聊聊Spring Cloud Gateway

網關概述

整體來看，網關有點類似於門面，所有的外部請求都會先經過網關這一層。

網關不僅只是做一個請求的轉發及服務的整合，有了網關這個統一的入口之後，它還能提供以下功能。

• 針對所有請求進行統一鑑權、限流、熔斷、日誌。
• 協議轉化。針對後端多種不同的協議，在網關層統一處理後以HTTP對外提供服務。譬如針對Dubbo服務還需要提供一個Web應用來進行協議轉化，此時可以在API網關層轉換協議。
• 統一錯誤碼處理。
• 灰度發佈
• 請求轉發，並且可以基於網關實現內、外網隔離。

常用的解決方案場景如下：

Spring Cloud Gateway

Spring Cloud Gateway是基於Spring Boot 2.0、Spring WebFlux和Project Reactor等技術開發的網關，它不僅提供了統一的路由請求的方式，還基於過濾鏈的方式提供了網關最基本的功能；解決了Spring Cloud Zuul的性能問題：

• Zuul 1.x採用的是傳統的thread per connection方式來處理請求，也就是針對每一個請求，會爲這個請求專門分配一個線程來進行處理，直到這個請求完成之後纔會釋放線程，一旦後臺服務器響應較慢，就會使得該線程被阻塞，所以它的性能不是很好。

• Zuul 1.x採用的是傳統的thread per connection方式來處理請求，也就是針對每一個請求，會爲這個請求專門分配一個線程來進行處理，直到這個請求完成之後纔會釋放線程，一旦後臺服務器響應較慢，就會使得該線程被阻塞，所以它的性能不是很好。

Spring WebFlux基於Project Reactor響應式框架實現了完全無阻塞的、響應式的、高併發性能的、網絡請求響應；解決了如上的Zuul性能問題。

個人覺得，其實就是類似Nginx、Redis等基於Reactor模式的實現；也是非阻塞IO(Epoll)的另一種體現。

請求過程及關鍵概念

Spring Cloud Gateway的請求處理過程如圖所示，其中有幾個非常重要的概念。

• 路由（Route）：它是網關的基本組件，由ID、目標URI、Predicate集合、Filter集合組成。

• 謂語（Predicate）：它是Java 8中引入的函數式接口，提供了斷言的功能。它可以匹配HTTP請求中的任何內容。如果Predicate的聚合判斷結果爲true，則意味着該請求會被當前Router進行轉發。

• 謂語（Predicate）：它是Java 8中引入的函數式接口，提供了斷言的功能。它可以匹配HTTP請求中的任何內容。如果Predicate的聚合判斷結果爲true，則意味着該請求會被當前Router進行轉發。

Spring Cloud Gateway啓動時基於Netty Server監聽一個指定的端口（該端口可以通過server.port屬性自定義）。當客戶端發送一個請求到網關時，網關會根據一系列Predicate的匹配結果來決定訪問哪個Route路由，然後根據過濾器鏈進行請求的處理。過濾器鏈可以在請求發送到後端服務器之前和之後執行，也就是首先執行Pre過濾器鏈，然後將請求轉發到後端的微服務執行具體的業務，最後執行Post過濾器鏈。

Route Predicate Factories

Predicate是Java 8提供的一個函數式接口，它允許接收一個參數並返回一個布爾值，可以用於條件過濾、請求參數的校驗。

在Spring Cloud Gateway中，Predicate提供了路由規則的匹配機制。比如：

意思是通過Path屬性來匹配URL前綴是/gateway/的請求。

如下，Spring Cloud Gateway默認提供了很多Route Predicate Factory，這些Predicate會分別匹配HTTP請求的不同屬性，並且多個Predicate可以通過and邏輯進行組合。

Gateway Filter Factories

Filter分爲Pre類型的過濾器和Post類型的過濾器。

• Pre類型的過濾器在請求轉發到後端微服務之前執行，在Pre類型過濾器鏈中可以做鑑權、限流等操作。

• Post類型的過濾器在請求執行完之後、將結果返回給客戶端之前執行。

在Spring Cloud Gateway中內置了很多Filter，Filter有兩種實現，分別是GatewayFilter和GlobalFilter。GlobalFilter會應用到所有的路由上，而GatewayFilter只會應用到單個路由或者一個分組的路由上。

GatewayFilter

Spring提供了一些內置的GatewayFilter，如:

• AddRequestParameter GatewayFilter Factory：該過濾器的功能是對所有匹配的請求添加一個查詢參數。
  

• AddResponseHeader GatewayFilter Factory：該過濾器會對所有匹配的請求，在返回結果給客戶端之前，在Header中添加相應的數據。
  在上面這段配置中，會在Response中添加Header頭，
  
  在上面這段配置中，會在Response中添加Header頭，key=X-Response-Foo，Value=Bar。

• RequestRateLimiter GatewayFilter Factory：該過濾器會對訪問到當前網關的所有請求執行限流過濾，如果被限流，默認情況下會響應HTTP 429-Too Many Requests。
  RequestRateLimiterGatewayFilterFactory默認提供了RedisRateLimiter的限流實現，它採用令牌桶算法來實現限流功能。
  
  redis-rate-limiter過濾器有兩個配置屬性：
  

• Retry GatewayFilter Factory：Retry GatewayFilter Factory爲請求重試過濾器，當後端服務不可用時，網關會根據配置參數來發起重試請求。
  
  RetryGatewayFilter提供4個參數來控制重試請求，參數說明如下。
  

GlobalFilter

GlobalFilter和GatewayFilter的作用是相同的，只是GlobalFilter針對所有的路由配置生效。Spring Cloud Gateway內置的全局過濾器也有很多，比如：

全局過濾鏈的執行順序是，當Gateway接收到請求時，Filtering Web Handler處理器會將所有的GlobalFilter實例及所有路由上所配置的GatewayFilter實例添加到一條過濾器鏈中。該過濾器鏈裏的所有過濾器都會按照＠Order註解所指定的數字大小進行排序。

• LoadBalancerClientFilter：LoadBalancerClientFilter是用於實現請求負載均衡的全局過濾器，配置如下。
  
  如果URI配置的是lb://example_service，那麼這個過濾器會識別到lb://，並且使用Spring Cloud LoadBalancerClient將example_service名稱解析成實際訪問的主機和端口地址。

• GatewayMetricsFilter：GatewayMetricsFilter是網關指標過濾器，這個過濾器會添加name=gateway.requests的timer metrics，其中包含以下數據。
  
  這些指標通過http://ip:port/actuator/metrics/gateway.requests獲得，前提是需要添加Spring Boot Actuator依賴。

自定義過濾器

Spring Cloud Gateway提供了過濾器的擴展功能，開發者可以根據實際業務需求來自定義過濾器。同樣，自定義過濾器也支持GlobalFilter和GatewayFilter兩種。

• 自定義GatewayFilter：自定義過濾器類GpDefineGatewayFilterFactory，繼承AbstractGatewayFilterFactory。

• 自定義GlobalFilter：GlobalFilter的實現比較簡單，它不需要額外的配置，只需要實現GlobalFilter接口，自動會過濾所有的Route。

集成

Spring Cloud Gateway支持與其他解決方案集成，實現更強大的功能，比如Spring Cloud Alibaba系列。