深入理解Zuul之源码解析
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原文首发于https://www.fangzhipeng.com/springcloud/2017/09/12/sc-zuul-raw/本文出自方志朋的博客
Zuul 架构图
在zuul中， 整个请求的过程是这样的，首先将请求给zuulservlet处理，zuulservlet中有一个zuulRunner对象，该对象中初始化了RequestContext：作为存储整个请求的一些数据，并被所有的zuulfilter共享。zuulRunner中还有 FilterProcessor，FilterProcessor作为执行所有的zuulfilter的管理器。FilterProcessor从filterloader 中获取zuulfilter，而zuulfilter是被filterFileManager所加载，并支持groovy热加载，采用了轮询的方式热加载。有了这些filter之后，zuulservelet首先执行的Pre类型的过滤器，再执行route类型的过滤器，最后执行的是post 类型的过滤器，如果在执行这些过滤器有错误的时候则会执行error类型的过滤器。执行完这些过滤器，最终将请求的结果返回给客户端。
zuul工作原理源码分析
在之前已经讲过，如何使用zuul，其中不可缺少的一个步骤就是在程序的启动类加上＠EnableZuulProxy，该EnableZuulProxy类代码如下：
@EnableCircuitBreaker
@EnableDiscoveryClient
@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Import(ZuulProxyConfiguration.class)
public @interface EnableZuulProxy {
}
其中，引用了ZuulProxyConfiguration，跟踪ZuulProxyConfiguration，该类注入了DiscoveryClient、RibbonCommandFactoryConfiguration用作负载均衡相关的。注入了一些列的filters，比如PreDecorationFilter、RibbonRoutingFilter、SimpleHostRoutingFilter，代码如如下：
@Bean
public PreDecorationFilter preDecorationFilter(RouteLocator routeLocator, ProxyRequestHelper proxyRequestHelper) {
return new PreDecorationFilter(routeLocator, this.server.getServletPrefix(), this.zuulProperties,
proxyRequestHelper);
}
// route filters
@Bean
public RibbonRoutingFilter ribbonRoutingFilter(ProxyRequestHelper helper,
RibbonCommandFactory<?> ribbonCommandFactory) {
RibbonRoutingFilter filter = new RibbonRoutingFilter(helper, ribbonCommandFactory, this.requestCustomizers);
return filter;
}
@Bean
public SimpleHostRoutingFilter simpleHostRoutingFilter(ProxyRequestHelper helper, ZuulProperties zuulProperties) {
return new SimpleHostRoutingFilter(helper, zuulProperties);
}
它的父类ZuulConfiguration ，引用了一些相关的配置。在缺失zuulServlet bean的情况下注入了ZuulServlet，该类是zuul的核心类。
@Bean
@ConditionalOnMissingBean(name = "zuulServlet")
public ServletRegistrationBean zuulServlet() {
ServletRegistrationBean servlet = new ServletRegistrationBean(new ZuulServlet(),
this.zuulProperties.getServletPattern());
// The whole point of exposing this servlet is to provide a route that doesn't
// buffer requests.
servlet.addInitParameter("buffer-requests", "false");
return servlet;
}
同时也注入了其他的过滤器，比如ServletDetectionFilter、DebugFilter、Servlet30WrapperFilter，这些过滤器都是pre类型的。
@Bean
public ServletDetectionFilter servletDetectionFilter() {
return new ServletDetectionFilter();
}
@Bean
public FormBodyWrapperFilter formBodyWrapperFilter() {
return new FormBodyWrapperFilter();
}
@Bean
public DebugFilter debugFilter() {
return new DebugFilter();
}
@Bean
public Servlet30WrapperFilter servlet30WrapperFilter() {
return new Servlet30WrapperFilter();
}
它也注入了post类型的，比如 SendResponseFilter，error类型，比如 SendErrorFilter，route类型比如SendForwardFilter，代码如下：
@Bean
public SendResponseFilter sendResponseFilter() {
return new SendResponseFilter();
}
@Bean
public SendErrorFilter sendErrorFilter() {
return new SendErrorFilter();
}
@Bean
public SendForwardFilter sendForwardFilter() {
return new SendForwardFilter();
}
初始化ZuulFilterInitializer类，将所有的filter 向FilterRegistry注册。
@Configuration
protected static class ZuulFilterConfiguration {
@Autowired
private Map<String, ZuulFilter> filters;
@Bean
public ZuulFilterInitializer zuulFilterInitializer(
CounterFactory counterFactory, TracerFactory tracerFactory) {
FilterLoader filterLoader = FilterLoader.getInstance();
FilterRegistry filterRegistry = FilterRegistry.instance();
return new ZuulFilterInitializer(this.filters, counterFactory, tracerFactory, filterLoader, filterRegistry);
}
}
而FilterRegistry管理了一个ConcurrentHashMap，用作存储过滤器的，并有一些基本的CURD过滤器的方法，代码如下：
public class FilterRegistry {
private static final FilterRegistry INSTANCE = new FilterRegistry();
public static final FilterRegistry instance() {
return INSTANCE;
}
private final ConcurrentHashMap<String, ZuulFilter> filters = new ConcurrentHashMap<String, ZuulFilter>();
private FilterRegistry() {
}
public ZuulFilter remove(String key) {
return this.filters.remove(key);
}
public ZuulFilter get(String key) {
return this.filters.get(key);
}
public void put(String key, ZuulFilter filter) {
this.filters.putIfAbsent(key, filter);
}
public int size() {
return this.filters.size();
}
public Collection<ZuulFilter> getAllFilters() {
return this.filters.values();
}
}
FilterLoader类持有FilterRegistry，FilterFileManager类持有FilterLoader，所以最终是由FilterFileManager注入 filterFilterRegistry的ConcurrentHashMap的。FilterFileManager到开启了轮询机制，定时的去加载过滤器，代码如下：
void startPoller() {
poller = new Thread("GroovyFilterFileManagerPoller") {
public void run() {
while (bRunning) {
try {
sleep(pollingIntervalSeconds * 1000);
manageFiles();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
};
poller.setDaemon(true);
poller.start();
}
Zuulservlet作为类似于Spring MVC中的DispatchServlet,起到了前端控制器的作用，所有的请求都由它接管。它的核心代码如下：
@Override
public void service(javax.servlet.ServletRequest servletRequest, javax.servlet.ServletResponse servletResponse) throws ServletException, IOException {
try {
init((HttpServletRequest) servletRequest, (HttpServletResponse) servletResponse);
// Marks this request as having passed through the "Zuul engine", as opposed to servlets
// explicitly bound in web.xml, for which requests will not have the same data attached
RequestContext context = RequestContext.getCurrentContext();
context.setZuulEngineRan();
try {
preRoute();
} catch (ZuulException e) {
error(e);
postRoute();
return;
}
try {
route();
} catch (ZuulException e) {
error(e);
postRoute();
return;
}
try {
postRoute();
} catch (ZuulException e) {
error(e);
return;
}
} catch (Throwable e) {
error(new ZuulException(e, 500, "UNHANDLED_EXCEPTION_" + e.getClass().getName()));
} finally {
RequestContext.getCurrentContext().unset();
}
}
跟踪init（），可以发现这个方法为每个请求生成了RequestContext,RequestContext继承了ConcurrentHashMap<String, Object>，在请求结束时销毁掉该RequestContext，RequestContext的生命周期为请求到zuulServlet开始处理，直到请求结束返回结果。
RequestContext类在存储了很多重要的信息，包括HttpServletRequest、HttpServletRespons、ResponseDataStream、ResponseStatusCode等。 RequestContext对象在处理请求的过程中，一直存在，所以这个对象为所有Filter共享。
从ZuulServlet的service（）方法可知，它是先处理pre()类型的处理器，然后在处理route()类型的处理器，最后再处理post类型的处理器。
首先来看一看pre()的处理过程，它会进入到ZuulRunner,该类的作用是将请求的HttpServletRequest、HttpServletRespons放在RequestContext类中，并包装了一个FilterProcessor，代码如下：
public void init(HttpServletRequest servletRequest, HttpServletResponse servletResponse) {
RequestContext ctx = RequestContext.getCurrentContext();
if (bufferRequests) {
ctx.setRequest(new HttpServletRequestWrapper(servletRequest));
} else {
ctx.setRequest(servletRequest);
}
ctx.setResponse(new HttpServletResponseWrapper(servletResponse));
}
public void preRoute() throws ZuulException {
FilterProcessor.getInstance().preRoute();
}
而FilterProcessor类为调用filters的类，比如调用pre类型所有的过滤器：
public void preRoute() throws ZuulException {
try {
runFilters("pre");
} catch (ZuulException e) {
throw e;
} catch (Throwable e) {
throw new ZuulException(e, 500, "UNCAUGHT_EXCEPTION_IN_PRE_FILTER_" + e.getClass().getName());
}
}
跟踪runFilters（）方法，可以发现，它最终调用了FilterLoader的getFiltersByType(sType)方法来获取同一类的过滤器，然后用for循环遍历所有的ZuulFilter，执行了 processZuulFilter（）方法，跟踪该方法可以发现最终是执行了ZuulFilter的方法，最终返回了该方法返回的Object对象。
public Object runFilters(String sType) throws Throwable {
if (RequestContext.getCurrentContext().debugRouting()) {
Debug.addRoutingDebug("Invoking {" + sType + "} type filters");
}
boolean bResult = false;
List<ZuulFilter> list = FilterLoader.getInstance().getFiltersByType(sType);
if (list != null) {
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
ZuulFilter zuulFilter = list.get(i);
Object result = processZuulFilter(zuulFilter);
if (result != null && result instanceof Boolean) {
bResult |= ((Boolean) result);
}
}
}
return bResult;
}
route、post类型的过滤器的执行过程和pre执行过程类似。
Zuul默认过滤器
默认的核心过滤器一览表
Zuul默认注入的过滤器，它们的执行顺序在FilterConstants类，我们可以先定位在这个类，然后再看这个类的过滤器的执行顺序以及相关的注释，可以很轻松定位到相关的过滤器，也可以直接打开
spring-cloud-netflix-core.jar的 zuul.filters包，可以看到一些列的filter，现在我以表格的形式，列出默认注入的filter.
| 过滤器 | order | 描述 | 类型 |
|---|---|---|---|
| ServletDetectionFilter | -3 | 检测请求是用 DispatcherServlet还是 ZuulServlet | pre |
| Servlet30WrapperFilter | -2 | 在Servlet 3.0 下，包装 requests | pre |
| FormBodyWrapperFilter | -1 | 解析表单数据 | pre |
| SendErrorFilter | 0 | 如果中途出现错误 | error |
| DebugFilter | 1 | 设置请求过程是否开启debug | pre |
| PreDecorationFilter | 5 | 根据uri决定调用哪一个route过滤器 | pre |
| RibbonRoutingFilter | 10 | 如果写配置的时候用ServiceId则用这个route过滤器，该过滤器可以用Ribbon 做负载均衡，用hystrix做熔断 | route |
| SimpleHostRoutingFilter | 100 | 如果写配置的时候用url则用这个route过滤 | route |
| SendForwardFilter | 500 | 用RequestDispatcher请求转发 | route |
| SendResponseFilter | 1000 | 用RequestDispatcher请求转发 | post |
过滤器的order值越小，就越先执行，并且在执行过滤器的过程中，它们共享了一个RequestContext对象，该对象的生命周期贯穿于请求，可以看出优先执行了pre类型的过滤器，并将执行后的结果放在RequestContext中，供后续的filter使用，比如在执行PreDecorationFilter的时候，决定使用哪一个route，它的结果的是放在RequestContext对象中，后续会执行所有的route的过滤器，如果不满足条件就不执行该过滤器的run方法。最终达到了就执行一个route过滤器的run()方法。
而error类型的过滤器，是在程序发生异常的时候执行的。
post类型的过滤，在默认的情况下，只注入了SendResponseFilter，该类型的过滤器是将最终的请求结果以流的形式输出给客户单。
现在来看SimpleHostRoutingFilter是如何工作?
进入到SimpleHostRoutingFilter类的方法的run()方法，核心代码如下：
@Override
public Object run() {
RequestContext context = RequestContext.getCurrentContext();
//省略代码
String uri = this.helper.buildZuulRequestURI(request);
this.helper.addIgnoredHeaders();
try {
CloseableHttpResponse response = forward(this.httpClient, verb, uri, request,
headers, params, requestEntity);
setResponse(response);
}
catch (Exception ex) {
throw new ZuulRuntimeException(ex);
}
return null;
}
查阅这个类的全部代码可知，该类创建了一个HttpClient作为请求类，并重构了url,请求到了具体的服务，得到的一个CloseableHttpResponse对象，并将CloseableHttpResponse对象的保存到RequestContext对象中。并调用了ProxyRequestHelper的setResponse方法，将请求状态码，流等信息保存在RequestContext对象中。
private void setResponse(HttpResponse response) throws IOException {
RequestContext.getCurrentContext().set("zuulResponse", response);
this.helper.setResponse(response.getStatusLine().getStatusCode(),
response.getEntity() == null ? null : response.getEntity().getContent(),
revertHeaders(response.getAllHeaders()));
}
现在来看SendResponseFilter是如何工作?
这个过滤器的order为1000,在默认且正常的情况下，是最后一个执行的过滤器，该过滤器是最终将得到的数据返回给客户端的请求。
在它的run()方法里，有两个方法：addResponseHeaders()和writeResponse()，即添加响应头和写入响应数据流。
public Object run() {
try {
addResponseHeaders();
writeResponse();
}
catch (Exception ex) {
ReflectionUtils.rethrowRuntimeException(ex);
}
return null;
}
其中writeResponse（）方法是通过从RequestContext中获取ResponseBody获或者ResponseDataStream来写入到HttpServletResponse中的，但是在默认的情况下ResponseBody为null，而ResponseDataStream在route类型过滤器中已经设置进去了。具体代码如下：
private void writeResponse() throws Exception {
RequestContext context = RequestContext.getCurrentContext();
HttpServletResponse servletResponse = context.getResponse();
//代码省略
OutputStream outStream = servletResponse.getOutputStream();
InputStream is = null;
try {
if (RequestContext.getCurrentContext().getResponseBody() != null) {
String body = RequestContext.getCurrentContext().getResponseBody();
writeResponse(
new ByteArrayInputStream(
body.getBytes(servletResponse.getCharacterEncoding())),
outStream);
return;
}
//代码省略
is = context.getResponseDataStream();
InputStream inputStream = is;
//代码省略
writeResponse(inputStream, outStream);
//代码省略
}
}
..//代码省略
}
如何在zuul上做日志处理
由于zuul作为api网关，所有的请求都经过这里，所以在网关上，可以做请求相关的日志处理。
我的需求是这样的，需要记录请求的 url,ip地址，参数，请求发生的时间，整个请求的耗时，请求的响应状态，甚至请求响应的结果等。
很显然，需要实现这样的一个功能，需要写一个ZuulFliter，它应该是在请求发送给客户端之前做处理，并且在route过滤器路由之后，在默认的情况下，这个过滤器的order应该为500-1000之间。那么如何获取这些我需要的日志信息呢？找RequestContext,在请求的生命周期里这个对象里，存储了整个请求的所有信息。
现在编码，在代码的注释中，做了详细的说明，代码如下：
@Component
public class LoggerFilter extends ZuulFilter {
@Override
public String filterType() {
return FilterConstants.POST_TYPE;
}
@Override
public int filterOrder() {
return FilterConstants.SEND_RESPONSE_FILTER_ORDER - 1;
}
@Override
public boolean shouldFilter() {
return true;
}
@Override
public Object run() {
RequestContext context = RequestContext.getCurrentContext();
HttpServletRequest request = context.getRequest();
String method = request.getMethod();//氢气的类型，post get ..
Map<String, String> params = HttpUtils.getParams(request);
String paramsStr = params.toString();//请求的参数
long statrtTime = (long) context.get("startTime");//请求的开始时间
Throwable throwable = context.getThrowable();//请求的异常，如果有的话
request.getRequestURI()；//请求的uri
HttpUtils.getIpAddress(request);//请求的iP地址
context.getResponseStatusCode();//请求的状态
long duration=System.currentTimeMillis() - statrtTime);//请求耗时
return null;
}
}
现在读者也许有疑问，如何得到的statrtTime，即请求开始的时间，其实这需要另外一个过滤器，在网络请求route之前(大部分耗时都在route这一步)，在过滤器中，在RequestContext存储一个时间即可，另写一个过滤器，代码如下：
@Component
public class AccessFilter extends ZuulFilter {
@Override
public String filterType() {
return "pre";
}
@Override
public int filterOrder() {
return 0;
}
@Override
public boolean shouldFilter() {
return true;
}
@Override
public Object run() {
RequestContext ctx = RequestContext.getCurrentContext();
ctx.set("startTime",System.currentTimeMillis());
return null;
}
}
可能还有这样的需求，我需要将响应结果，也要存储在log中，在之前已经分析了，在route结束后，将从具体服务获取的响应流存储在RequestContext中，在SendResponseFilter过滤器写入在HttpServletResponse中，最终返回给客户端。那么我只需要在SendResponseFilter写入响应流之前把响应流写入到 log日志中即可，那么会引发另外一个问题，因为响应流写入到 log后，RequestContext就没有响应流了，在SendResponseFilter就没有流输入到HttpServletResponse中，导致客户端没有任何的返回数据，那么解决的办法是这样的：
InputStream inputStream =RequestContext.getCurrentContext().getResponseDataStream();
InputStream newInputStream= copy(inputStream);
transerferTolog(inputStream);
RequestContext.getCurrentContext().setResponseDataStream(newInputStream);
从RequestContext获取到流之后，首先将流 copy一份，将流转化下字符串，存在日志中，再set到RequestContext中，
这样SendResponseFilter就可以将响应返回给客户端。这样的做法有点影响性能，如果不是字符流，可能需要做更多的处理工作。
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