深入Java微服务之网关系列3: SpringCloudalibaba gateway详解（史上最全）

九、服务网关：Gateway

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9.1、网关简介

大家都都知道在微服务架构中，一个系统会被拆分为很多个微服务。那么作为客户端要如何去调用这么多的微服务呢？如果没有网关的存在，我们只能在客户端记录每个微服务的地址，然后分别去调用。

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这样的架构会存在许多的问题：

  1. 客户端多次请求不同的微服务，增加客户端代码或配置编写的复杂性。
  2. 认证复杂，每个服务都需要独立认证。
  3. 存在跨域请求，在一定场景下处理相对复杂。

网关就是为了解决这些问题而生的。所谓的API网关，就是指系统的统一入口，它封装了应用程序的内部结构，为客户端提供统一服务，一些与业务本身功能无关的公共逻辑可以在这里实现，诸如认证、鉴权、监控、路由转发等等。

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9.2、常用的网关

9.2.1、Ngnix+lua

使用nginx的反向代理和负载均衡可实现对api服务器的负载均衡及高可用。

lua是一种脚本语言,可以来编写一些简单的逻辑, nginx支持lua脚本

9.2.2、Kong

基于Nginx+Lua开发，性能高，稳定，有多个可用的插件(限流、鉴权等等)可以开箱即用。

他的缺点：

  1. 只支持Http协议。
  2. 二次开发，自由扩展困难。
  3. 提供管理API，缺乏更易用的管控、配置方式。

9.2.3、Zuul

Netflix开源的网关，功能丰富，使用JAVA开发，易于二次开发。

他的缺点：

  1. 缺乏管控，无法动态配置。
  2. 依赖组件较多。
  3. 处理Http请求依赖的是Web容器，性能不如Nginx。

9.2.4、Spring Cloud Gateway

Spring公司为了替换Zuul而开发的网关服务，SpringCloud alibaba技术栈中并没有提供自己的网关，我们可以采用Spring Cloud Gateway来做网关

9.3、Gateway简介

Spring Cloud Gateway是Spring公司基于Spring 5.0，Spring Boot 2.0 和 Project Reactor 等技术开发的网关，它旨在为微服务架构提供一种简单有效的统一的 API 路由管理方式。它的目标是替代Netflix Zuul，其不仅提供统一的路由方式，并且基于 Filter 链的方式提供了网关基本的功能，例如：安全，监控和限流。

他的主要功能是：

  1. 进行转发重定向。
  2. 在开始的时候，所有类都需要做的初始化操作。
  3. 进行网络隔离。

9.4、快速入门

需求：通过浏览器访问api网关,然后通过网关将请求转发到商品微服务。

9.4.1、基础版

创建一个api-gateway 模块，并且导入下面的依赖。

<?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>
    Shop-parent
    <groupId>cn.linstudy</groupId>
    <version>1.0.0</version>
  </parent>
  <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
  api-gateway

  <properties>
    <maven.compiler.source>11</maven.compiler.source>
    <maven.compiler.target>11</maven.compiler.target>
  </properties>

  <dependencies>
    <!--gateway网关-->
    <dependency>
      <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
      spring-cloud-starter-gateway
    </dependency>
    <dependency>
      <groupId>org.projectlombok</groupId>
      lombok
    </dependency>
  </dependencies>

</project>
复制代码

编写配置文件

server:
  port: 9000 # 指定网关服务的端口
spring:
  application:
    name: api-gateway
  cloud:
    gateway:
      routes: # 路由数组[路由 就是指定当请求满足什么条件的时候转到哪个微服务]
        - id: product_route # 当前路由的标识, 要求唯一
          uri: http://localhost:8081 # 请求要转发到的地址
          order: 1 # 路由的优先级,数字越小级别越高
          predicates: # 断言(就是路由转发要满足的条件)
            - Path=/product-serv/** # 当请求路径满足Path指定的规则时,才进行路由转发
          filters: # 过滤器,请求在传递过程中可以通过过滤器对其进行一定的修改
            - StripPrefix=1 # 转发之前去掉1层路径
复制代码

测试

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9.4.2、升级版

我们发现升级版有一个很大的问题，那就是在配置文件中写死了转发路径的地址，我们需要在注册中心来获取地址。

加入nacos依赖

<?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>
    Shop-parent
    <groupId>cn.linstudy</groupId>
    <version>1.0.0</version>
  </parent>
  <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
  api-gateway

  <properties>
    <maven.compiler.source>11</maven.compiler.source>
    <maven.compiler.target>11</maven.compiler.target>
  </properties>

  <dependencies>
    <!--gateway网关-->
    <dependency>
      <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
      spring-cloud-starter-gateway
    </dependency>
    <!--nacos客户端-->
    <dependency>
      <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
      spring-cloud-starter-alibaba-nacos-discovery
    </dependency>
    <dependency>
      <groupId>org.projectlombok</groupId>
      lombok
    </dependency>
  </dependencies>

</project>
复制代码

在主类上添加注解

@SpringBootApplication
@EnableDiscoveryClient
public class GateWayServerApp {
  public static void main(String[] args) {
    SpringApplication.run(GateWayServerApp.class,args);
  }
}
复制代码

修改配置文件

server:
  port: 9000
spring:
  application:
    name: api-gateway
  cloud:
    nacos:
      discovery:
        server-addr: 127.0.0.1:8848
    gateway:
      discovery:
        locator:
          enabled: true # 让gateway可以发现nacos中的微服务
      routes:
        - id: product_route # 路由的名字
          uri: lb://product-service # lb指的是从nacos中按照名称获取微服务,并遵循负载均衡策略
          predicates:
            - Path=/product-serv/** # 符合这个规定的才进行1转发
          filters:
            - StripPrefix=1 # 将第一层去掉
复制代码

我们还可以自定义多个路由规则。

spring:
  application:
    gateway:
      routes:
        - id: product_route
          uri: lb://product-service 
          predicates:
            - Path=/product-serv/**
          filters:
            - StripPrefix=1
        - id: order_route
          uri: lb://order-service 
          predicates:
            - Path=/order-serv/**
          filters:
            - StripPrefix=1
复制代码

9.4.3、简写版

我们的配置文件无需写的1那么复杂就可以实现功能，有一个简写版。

server:
  port: 9000
spring:
  application:
    name: api-gateway
  cloud:
    nacos:
      discovery:
        server-addr: localhost:8848
    gateway:
      discovery:
        locator:
          enabled: true # 让gateway可以发现nacos中的微服务
复制代码

image-20210507201625163

我们发现，就发现只要按照网关地址/微服务名称/接口的格式去访问，就可以得到成功响应。

9.5、Gateway核心架构

9.5.1、基本概念

路由(Route) 是 gateway 中最基本的组件之一，表示一个具体的路由信息载体。主要定义了下面的几个信息：

  1. id：路由标识符，区别于其他 Route。
  2. uri：路由指向的目的地 uri，即客户端请求最终被转发到的微服务。
  3. order：用于多个 Route 之间的排序，数值越小排序越靠前，匹配优先级越高。
  4. predicate：断言的作用是进行条件判断，只有断言都返回真，才会真正的执行路由。
  5. filter：过滤器用于修改请求和响应信息。
  6. predicate：断言，用于进行条件判断，只有断言都返回真，才会真正的执行路由。

9.5.2、执行原理

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  1. 接收用户的请求，请求处理器交给处理器映射器，返回执行链。
  2. 请求处理器去调用web处理器，在web处理器里面对我们的路径1进行处理。假设1我们的路径1是：http://localhost:9000/product-serv/get?id=1 ，根据配置的路由规则，上本地找对应的服务信息：product-service对应的主机ip是192.168.10.130。
  3. 根据1ribbon的负载均衡策略去选择一个节点，然后拼接好，将路径中的product-serv替换成192.168.10.130:8081，如果你配置了filter，那么他还会走filter。
  4. 如果你没有自定义路由的话，默认Gateway会帮你把第一层去掉。网关端口从此一个/开始到第二个/开始算第一层。

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9.6、过滤器

Gateway的过滤器的作用是：是在请求的传递过程中,对请求和响应做一些手脚。

Gateway的过滤器的生命周期：

  1. PRE：这种过滤器在请求被路由之前调用。我们可利用这种过滤器实现身份验证、在集群中选择 请求的微服务、记录调试信息等。
  2. POST：这种过滤器在路由到微服务以后执行。这种过滤器可用来为响应添加标准的HTTP Header、收集统计信息和指标、将响应从微服务发送给客户端等。

Gateway 的Filter从作用范围可分为两种: GatewayFilter与GlobalFilter：

  1. GatewayFilter：应用到单个路由或者一个分组的路由上。
  2. GlobalFilter：应用到所有的路由上。

9.6.1、局部过滤器

局部过滤器是针对单个路由的过滤器。他分为内置过滤器和自定义过滤器。

9.6.1.1、内置过滤器

在SpringCloud Gateway中内置了很多不同类型的网关路由过滤器。

9.6.1.1.1、局部过滤器内容
过滤器工厂 作用 参数
AddRequestHeader 为原始请求添加Header Header的名称及值
AddRequestParameter 为原始请求添加请求参数 参数名称及值
AddResponseHeader 为原始响应添加Header Header的名称及值
DedupeResponseHeader 剔除响应头中重复的值 需要去重的Header名称及去重策略
Hystrix 为路由引入Hystrix的断路器保护 HystrixCommand 的名称
FallbackHeaders 为fallbackUri的请求头中添加具体的异常信息 Header的名称
PrefixPath 为原始请求路径添加前缀 前缀路径
PreserveHostHeader 为请求添加一个preserveHostHeader=true的属性，路由过滤器会检查该属性以决定是否要发送原始的Host 无
RequestRateLimiter 用于对请求限流，限流算法为令牌桶 keyResolver、rateLimiter、statusCode、denyEmptyKey、emptyKeyStatus
RedirectTo 将原始请求重定向到指定的URL http状态码及重定向的url
RemoveHopByHopHeadersFilter 为原始请求删除IETF组织规定的一系列Header 默认就会启用，可以通过配置指定仅删除哪些Header
RemoveRequestHeader 为原始请求删除某个Header Header名称
RemoveResponseHeader 为原始响应删除某个Header Header名称
RewritePath 重写原始的请求路径 原始路径正则表达式以及重写后路径的正则表达式
RewriteResponseHeader 重写原始响应中的某个Header Header名称，值的正则表达式，重写后的值
SaveSession 在转发请求之前，强制执行WebSession::save操作 无
secureHeaders 为原始响应添加一系列起安全作用的响应头 无，支持修改这些安全响应头的值
SetPath 修改原始的请求路径 修改后的路径
SetResponseHeader 修改原始响应中某个Header的值 Header名称，修改后的值
SetStatus 修改原始响应的状态码 HTTP 状态码，可以是数字，也可以是字符串
StripPrefix 用于截断原始请求的路径 使用数字表示要截断的路径的数量
Retry 针对不同的响应进行重试 retries、statuses、methods、series
RequestSize 设置允许接收最大请求包的大小。如果请求包大小超过设置的值，则返回 413 Payload Too Large 请求包大小，单位为字节，默认值为5M
ModifyRequestBody 在转发请求之前修改原始请求体内容 修改后的请求体内容
ModifyResponseBody 修改原始响应体的内容 修改后的响应体内容
9.6.1.1.2、局部过滤器的使用
server:
  port: 9000
spring:
  application:
    name: api-gateway
  cloud:
    nacos:
      discovery:
        server-addr: 127.0.0.1:8848
    gateway:
      discovery:
        locator:
          enabled: true # 让gateway可以发现nacos中的微服务
      routes:
        - id: product_route # 路由的名字
          uri: lb://product-service # lb指的是从nacos中按照名称获取微服务,并遵循负载均衡策略
          predicates:
            - Path=/product-serv/** # 符合这个规定的才进行1转发
          filters:
            - StripPrefix=1 # 将第一层去掉
            - SetStatus=2000 # 这里使用内置的过滤器，修改返回状态
复制代码

9.6.1.2、自定义局部过滤器

很多的时候，内置过滤器没办法满足我们的需求，这个时候就必须自定义局部过滤器。我们假定一个需求是：统计订单服务调用耗时。

编写一个类，用于实现逻辑

名称是有固定格式xxxGatewayFilterFactory

@Component
public class TimeGatewayFilterFactory extends AbstractGatewayFilterFactory<TimeGatewayFilterFactory.Config> {

  private static final String BEGIN_TIME = "beginTime";

  //构造函数
  public TimeGatewayFilterFactory() {
    super(TimeGatewayFilterFactory.Config.class);
  }

  //读取配置文件中的参数 赋值到 配置类中
  @Override
  public List<String> shortcutFieldOrder() {
    return Arrays.asList("show");
  }

  @Override
  public GatewayFilter apply(Config config) {
    return new GatewayFilter() {
      @Override
      public Mono<Void> filter(ServerWebExchange exchange, GatewayFilterChain chain) {
        if (!config.show){
          // 如果配置类中的show为false，表示放行
          return chain.filter(exchange);
        }
        exchange.getAttributes().put(BEGIN_TIME, System.currentTimeMillis());
        /**
         *  pre的逻辑
         * chain.filter().then(Mono.fromRunable(()->{
         *     post的逻辑
         * }))
         */
        return chain.filter(exchange).then(Mono.fromRunnable(()->{
          Long startTime = exchange.getAttribute(BEGIN_TIME);
          if (startTime != null) {
            System.out.println(exchange.getRequest().getURI() + "请求耗时: " + (System.currentTimeMillis() - startTime) + "ms");
          }
        }));
      }
    };
  }

  @Setter
  @Getter
  static class Config{
    private boolean show;
  }

}
复制代码

编写application.xml

server:
  port: 9000
spring:
  application:
    name: api-gateway
  cloud:
    nacos:
      discovery:
        server-addr: 127.0.0.1:8848
    gateway:
      discovery:
        locator:
          enabled: true # 让gateway可以发现nacos中的微服务
      routes:
        - id: product_route # 路由的名字
          uri: lb://product-service # lb指的是从nacos中按照名称获取微服务,并遵循负载均衡策略
          predicates:
            - Path=/product-serv/** # 符合这个规定的才进行1转发
          filters:
            - StripPrefix=1 # 将第一层去掉
        - id: order_route
          uri: lb://order-service
          predicates:
            - Path=/order-serv/**
          filters:
            - StripPrefix=1
            - Time=true
复制代码

访问路径：http://localhost:9000/order-serv/getById?o=1&pid=1

在这里插入图片描述

9.6.2、全局过滤器

全局过滤器作用于所有路由, 无需配置。通过全局过滤器可以实现对权限的统一校验，安全性验证等功能。SpringCloud Gateway内部也是通过一系列的内置全局过滤器对整个路由转发进行处理。

网关全局过滤器

开发中的鉴权逻辑：

  • 当客户端第一次请求服务时，服务端对用户进行信息认证（登录）。
  • 认证通过，将用户信息进行加密形成token，返回给客户端，作为登录凭证。
  • 以后每次请求，客户端都携带认证的token。
  • 服务端对token进行解密，判断是否有效。

image-20210507220009473

我们来模拟一个需求：实现统一鉴权的功能,我们需要在网关判断请求中是否包含token且，如果没有则不转发路由，有则执行正常逻辑。

编写全局过滤器

@Component
public class AuthGlobalFilter implements GlobalFilter {

  @Override
  public Mono<Void> filter(ServerWebExchange exchange, GatewayFilterChain chain) {
    String token = exchange.getRequest().getQueryParams().getFirst("token");
    if (StringUtils.isBlank(token)) {
      System.out.println("鉴权失败");
      exchange.getResponse().setStatusCode(HttpStatus.UNAUTHORIZED);
      return exchange.getResponse().setComplete();
    }
    return chain.filter(exchange);
  }
}
复制代码

9.6.3、网关限流

网关是所有请求的公共入口，所以可以在网关进行限流，而且限流的方式也很多，我们本次采用前面学过的Sentinel组件来实现网关的限流。Sentinel支持对SpringCloud Gateway、Zuul等主流网关进行限流。

image-20210507220048921

从1.6.0版本开始，Sentinel提供了SpringCloud Gateway的适配模块，可以提供两种资源维度的限流：

  • route维度：即在Spring配置文件中配置的路由条目，资源名为对应的routeId
  • 自定义API维度：用户可以利用Sentinel提供的API来自定义一些API分组

9.6.3.1、网关集成Sentinel

添加依赖

<dependency>
	<groupId>com.alibaba.csp</groupId>
	sentinel-spring-cloud-gateway-adapter
</dependency>
复制代码

编写配置类进行限流

配置类的本质是用代码替代nacos图形化界面限流。

@Configuration
public class GatewayConfiguration {
    private final List<ViewResolver> viewResolvers;
    private final ServerCodecConfigurer serverCodecConfigurer;

    public GatewayConfiguration(ObjectProvider<List<ViewResolver>> viewResolversProvider,
                                ServerCodecConfigurer serverCodecConfigurer) {
        this.viewResolvers = viewResolversProvider.getIfAvailable(Collections::emptyList);
        this.serverCodecConfigurer = serverCodecConfigurer;
    }
    // 配置限流的异常处理器
    @Bean
    @Order(Ordered.HIGHEST_PRECEDENCE)
    public SentinelGatewayBlockExceptionHandler sentinelGatewayBlockExceptionHandler() {
        // Register the block exception handler for Spring Cloud Gateway.
        return new SentinelGatewayBlockExceptionHandler(viewResolvers, serverCodecConfigurer);
    }
    // 初始化一个限流的过滤器
    @Bean
    @Order(Ordered.HIGHEST_PRECEDENCE)
    public GlobalFilter sentinelGatewayFilter() {
        return new SentinelGatewayFilter();
    }
    //增加对商品微服务的限流
     @PostConstruct
    private void initGatewayRules() {
        Set<GatewayFlowRule> rules = new HashSet<>();
        rules.add(new GatewayFlowRule("product_route")
                .setCount(3) // 三次
                .setIntervalSec(1) // 一秒，表示一秒钟1超过了三次就会限流
        );
        GatewayRuleManager.loadRules(rules);
    }
}
复制代码

修改限流默认返回格式

如果我们不想在限流的时候返回默认的错误，那么就需要自定义错误，指定自定义的返回格式。我们只需在类中添加一段配置即可。

@PostConstruct
public void initBlockHandlers() {
	BlockRequestHandler blockRequestHandler = new BlockRequestHandler() {
	public Mono<ServerResponse> handleRequest(ServerWebExchange serverWebExchange, Throwable throwable) {
		Map map = new HashMap<>();
		map.put("code", 0);
		map.put("message", "接口被限流了");
			return ServerResponse.status(HttpStatus.OK).
				contentType(MediaType.APPLICATION_JSON).
				body(BodyInserters.fromValue(map));
            }
};
	GatewayCallbackManager.setBlockHandler(blockRequestHandler);
}
复制代码

测试

image-20210507221350190

9.6.3.2、自定义API分组

我们可以发现，上面的这种定义，对整个服务进行了限流，粒度不够细。自定义API分组是一种更细粒度的限流规则定义，它可以实现某个方法的细粒度限流。

在Shop-order-server项目中添加ApiController

@RestController
@RequestMapping("/api")
public class ApiController {
    @RequestMapping("/hello")
    public String api1(){
        return "api";
    }
}
复制代码

在GatewayConfiguration中添加配置

@PostConstruct
private void initCustomizedApis() {
	Set<ApiDefinition> definitions = new HashSet<>();
	ApiDefinition api1 = new ApiDefinition("order_api")
                .setPredicateItems(new HashSet<ApiPredicateItem>() {{
                    add(new ApiPathPredicateItem().setPattern("/order-serv/api/**").                 setMatchStrategy(SentinelGatewayConstants.URL_MATCH_STRATEGY_PREFIX));
                }});
	definitions.add(api1);
	GatewayApiDefinitionManager.loadApiDefinitions(definitions);
}
@PostConstruct
private void initGatewayRules() {
	Set<GatewayFlowRule> rules = new HashSet<>();
	rules.add(new GatewayFlowRule("product_route")
                .setCount(3)
                .setIntervalSec(1)
	);
	rules.add(new GatewayFlowRule("order_api").
                setCount(1).
                setIntervalSec(1));
    GatewayRuleManager.loadRules(rules);
}
复制代码

测试

直接访问http://localhost:8082/api/hello 是不会发生限流的，访问http://localhost:9000/order-serv/api/hello 就会出现限流了。

作者：XiaoLin_Java
链接：https://juejin.cn/post/7001816849826447397
来源：稀土掘金
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微信公众号【程序员黄小斜】作者是前蚂蚁金服Java工程师，专注分享Java技术干货和求职成长心得，不限于BAT面试，算法、计算机基础、数据库、分布式、spring全家桶、微服务、高并发、JVM、Docker容器，ELK、大数据等。关注后回复【book】领取精选20本Java面试必备精品电子书。

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posted @ 2022-03-04 17:17  程序员黄小斜  阅读(1412)  评论(0)  编辑  收藏  举报