能:
包括 HTTP 基本認證、密鑰認證、CORS、監控、文件日誌、API 請求限流、請求轉發、緩存、SSL設置等基本功能，這些功能都是通過插件機制實現。
在 kong 3.0.x 文檔中，還看到了藍綠部署、cluster等功能，更多功能可以看文檔。
還有一些其他重要功能特性:
- 集羣
kong 支持單節點集羣和多節點集羣。
單節點集羣：連接到數據庫（Cassandra 或 PostgreSQL）的單個 Kong 節點創建一個節點的 Kong 羣集。通過此節點的 Admin API 應用的任何更改都將立即生效。
多節點集羣：多節點集羣它是通過定期後臺作業與其他節點進行數據同步。可以通過配置參數 db_update_frequency(默認 5 秒) 更改頻率，這個頻率更新有點慢。所以 kong 集羣數據一致性是最終一致性。
kong 也給用戶提供了自定義插件的功能，如果你有需要，自己可以編寫插件來擴展 kong 的功能。
- 擴展功能-編寫插件
用戶可以編寫插件來對 kong 功能進行擴展，kong 的插件是在 API 請求響應循環的生命週期中被執行的。
kong 插件文檔，默認用 lua 語言來編寫插件，也可以用其它語言。
a. 編寫插件可以使用的語言 lua，Go，python，js
kong 在 2.6.x 支持了其他語言編寫插件，有 Go，python，js，文檔地址：https://docs.konghq.com/gateway/2.6.x/reference/external-plugins/。更老的版本應該也有支持的，得去看文檔。
它還有一個編寫插件的模板。
b. 插件市場 plugin hub
kong 也有自己的一個插件市場，也就是說你也可以給 kong 貢獻第三方插件，是優質插件可能會被收錄。
- 通過 admin-api 來管理 kong
詳細看文檔地址：https://docs.konghq.com/gateway/3.0.x/admin-api/
web UI 界面管理
kong 企業版提供了管理 UI，開源版本沒有管理 UI。但是程序員是多麼的勤奮也崇尚開源，所以就有很多開源貢獻的管理 UI，其中比較好用的，介紹 1 個， konga。
konga 看 github 上的更新時間，也是 3 年前了，也算比較老的了。
3.1.3 APISIX 網關
APISIX 介紹
Apache APISIX 是 Apache 軟件基金會下的雲原生 API 網關，它兼具動態、實時、高性能等特點，提供了負載均衡、動態上游、灰度發佈（金絲雀發佈）、服務熔斷、身份認證、可觀測性等豐富的流量管理功能。我們可以使用 Apache APISIX 來處理傳統的南北向流量，也可以處理服務間的東西向流量。同時，它也支持作爲 K8s Ingress Controller 來使用。
apisix 也是基於 nginx，openresty 的。
apisix 文檔：apisix doc
apisix github：apisix github
APISIX 架構
整體架構圖：
(from:https://apisix.apache.org/zh/docs/apisix/getting-started/)
從圖上可以看出，APISIX 底層基座也是基於 Nginx 和 OpenResty。運行在基座之上的是 APISIX 軟件。
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底層技術基座：Nginx 和 OpenResty
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APISIX軟件：看上面架構圖，
第一部分：APISIX Core，apisix 核心，包括 Lua 插件、多語言插件運行時（Plugin Runner）、Wasm 插件運行時等
第二部分：各種內置插件，包括可觀測性、安全、流量控制等插件。
APISIX 多語言插件運行時提供多種開發語言的支持，比如 Golang、Java、Python、JS 等。
技術架構圖：
從另外一個角度來看看apisix架構，分爲數據面和控制面：
(from:https://github.com/apache/apisix)
- apisix 使用 etcd 作爲配置中心來進行數據信息保存和同步配置。
特性功能
可以到 github 上看它的 Features，列舉了很多功能特性。
- 擴展能力-插件功能
a）apisix 內置了很多插件，可以看文檔 Plugins。
b）它也有一個插件市場，plugin hub。
c）當然你也可以自定義插件。這些看起來與 kong 開源版本擁有擴展功能差不多。
- 高可用集羣
- Apache APISIX 的數據平面是無狀態的，可以進行隨意的彈性伸縮，前面加一層負載均衡即可
- Apache APISIX 的控制平面是依賴於 etcd cluster 的高可用實現的，不需要任何關係型數據庫的依賴
與 kong 區別：
這第二點與 Kong 集羣有區別，Kong 集羣依賴的是 Postgre 和 Cassandra。
Web UI
通過RESTful API 來管理 apisix，通過 Admin API 來管理 apisix 節點。通過 Control API 控制單個 apisix 數據平面行爲。
官方還提供了一個 Dashboard，通過 UI 管理 apisix。
與 kong 區別：
kong 開源版本沒有這個 Dashboard 功能，企業版本有。
3.1.4 Orange 網關
這個 orange 也是一 OpenResty 爲基礎開發的網關，
orange 官網： orange 地址
github 地址：orange github
orange 的功能相對於前面的 kong 和 apisix，比較少。所以它的架構肯定比他們簡單，可以作爲學習之用。
如果你不需要那麼多功能，可以試用下這款 API 網關。
四、API 網關缺點
- 讓系統複雜度變高
在整個系統架構中，多一個了 API 網關，就多了一份維護工作，多了一處發生“危險”的地方。
- API 網關可能成爲性能瓶頸
因爲所有的流量都要經過 API 網關，可以通過擴展集羣來解決。前面在加一組負載均衡設備等方法。
五、參考
- https://openresty.org/ openresty 官網
- https://github.com/openresty openresty github
- https://github.com/openresty/lua-nginx-module lua 模塊
- https://openresty.com.cn/cn/edge/ openresty edge 企業級產品
- https://github.com/openresty/lua-nginx-module#nginx-api-for-lua nginx api for lua
- https://konghq.com/ kong 官網
- https://github.com/kong/kong kong github
- https://docs.konghq.com/gateway/3.0.x/ Kong 3.0.x 文檔
- https://docs.konghq.com/gateway/3.0.x/plugin-development/ kong 插件文檔
- https://docs.konghq.com/gateway/3.0.x/production/clustering/ Kong 3.0.x 的集羣文檔
- https://docs.konghq.com/hub/ kong 插件 hub
- https://github.com/Kong/kong-plugin 插件模板
- https://github.com/pantsel/konga kong web ui
- https://apisix.apache.org/zh/docs/apisix/getting-started/ apisix 文檔
- https://apisix.apache.org/zh/docs/apisix/plugins/batch-requests 內置插件
- https://apisix.apache.org/zh/plugins/ 插件市場
- https://apisix.apache.org/zh/docs/apisix/control-api/
- http://orange.sumory.com/docs/ orange 地址