一、API网关
微服务架下，服务之间容易形成网状的调用关系，这种网状的调用关系不便管理和维护，这种场景下API网关应运而生。作为后端服务的入口，API网关在微服务架构中尤其重要，在对外部系统提供API入口的要求下，API网关应具备路由转发、负载均衡、限流熔断、权限控制、轨迹追踪和实时监控等功能。
目前，很多微服务都基于的Spring Cloud生态构建。Spring Cloud生态为我们提供了两种API网关产品，分别是Netflix开源的Zuul1和Spring自己开发的Spring Cloud Gateway（下边简称为Gateway）。Spring Cloud以Finchley版本为分界线，Finchley版本发布之前使用Zuul1作为API网关，之后更推荐使用Gateway。
虽然Netflix已经在2018年5月开源了Zuul2，但是Spring Cloud已经推出了Gateway，并且在github上表示没有集成Zuul2的计划。所以从Spring Cloud发展的趋势来看，Gateway代替Zuul是必然的。
1.1 Zuul1简介
Zuul1是Netflix在2013年开源的网关组件，大规模的应用在Netflix的生产环境中，经受了实践考验。它可以与Eureka、Ribbon、Hystrix等组件配合使用，实现路由转发、负载均衡、熔断等功能。Zuul1的核心是一系列过滤器，过滤器简单易于扩展，已经有一些三方库如spring-cloud-zuul-ratelimit等提供了过滤器支持。
Zuul1基于Servlet构建，使用的是阻塞的IO，引入了线程池来处理请求。每个请求都需要独立的线程来处理，从线程池中取出一个工作线程执行，下游微服务返回响应之前这个工作线程一直是阻塞的。
1.2 Spring Cloud Gateway简介
Spring Cloud Gateway 是Spring Cloud的一个全新的API网关项目，目的是为了替换掉Zuul1。Gateway可以与Spring Cloud Discovery Client（如Eureka）、Ribbon、Hystrix等组件配合使用，实现路由转发、负载均衡、熔断等功能，并且Gateway还内置了限流过滤器，实现了限流的功能。
Gateway基于Spring 5、Spring boot 2和Reactor构建，使用Netty作为运行时环境，比较完美的支持异步非阻塞编程。Netty使用非阻塞的IO，线程处理模型建立在主从Reactors多线程模型上。其中Boss Group轮询到新连接后与Client建立连接，生成NioSocketChannel，将channel绑定到Worker；Worker Group轮询并处理Read、Write事件。
二、对比
2.0 产品对比
下边以表格形式对Zuul1和Gateway作简单对比：
| 对比项 | Zuul1.x | Gateway |
|---|---|---|
| 实现 | 基于Servlet2.x构建，使用阻塞的API。 | 基于Spring 5、Project Reactor、Spring Boot 2，使用非阻塞式的API。 |
| 长连接 | 不支持 | 支持 |
| 不适用场景 | 后端服务响应慢或者高并发场景下，因为线程数量是固定（有限）的，线程容易被耗尽，导致新请求被拒绝。 | 中小流量的项目，使用Zuul1.x更合适。 |
| 限流 | 无 | 内置限流过滤器 |
| 上手难度 | 同步编程，上手简单 | 门槛较高，上手难度中等 |
| Spring Cloud集成 | 是 | 是 |
| Sentinel集成 | 是 | 是 |
| 技术栈沉淀 | Zuul1开源近七年，经受考验，稳定成熟。 | |
| Github used by | 1007 repositories | 102 repositories |
| Github issues | 88 Open / 2736 Closed | 135 Open / 850 Closed |
注：Github used by和Github issues统计时间截止2019/8/26。
2.1 性能对比
2.1.1 低并发场景
不同的tps，同样的请求时间（50s），对两种网关产品进行压力测试，结果如下：
| tps | 测试样本Zuul1/Gateway，单位个 | 平均响应时间Zuul1/Gateway, 单位毫秒 | 99%响应时间小于Zuul1/Gateway，单位毫秒 | 错误比例Zuul1/Gateway |
|---|---|---|---|---|
| 20tps | 20977 / 20580 | 11 / 14 | 16 / 40 | 0% / 0% |
| 50tps | 42685 / 50586 | 18 / 12 | 66 / 22 | 0% / 0% |
并发较低的场景下，两种网关的表现差不多
2.1.2 高并发场景
配置同样的线程数（2000），同样的请求时间（5分钟），后端服务在不同的响应时间（休眠时间），对两种网关产品进行压力测试，结果如下：
| 休眠时间 | 测试样本Zuul1/Gateway，单位个 | 平均响应时间Zuul1/Gateway, 单位毫秒 | 99%响应时间小于Zuul1/Gateway，单位毫秒 | 错误次数Zuul1/Gateway，单位个 | 错误比例Zuul1/Gateway |
|---|---|---|---|---|---|
| 休眠100ms | 294134 / 1059321 | 2026 / 546 | 6136 / 1774 | 104 / 0 | 0.04% / 0% |
| 休眠300ms | 101194 / 399909 | 5595 / 1489 | 15056 / 1690 | 1114 / 0 | 1.10% / 0% |
| 休眠600ms | 51732 / 201262 | 11768 / 2975 | 27217 / 3203 | 2476 / 0 | 4.79% / 0% |
| 休眠1000ms | 31896 / 120956 | 19359 / 4914 | 46259 / 5115 | 3598 / 0 | 11.28% / 0% |
Zuul网关的tomcat最大线程数为400，hystrix超时时间为100000。
Gateway在高并发和后端服务响应慢的场景下比Zuul1的表现要好。
2.1.3 官方性能对比
Spring Cloud Gateway的开发者提供了benchmark项目用来对比Gateway和Zuul1的性能，官方提供的性能对比结果如下：
| 网关 | Avg Req/sec/Thread | Avg Latency |
|---|---|---|
| Spring Cloud Gateway | 3.24k | 6.61ms |
| Zuul1 | 2.09k | 12.56ms |
| none | 11.77k | 2.09ms |
测试工具为wrk，测试时间30秒，线程数为10，连接数为200。
从官方的对比结果来看，Gateway的RPS是Zuul1的1.55倍，平均延迟是Zuul1的一半。
三、总结
Zuul1的开源时间很早，Netflix、Riot、携程、拍拍贷等公司都已经在生产环境中使用，自身经受了实践考验，是生产级的API网关产品。
Gateway在2019年离开Spring Cloud孵化器，应用于生产的案例少，稳定性有待考证。
从性能方面比较，两种产品在流量小的场景下性能表现差不多；并发高的场景下Gateway性能要好很多。从开发方面比较，Zuul1编程模型简单，易于扩展；Gateway编程模型稍难，代码阅读难度要比Zuul高不少，扩展也稍复杂一些。
