SpringCloud Gateway微服务网关实战与源码分析-上

概述

定义

Spring Cloud Gateway 官网地址 https://spring.io/projects/spring-cloud-gateway/ 最新版本3.1.3

Spring Cloud Gateway 文档地址 https://docs.spring.io/spring-cloud-gateway/docs/current/reference/html/

Spring Cloud Gateway GitHub源码地址 https://github.com/spring-cloud/spring-cloud-gateway

Spring Cloud Gateway使用了WebFlux技术,而WebFlux技术底层又基于高性能的Reactor模式通信框架Netty。Spring Cloud Gateway基于Spring 5、Spring Boot 2和project Reactor技术上构建异步非阻塞的高吞吐量API网关,提供一种简单且有效的方式来路由到API,并为它们提供横切关注点如安全性、监控/指标和弹性等。Spring Cloud Gateway特性如下:

Spring Cloud Gateway特性如下:

  • 能够在任何请求属性上匹配路由。
  • 谓词和过滤器是特定于路由的。
  • 集成断路器。
  • 集成Spring Cloud DiscoveryClient
  • 编写谓词和过滤器编写易用。
  • 限制请求速率。
  • 路径重写

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网关作为系统的唯一流量入口,封装内部系统的架构,所有请求都先经过网关,由网关将请求路由到合适的微服务,优势如下:

  • 简化客户端的工作。网关将微服务封装起来后,客户端只需同网关交互,而不必调用各个不同服务。
  • 降低函数间的耦合度。 一旦服务接口修改,只需修改网关的路由策略,不必修改每个调用该函数的客户端,从而减少了程序间的耦合性。
  • 解放开发人员把精力专注于业务逻辑的实现。由网关统一实现服务路由(灰度与ABTest)、负载均衡、访问控制、流控熔断降级等非业务相关功能,而不需要每个服务 API 实现时都去考虑。
  • 现在前后端分离大趋势下,目前大部分浏览器安全同源策略出现前端请求的跨域问题,网关也是解决跨域问题的一种较完美方式。

流量网关与微服务网关

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流量网关(如典型Nginx网关)是指提供全局性的、与后端业务应用无关的策略,例如 HTTPS证书卸载、Web防火墙、全局流量监控等。而微服务网关(如Spring Cloud Gateway)是指与业务紧耦合的、提供单个业务域级别的策略,如服务治理、身份认证等。也就是说,流量网关负责南北向流量调度及安全防护,微服务网关负责东西向流量调度及服务治理。

主流网关

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  • Kong 网关:Kong 的性能非常好,非常适合做流量网关,但是对于复杂系统不建议业务网关用 Kong,主要是工程性方面的考虑。基于OpenResty或Nginx+Lua实现。
  • Zuul1.x 网关:Zuul 1.0 的落地经验丰富,但是性能差、基于同步阻塞IO,适合中小架构,不适合并发流量高的场景,因为容易产生线程耗尽,导致请求被拒绝的情况。
  • Gateway 网关:功能强大丰富,性能好,官方基准测试 RPS (每秒请求数)是Zuul的1.6倍,能与 SpringCloud 生态很好兼容,单从流式编程+支持异步上也足以让开发者选择它了。
  • Zuul 2.x:性能与 gateway 差不多,基于非阻塞的,支持长连接,但 SpringCloud 没有集成 zuul2 的计划,并且 Netflix 相关组件都宣布进入维护期,前景未知。

从发展趋势上看,Spring Cloud Gateway作为Spring Cloud生态体系中的网关,目标替代Netflix的Zuul且势在必行。

术语

进一步研究 Spring Cloud Gateway 的配置及其使用之前,我们先了解几个 Spring Cloud Gateway 的核心术语

  • Route(路由):网关的基本组成部分。它由一个ID、一个目标URI、一组谓词和一组过滤器定义。如果聚合谓词或者说断言为真,则匹配路由。
  • Predicate(谓词):这是一个Java 8函数谓词,输入类型是Spring Framework serverwebexchange,匹配HTTP请求中的任何内容,如头或参数。
  • Filter(过滤器):这些是使用特定工厂构建的GatewayFilter实例,可以在发送下游请求之前或之后修改请求和响应。

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工作流程

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  • 客户端向Spring Cloud Gateway发出请求。
  • 如果网关处理程序映射决定一个请求匹配一个路由,它被发送到网关Web处理程序。
  • 此处理程序通过特定于该请求的过滤器链运行请求。用虚线分隔过滤器的原因是,过滤器可以在发送代理请求之前和之后运行逻辑。
  • 执行所有“预”筛选逻辑。然后发出代理请求。
  • 发出代理请求后,运行“post”过滤器逻辑。

实战

加依赖

项目或模块中加入spring-cloud-starter-gateway

        <dependency>
            <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
            <artifactId>spring-cloud-starter-gateway</artifactId>
        </dependency>

如果引入了启动器,但又不希望启用网关,则可以通过设置spring.cloud.gateway.enabled=false来禁用。全部详细配置可以查阅官网,Spring Cloud Gateway详细配置说明 https://docs.spring.io/spring-cloud-gateway/docs/current/reference/html/appendix.html

官网提供两种配置谓词和过滤器的方法,分别是shortcuts and fully expanded arguments,译为快捷方式和完全扩展的参数方式,后续例子我们都使用快捷方式,这种方式简洁舒畅,官方的例子也大都是使用快捷方式。

路由配置Route 主要由路由id、目标uri、断言集合和过滤器集合组成

  • id:路由标识,要求唯一,名称任意(默认值 uuid,一般不用,需要自定义)
  • uri:请求最终被转发到的目标地址
  • order: 路由优先级,数字越小,优先级越高
  • predicates:断言数组,即判断条件,如果返回值是boolean,则转发请求到 uri 属性指定的服务中
  • filters:过滤器数组,在请求传递过程中,对请求做一些修改

网关路由初体验

利用前面库存微服务提供的deduct接口,端口为4080,启动库存微服务,访问http://localhost:4080/deduct,显示成功

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创建网关微服务模块,pom文件依赖如下,由于后面我们有Gateway整合Nacos和Sentinel的示例,所以这里把其他依赖也先加进来

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
         xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <parent>
        <artifactId>simple-ecommerce</artifactId>
        <groupId>cn.itxs</groupId>
        <version>1.0</version>
    </parent>
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>

    <artifactId>ecom-gateway</artifactId>
    <packaging>jar</packaging>
    <version>1.0</version>
    <name>ecom-gateway</name>
    <description>a simple electronic commerce platform demo tutorial for gateway service</description>

    <properties>
        <spring-cloud-loadbalancer.version>3.1.3</spring-cloud-loadbalancer.version>
    </properties>

    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
            <artifactId>spring-cloud-loadbalancer</artifactId>
            <version>${spring-cloud-loadbalancer.version}</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
            <artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-nacos-config</artifactId>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
            <artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-nacos-discovery</artifactId>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
            <artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-sentinel</artifactId>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
            <artifactId>spring-cloud-starter-gateway</artifactId>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-actuator</artifactId>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
            <artifactId>spring-cloud-starter-bootstrap</artifactId>
        </dependency>
    </dependencies>

</project>

bootstrap.yml配置文件加入建议路由配置如下

server:
  port: 4090
spring:
  application:
    name: ecom-gateway
  cloud:
    gateway:
      routes:
        - id: storage_route
          uri: http://localhost:4080
          predicates:
            - Path=/storage-service/**
          filters:
            - StripPrefix=1

启动网关微服务

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访问网关提供api接口http://localhost:4090/storage-service/deduct,匹配storage-service为真后通过过滤器去掉一层也即是storage-service路径去掉,然后转发至uri地址,最终转发url为http://localhost:4080/deduct ,成功返回结果

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整合Nacos

本地配置文件bootstrap.yml改为如下,commons-dev.yaml包含服务注册的组

spring:
  application:
    name: ecom-gateway
  profiles:
    active: dev
  cloud:
    nacos:
      # 注册中心信息放在配置中心上,每个程序一般只配置配置中心的信息
      server-addr: 192.168.50.95:8848
      config:
        server-addr: ${spring.cloud.nacos.server-addr}
        file-extension: yaml
        namespace: a2b1a5b7-d0bc-48e8-ab65-04695e61db01
        group: gateway-group
        extension-configs:
          - dataId: commons-dev.yaml
            group: commons-group
            refresh: true
        username: itsx
        password: itxs123
        enabled: true # 默认为true,设置false 来完全关闭 Spring Cloud Nacos Config
        refresh-enabled: true # 默认为true,当变更配置时,应用程序中能够获取到最新的值,设置false来关闭动态刷新,我们使用注册中心场景大部分就是动态感知,因此基本使用默认的

将路由配置也一并放在Nacos中配置ecom-gateway-dev.yaml,内容如下,uri这里使用的是库存微服务名称,lb是做负载均衡处理

server:
  port: 4090
spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
        - id: storage_route
          uri: lb://ecom-storage-service
          predicates:
            - Path=/storage-service/**
          filters:
            - StripPrefix=1

Nacos中commons-dev.yaml的关于Nacos注册中心使用配置如下,库存微服务也是使用这个,服务注册和发现都在ecom-group组

spring:
  cloud:
    nacos:
      discovery:
        server-addr: ${spring.cloud.nacos.server-addr}
        group: ecom-group
        namespace: a2b1a5b7-d0bc-48e8-ab65-04695e61db01      
        username: itsx
        password: itxs123

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启动库存微服务和网关微服务,都注册到同一个组里面

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再次访问http://localhost:4090/storage-service/deduct ,正常返回结果,到此我们已经成功整合Nacos

路由断言工厂

Route Predicate Factories为路由断言工厂,官网提供12种路由工厂,如果都没有满足你的需求,还可以自定义路由断言工厂

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我们先配置一个未来时间的after断言- After=2022-07-09T23:42:47.789-08:00[Asia/Shanghai]

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可以直接访问本机IP,返回一个错误的页面

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将after断言改为- Before=2022-07-09T23:42:47.789-08:00[Asia/Shanghai]后则可以正常访问。

  • 其他还有许多规则详细可以查阅官网,如下面,各位可以自己一一尝试
    • Between=2022-07-08T23:42:47.789-08:00[Asia/Shanghai], 2022-07-09T23:42:47.789-08:00[Asia/Shanghai]
    • Cookie=chocolate, ch.p
    • Header=X-Request-Id, \d+
    • Host=**.somehost.org,anotherhost.org
    • Method=GET,POST
    • Query=green
    • RemoteAddr=192.168.1.1/24
    • Weight=group1, 8 Weight=group1, 2
    • XForwardedRemoteAddr=192.168.1.1/24

自定义路由断言工厂

当官方提供的所有断言工厂无法满足业务需求时,还可以自定义断言工厂。添加自定义断言工厂类自定断言工厂主要注意一下几点:

  • 需要声明是Springboot的Bean,添加注解@Component,名称必须以RoutePredicateFactory结尾,这个是命名约束。如果不按照命名约束来命名,那么就会找不到该断言工厂。前缀就是配置中配置的断言。
  • 可以直接复制Gateway中已经实现的断言工厂,修改对应的内容,避免踩坑。
  • 继承父类AbstractRoutePredicateFactory,并重写方法。
  • 需要定义一个Config静态内部类,声明属性来接收 配置文件中对应的断言的信息。
  • 在重写的shortcutFieldOrder方法中,绑定Config中的属性。传入数组的内容需要与Config中的属性一致。
  • 在重写的apply方法中,实现具体验证逻辑, true就是匹配成功 false匹配失败。

新建一个库存数量的路由断言工厂QuantityRoutePredicateFactory.java,如库存在100和200之间可以访问

package cn.itxs.ecom.gateway.factory;

import org.springframework.cloud.gateway.handler.predicate.AbstractRoutePredicateFactory;
import org.springframework.stereotype.Component;
import org.springframework.util.MultiValueMap;
import org.springframework.util.StringUtils;
import org.springframework.validation.annotation.Validated;
import org.springframework.web.server.ServerWebExchange;

import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.function.Consumer;
import java.util.function.Predicate;

// 自定义路由断言工厂
@Component
public class QuantityRoutePredicateFactory extends AbstractRoutePredicateFactory<QuantityRoutePredicateFactory.Config>{


    public QuantityRoutePredicateFactory() {
        super(QuantityRoutePredicateFactory.Config.class);
    }

    // 将配置文件中的值按返回集合的顺序,赋值给配置类
    @Override
    public List<String> shortcutFieldOrder() {
        return Arrays.asList(new String[]{"minQuantity", "maxQuantity"});
    }

    @Override
    public Predicate<ServerWebExchange> apply(Consumer<Config> consumer) {
        return super.apply(consumer);
    }

    @Override
    public Predicate<ServerWebExchange> apply(Config config) {
        // 创建网关断言对象
        // 检查
        return serverWebExchange -> {
            // TODO 获取请求参数age,判断是否满足如配置的[100, 200)
            MultiValueMap<String, String> queryParams = serverWebExchange.getRequest().getQueryParams();
            String quantity = queryParams.getFirst("quantity");
            if (StringUtils.hasText(quantity) && quantity.matches("[0-9]+")) {
                int iQuantity = Integer.parseInt(quantity);
                if (iQuantity >= config.getMinQuantity() && iQuantity < config.getMaxQuantity()) {
                    return true;
                }
            }
            return false;
        };
    }


    // 配置类,属性用于接收配置文件中的值
    @Validated
    public static class Config {
        private int minQuantity;
        private int maxQuantity;

        public int getMinQuantity() {
            return minQuantity;
        }

        public void setMinQuantity(int minQuantity) {
            this.minQuantity = minQuantity;
        }

        public int getMaxQuantity() {
            return maxQuantity;
        }

        public void setMaxQuantity(int maxQuantity) {
            this.maxQuantity = maxQuantity;
        }
    }
}

Nacos网关的配置中增加自定义路由断言工厂配置Quantity

server:
  port: 4090
spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
        - id: storage_route
          uri: lb://ecom-storage-service
          predicates:
            - Path=/storage-service/**
            - Quantity=100,200
          filters:
            - StripPrefix=1

启动网关微服务,访问http://localhost:4090/storage-service/deduct?quantity=99 ,没有匹配路由策略

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而访问http://localhost:4090/storage-service/deduct?quantity=100 ,能够正确返回库存微服务接口结果

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**本人博客网站 **IT小神 www.itxiaoshen.com

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