微服务网关解决方案调研和使用总结 专题

一.什么是网关

1.1 什么是网关

API Gateway（APIGW / API 网关），顾名思义，是出现在系统边界上的一个面向API的、串行集中式的强管控服务，这里的边界是企业IT系统的边界，可以理解为企业级应用防火墙，主要起到隔离外部访问与内部系统的作用。在微服务概念的流行之前，API网关就已经诞生了，例如银行、证券等领域常见的前置机系统，它也是解决访问认证、报文转换、访问统计等问题的。

API网关的流行，源于近几年来，移动应用与企业间互联需求的兴起。移动应用、企业互联，使得后台服务支持的对象，从以前单一的Web应用，扩展到多种使用场景，且每种使用场景对后台服务的要求都不尽相同。这不仅增加了后台服务的响应量，还增加了后台服务的复杂性。随着微服务架构概念的提出，API网关成为了微服务架构的一个标配组件。

1.2 网关应该具有的功能

如上图所示：网关该具备的最基本的四大功能:统一接入，流量管控，协议适配转发，安全防护。

网关的技术选型

SpringCloud-Zuul :

社区活跃,基于 SrpingCloud 完整生态, 是构建微服务体系前置网关服务的最佳选型.

Kong : 基于OpenResty的 API 网关服务和网关服务管理层.

自建网关服务: 如 谈谈基于 OpenResty 的接口网关设计[https://www.zybuluo.com/yishuailuo/note/844059?utm_source=tool.lu]

网关的设计要素

系统级别

高可用性
均衡负载: 容错,防止雪崩.
并发控制 : 错峰流控
动态路由制定和修改
应用级别

监控统计
版本控制
认证 鉴权
数据安全: 防篡改,参数脱敏…
协议转换: 如 HTTP => RPC协议.
其他(个人 YY)

基于机器学习, 预测流量高峰.

网关（API Gateway）技术选型

zuul
kong
nginx+lua
网关（API Gateway）的设计要素

限流：实现微服务访问流量计算，基于流量计算分析进行限流，可以定义多种限流规则。
缓存：数据缓存。
日志：日志记录。
监控：记录请求响应数据，api耗时分析，性能监控。
鉴权：权限身份认证。
灰度：线上灰度部署，可以减小风险。
路由：路由是API网关很核心的模块功能，此模块实现根据请求，锁定目标微服务并将请求进行转发。
简单介绍下你的网关实施方案

开发语言：java + groovy，groovy的好处是网关服务不需要重启就可以动态的添加filter来实现一些功能；
微服务基础框架：springboot；
网关基础组件：netflix zuul；
服务注册中心：consul；
权限校验：jwt；
API监控：prometheus + grafana；
API统一日志收集：logback + ELK；
压力测试：Jmeter；

你好，请教一下： 1.为什么网关需要数据缓存，是因为需要鉴权，所以需要缓存用户数据？还有其他数据需要缓存么？ 2.网关路由方面，只需要做路由的转发，还是需要做服务的聚合？ 谢谢
比如限流 你需要缓存一些限流的策略，主要是缓存网关功能用到的一些数据，不涉及业务数据。 路由主要是做转发

目前，我们业务代码是多语言的环境，网关则是用go写的，目前主要是做到了对于HTTP和Thrift的业务服务的转发（HTTP利用了fasthttp，Thrift用的网关启动客户端调用业务服务端的形式）过滤器是环绕的，系统统一的过滤和针对API级别的过滤。虽然用了go比较轻巧，但是目前功能还很值得完善

go语言体积小，性能高。你们这个设计方案不错，又支持多语言，对技术栈没有限制，很值得借鉴。

设计要素：
#1，高可用非常重要；
#2，网关需要支持动态修改路由规则；
#3，与服务注册中心整合，通过注册中心实现路由转发；
#4，过滤器链适配不同的路由。
以上是个人愚见

选型

所使用的网关架构必须灵活，因为我们可能需要很多与我们业务相关的定制话的东西
有平台背书，获取有足够的证据证明他是一个能抗的住我们需求的并发的性能
根据需求选择最好的方案
设计要素

结构必须灵活，方便扩展
基础的功能应该由框架提供或者抽象，比如动态路由，权限校验，限流
我的

我们使用zuul作为网关并对他进行了一定定制化的开发，因为我们使用springcloud技术栈，同时zuul基于filter来处理一切的结构也是非常灵活的，并且由netflix背书。我们在网关利用filter加入权限校验，统一访问日志记录，访问异常请求记录，聚合请求处理器等相关功能

负载均衡可以通过在之前加入一个nginx或者dns解析来做，高可用可以通过keepalived加虚拟ip与nginx结合或者直接与zuul结合来做

1.能处理一些公共的逻辑，比如获取token
2.能支持动态的修改路由规则
3.对各服务结果和异常进行统一处理后返给调用方
目前实施了几套方案，自己封装的gateway层，准备用zuul进行替代

首先是稳定且性能好，能支持海量请求，此次是安全，最后是功能完善且易于扩展。
网关智能路由，请求过滤，日志记录，流量控制，权限审查，负载均衡，实时监控，多协议支持等是一个好的网关方案应具备的。
目前公司采用zuul作为网关的，做了路由转发，权限控制，再加上自定义日志记录功能跟踪后端服务执行情况。
zuul多开，前端再加上nginx做端口转发和静态缓存，待解决高可用和偶尔超时问题。

在跟踪后端执行情况上增加了请求执行时间，后端服务地址，当前用户，请求参数，错误截取等内容，以便后续跟踪问题。
然后通过logback发给elk进行记录分析监控

网关的技术选型

1. SpringCloud-Zuul :社区活跃,基于 SrpingCloud 完整生态, 是构建微服务体系前置网关服务的最佳选型.
2. Kong : 基于OpenResty的 API 网关服务和网关服务管理层.
3. Nginx+Lua：成熟度也算可以
4. 自建网关：成本较高
网关（API Gateway）的设计要素（高可用，安全）

* 性能：API高可用，负载均衡，容错机制。
* 安全：权限身份认证、脱敏，流量清洗，后端签名（保证全链路可信调用）,黑名单（非法调用的限制）。
* 日志：日志记录（spainid,traceid）一旦涉及分布式，全链路跟踪必不可少。
* 缓存：数据缓存。
* 监控：记录请求响应数据，api耗时分析，性能监控。
* 限流：流量控制，错峰流控，目前有漏桶算法、令牌桶算法也可以定制限流规则。
* 灰度：线上灰度部署，可以减小风险。
* 路由：动态路由规则。
* 静态：代理
简单介绍下你的网关实施方案

* 微服务基础框架：springboot；
* 网关基础组件：zuul；
* 服务注册中心：consul；
* API监控：prometheus + grafana or 自建；
* API统一日志收集：时序db + ELK；
* 压力测试：Jmeter，AB，阿里压测；

网关（API Gateway）技术选型

zuul
nginx
网关（API Gateway）的设计要素

高可用
灰度
负载
限流
反向代理
简单介绍下你的网关实施方案

Spring Cloud Zuul
开发环境使用Spring cloud 技术栈 使用zuul方便
在网关上做限流 负载 限流。网关作为整个系统的入口不应该做很多事 身份认证 权限认证等都放在下面的聚合层
（Low逼的看法 大佬别喷）

首先，网关作为微服务的入口，其并发压力都在网关，当网关的并发能力无法支撑用户量的时候我们就需要部署多个网关，然后在网关的前面加一个负载均衡服务器，但是在负载均衡服务器的选择上不能简单的选择nginx，因为如果选择nginx的话，客户端连接nginx，nginx再连接网关，网关再连接后端的微服务，这样下来光是TCP连接的三次握手就比较耗时，所以我们应该在网关的前面选用支持四层负载均衡的服务器，譬如Haproxy或者lvs，使用他们的在tcp第一次握手的时候修改源IP地址和目的地址的模式，这样客户端相当于直连网关，可以做到性能最大化。

网关（API Gateway）技术选型
我们自己写了一个,利用反射技术,连接同一个zk
网关（API Gateway）的设计要素
在库里边配置相应的信息即可
group varchar(255) NOT NULL,
service varchar(255) NOT NULL,
method varchar(255) DEFAULT NULL,
parameter varchar(255) NOT NULL,
value varchar(255) NOT NULL,
is_deleted tinyint(4) NOT NULL DEFAULT ‘0’,
简单介绍下你的网关实施方案
自有的devops 部署

1.首先部署多台gateway的网关 当然都是zuul的，比如部署3台，端口分别为 90,91,92.
2.使用ngnix代理80端口，然后配置权重把请求分发到90,91,92端口的网关，api网关自己再路由

首先服务网关 = 路由转发 + 过滤器
1、路由转发：接收一切外界请求，转发到后端的微服务上去；
2、过滤器：在服务网关中可以完成一系列的横切功能，例如权限校验、限流以及监控等，这些都可以通过过滤器完成（其实路由转发也是通过过滤器实现的）。
3、增加了网关，多了一层转发（原本用户请求直接访问open-service即可），性能会下降一些（但是下降不大，通常，网关机器性能会很好，而且网关与open-service的访问通常是内网访问，速度很快）；
4、 网关的单点问题：在整个网络调用过程中，一定会有一个单点，可能是网关、nginx、dns服务器等。防止网关单点，可以在网关层前边再挂一台nginx，nginx的性能极高，基本不会挂，这样之后，网关服务就可以不断的添加机器。但是这样一个请求就转发了两次，所以最好的方式是网关单点服务部署在一台牛逼的机器上），而且nginx与zuul的性能比较其实相差不大，zuul是netflix开源的一个用来做网关的开源框架；
5、网关要尽量轻。

http://www.spring4all.com/question/62

二.目前网关解决方案

2.1 Nginx+ Lua

Nginx是由IgorSysoev为俄罗斯访问量第二的Rambler.ru站点开发的，一个高性能的HTTP和反向代理服务器。Ngnix一方面可以做反向代理，另外一方面做可以做静态资源服务器。

但是准确的来说，在我看来，这种方案不是真正意义上的网关，而且即使自研网关的目标也是干掉Ngnix。

2.2 Kong

Kong是Mashape提供的一款API管理软件，它本身是基于Ngnix+lua的，但比nginx提供了更简单的配置方式，数据采用了 ApacheCassandra/PostgreSQL存储，并且提供了一些优秀的插件，比如验证，日志，调用频次限制等。
Kong的一个非常诱人的地方就是提供了大量的插件来扩展应用，通过设置不同的插件可以为服务提供各种增强的功能。Kong默认插件插件包括：

• 身份认证：Kong提供了Basic Authentication、Key authentication、OAuth2.0authentication、HMAC authentication、JWT、LDAP authentication认证实现。
• 安全：ACL（访问控制）、CORS（跨域资源共享）、动态SSL、IP限制、爬虫检测实现。
• 流量控制：请求限流（基于请求计数限流）、上游响应限流（根据upstream响应计数限流）、请求大小限制。限流支持本地、Redis和集群限流模式。
• 分析监控：Galileo（记录请求和响应数据，实现API分析）、Datadog（记录API Metric如请求次数、请求大小、响应状态和延迟，可视化API Metric）、Runscope（记录请求和响应数据，实现API性能测试和监控）。
• 转换：请求转换、响应转换

优点:Kong本身也是基于Nginx的，所以在性能和稳定性上都没有问题。Kong作为一款商业软件，在Nginx上做了很扩展工作，而且还有很多付费的商业插件。Kong本身也有付费的企业版，其中包括技术支持、使用培训服务以及API 分析插件。

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缺点:Kong的缺点就是，如果你使用Spring Cloud，Kong如何结合目前已有的服务治理体系？

2.3 Spring Cloud Zuul

Zuul 是Netflix公司开源的一个API网关组件，Spring Cloud对其进行二次基于Spring Boot的注解式封装做到开箱即用。目前来说，结合Sring Cloud提供的服务治理体系，可以做到请求转发，根据配置的或者默认的路由规则进行路由和Load Balance，集成Hystrix。详细可以参考Spring Cloud Zuul的URL转发和路由规则。

Spring Cloud Zuul处理每个请求的方式是针对每个请求是用一个线程来处理。PS，根据统计数据目前Zuul最多能达到（1000-2000)QPS。使用过Netty的都知道，一般都会使用Boos组和work组，通常情况下，为了提高性能，所有请求会被放到处理队列中，从线程池中选取空闲线程来处理该请求。

Spring Cloud Zuul需要做一些灰度，降级，标签路由，限流，WAF封禁，需要自定义Filter去或者做一些定制化实现。详细文章可以参考在Spring Cloud中实现降级之权重路由和标签路由

虽然可以通过自定义Filter实现，我们想要的功能，但是由于Zuul本身的设计和基于单线程的接收请求和转发处理，在我看来目前来看Zuul 就显得很鸡肋，随着Zuul2一直跳票，Spring Cloud推出自己的Spring Cloud Gateway.

The API Gateway is Dead! Long Live the API Gateway!

大意:Zuul已死，Spring Cloud Gateway永生。

2.4 Spring Cloud Gateway

A Gateway built on Spring Framework 5.0 and Spring Boot 2.0 providing routing and more。

Spring Cloud Gateway是基于Spring 框架5.0版本和Spring Boot 2.0的版本构建，提供路由等功能。

Spring Cloud GateWay具有以下特征

• Java 8/Spring 5/Boot 2
• WebFlux/Reactor
• HTTP/2 and Websockets
• Finchley Release Train (Q4 2017)

由于Spring 5.0支持Netty，Http2，而Spring Boot 2.0支持Spring 5.0，因此Spring Cloud Gateway支持Netty和Http2顺理成章。至于2017年Q4季度是否发布完整的Spring Cloud Gateway我们拭目以待，但是至于最终落地看最终使用情况。

详细信息可以参考：Spring Cloud Gateway离开孵化器的变化

2.5 Kong+Zuul的网关方案

如上图所示:Kong+Zuul实现的网关方案，在加上阿里云的SLB，整个调用链路多了好几层，为什么要这么做呢？发挥Kong+Spring Cloud Zuul各自的优点形成“聚合网关”。个人不建议这样使用网关，因此自研网关中间件，显得尤其重要。

三.基于Spring Cloud Zuul构建网关

用Spring Cloud Zuul构建网关其实相当鸡肋，比如动态Filter，比如标签路由，降级，比如动态Filter，比如带管控审计流程，易操作的UI界面等。

zuul是netfix的api 网关，主要特色有：filter的PRPE(pre,route,post,error)模型、groovy的fitler机制，其中spring cloud对其有比较好的扩展，但是spring cloud对其的扩展感觉不是很完美，存在路由规则无法只能是通过配置文件来存储，而无法动态配置的目的，其中有一个人写了一个starter插件来解决路由规则配置到Cassandra的问题，详细请看：将路由规则配置到KV分布式存储系统Cassandra

3.1 定义自己的Filter机制

这里主要是做了流控及协议转化的工作，这里主要是http->grpc的转换；
LimitAccessFilter：利用redis令牌桶算法进行流控
GrpcRemoteRouteFilter：http转化为grpc的协议转换

3.2 路由数据变更基于事件通知路由规则刷新

实现动态路由有两种实现方式:
1.第一是DiscoveryClientRouteLocator的重新覆盖,推荐是，Spring Cloud整合GRPC，REST协议适配转发为内部GRPC服务时采用此种方法扩展修改。

2.第二是实现了RefreshableRouteLocator接口，能够实现动态刷新，可以参考 spring cloud Zuul动态路由

3.2.1 基于事件更新源码分析

为什么要基于事件更新，原理如下所示：
在org.springframework.cloud.netflix.zuul.ZuulConfiguration.java中228-250行

@Configuration
@EnableConfigurationProperties({ ZuulProperties.class })
@ConditionalOnClass(ZuulServlet.class)
// Make sure to get the ServerProperties from the same place as a normal web app would
@Import(ServerPropertiesAutoConfiguration.class)
public class ZuulConfiguration {
   //zuul的配置信息,对应了application.properties或yml中的配置信息
    @Autowired
    protected ZuulProperties zuulProperties;
    @Autowired
    protected ServerProperties server;
    @Autowired(required = false)
    private ErrorController errorController;
    @Bean
    public HasFeatures zuulFeature() {
        return HasFeatures.namedFeature("Zuul (Simple)", ZuulConfiguration.class);
    }
    @Bean
    @ConditionalOnMissingBean(RouteLocator.class)
    public RouteLocator routeLocator() {
       //默认配置的实现是SimpleRouteLocator.class
        return new SimpleRouteLocator(this.server.getServletPrefix(),
                this.zuulProperties);
    }
    @Bean
    public ZuulController zuulController() {
        return new ZuulController();
    }
    @Bean
    public ZuulHandlerMapping zuulHandlerMapping(RouteLocator routes) {
        ZuulHandlerMapping mapping = new ZuulHandlerMapping(routes, zuulController());
        mapping.setErrorController(this.errorController);
        return mapping;
    }
  //注册了一个路由刷新监听器，默认实现是ZuulRefreshListener.class
    @Bean
    public ApplicationListener<ApplicationEvent> zuulRefreshRoutesListener() {
        return new ZuulRefreshListener();
    }
    @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;
    }
    // pre filters
    @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();
    }
    // post filters
    @Bean
    public SendResponseFilter sendResponseFilter() {
        return new SendResponseFilter();
    }
    @Bean
    public SendErrorFilter sendErrorFilter() {
        return new SendErrorFilter();
    }
    @Bean
    public SendForwardFilter sendForwardFilter() {
        return new SendForwardFilter();
    }
    @Configuration
    protected static class ZuulFilterConfiguration {
        @Autowired
        private Map<String, ZuulFilter> filters;
        @Bean
        public ZuulFilterInitializer zuulFilterInitializer() {
            return new ZuulFilterInitializer(this.filters);
        }
    }
    private static class ZuulRefreshListener
            implements ApplicationListener<ApplicationEvent> {
        @Autowired
        private ZuulHandlerMapping zuulHandlerMapping;
        private HeartbeatMonitor heartbeatMonitor = new HeartbeatMonitor();
        @Override
        public void onApplicationEvent(ApplicationEvent event) {
            if (event instanceof ContextRefreshedEvent
                    || event instanceof RefreshScopeRefreshedEvent
                    || event instanceof RoutesRefreshedEvent) {
                this.zuulHandlerMapping.setDirty(true);
            }
            else if (event instanceof HeartbeatEvent) {
                if (this.heartbeatMonitor.update(((HeartbeatEvent) event).getValue())) {
                    this.zuulHandlerMapping.setDirty(true);
                }
            }
        }
    }
}

如上所示,当使用ApplicationEventPublisher发送的Event为ContextRefreshedEvent，RefreshScopeRefreshedEvent，RoutesRefreshedEvent才会通知Zuul去刷新路由。

3.3 基于事件更新实现方式处理方式-DiscoveryClientRouteLocator

3.3.1 处理思路

此插件针对的spring cloud zuul版本比较老，因此需要对其进行改进，将路由配置可以配置到mysql这样的关系型数据库中，详细请看Zuul的改动点。

3.3.2 对DiscoveryClientRouteLocator的重新覆盖

对DiscoveryClientRouteLocator的重新覆盖，该类的作用就是从yml或属性文件中读取路由规则；
具体参看源码org.springframework.cloud.netflix.zuul.filters.discovery.DiscoveryClientRouteLocator，主要方法如下，浅显易懂，就不做多余解释。

@Override
    protected LinkedHashMap<String, ZuulRoute> locateRoutes() {
        LinkedHashMap<String, ZuulRoute> routesMap = new LinkedHashMap<String, ZuulRoute>();
        routesMap.putAll(super.locateRoutes());
        if (this.discovery != null) {
            Map<String, ZuulRoute> staticServices = new LinkedHashMap<String, ZuulRoute>();
            for (ZuulRoute route : routesMap.values()) {
                String serviceId = route.getServiceId();
                if (serviceId == null) {
                    serviceId = route.getId();
                }
                if (serviceId != null) {
                    staticServices.put(serviceId, route);
                }
            }
            // Add routes for discovery services by default
            List<String> services = this.discovery.getServices();
            String[] ignored = this.properties.getIgnoredServices()
                    .toArray(new String[0]);
            for (String serviceId : services) {
                // Ignore specifically ignored services and those that were manually
                // configured
                String key = "/" + mapRouteToService(serviceId) + "/**";
                if (staticServices.containsKey(serviceId)
                        && staticServices.get(serviceId).getUrl() == null) {
                    // Explicitly configured with no URL, cannot be ignored
                    // all static routes are already in routesMap
                    // Update location using serviceId if location is null
                    ZuulRoute staticRoute = staticServices.get(serviceId);
                    if (!StringUtils.hasText(staticRoute.getLocation())) {
                        staticRoute.setLocation(serviceId);
                    }
                }
                if (!PatternMatchUtils.simpleMatch(ignored, serviceId)
                        && !routesMap.containsKey(key)) {
                    // Not ignored
                    routesMap.put(key, new ZuulRoute(key, serviceId));
                }
            }
        }
        if (routesMap.get(DEFAULT_ROUTE) != null) {
            ZuulRoute defaultRoute = routesMap.get(DEFAULT_ROUTE);
            // Move the defaultServiceId to the end
            routesMap.remove(DEFAULT_ROUTE);
            routesMap.put(DEFAULT_ROUTE, defaultRoute);
        }
        LinkedHashMap<String, ZuulRoute> values = new LinkedHashMap<>();
        for (Entry<String, ZuulRoute> entry : routesMap.entrySet()) {
            String path = entry.getKey();
            // Prepend with slash if not already present.
            if (!path.startsWith("/")) {
                path = "/" + path;
            }
            if (StringUtils.hasText(this.properties.getPrefix())) {
                path = this.properties.getPrefix() + path;
                if (!path.startsWith("/")) {
                    path = "/" + path;
                }
            }
            values.put(path, entry.getValue());
        }
        return values;
    }

3.3.3 生产者产生事件通知

数据变更对网关的稳定性来说，也是一个很大的挑战。当对路由信息进行CRUD操作之后，需要Spring Cloud Zuul重新刷新路由规则，实现方式通过spring的event来实现。

1.实现基于ApplicationEventPublisherAware的事件生产者的代码片段

private ApplicationEventPublisher publisher;
publisher.publishEvent(new InstanceRegisteredEvent<>(this, this.environment));

2.Spring Cloud netflix内部的事件消费者

org.springframework.cloud.netflix.zuul.RoutesRefreshedEvent

@SuppressWarnings("serial")
public class RoutesRefreshedEvent extends ApplicationEvent {
    private RouteLocator locator;
    public RoutesRefreshedEvent(RouteLocator locator) {
        super(locator);
        this.locator = locator;
    }
    public RouteLocator getLocator() {
        return this.locator;
    }
}

四.基于Spring Cloud Gateway构建网关

由于Spring Cloud Gateway未完全成熟，而且性能，稳定性等，现在无从考证，没有使用案例，基于Spring Cloud Gateway方案构建自己的网关风险比较大，而且PS不知道到年底是否成熟可用。故在这里不做过多说明。

五.基于Netty自研网关中间件

5.1 架构图

可以参考架构图如下:

5.2 设计原则

• 1.每个Filter基于责任链，只做专一的一件事
• 2.每个Filter有各自独立的数据
• 3.损耗性能的Filter顺序往后放
• 4.启动读取配置顺序，先远端，若远端失败，则读取本地。
• 5.集群网关，要注意数据的diff和灰度
• 6.尽量做到和服务治理框架解耦，易于接入，易于升级

六.参考文章

企业级API网关的设计
微服务与API 网关（上）: 为什么需要API网关？
http://blog.csdn.net/u013815546/article/details/68944039
https://segmentfault.com/a/1190000009191419

http://xujin.org/janus/gw-solution/?from=timeline