微服务聚合网关微服务网关原理

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jacksky 2024-03-17 10:48:18

文章标签 微服务聚合网关微服务 spring cloud spring boot 网关 文章分类 运维

（一）什么是微服务网关

后端写完所有的微服务之后，最终是要交给前端去调用。我们都知道每个微服务都有各自的端口号，如果前端直接通过IP加端口的方式去调用微服务会很麻烦。如果想对请求增加限制也会变得十分困难。这个时候微服务网关就出现了。

微服务网关又成为API网关，它是系统对外的唯一入口。APl网关封装了系统内部架构，为每个客户端提供一个定制的APl。API网关方式的核心要点是，所有的客户端和消费端都通过统一的网关接入微服务，在网关层处理所有的非业务功能。通常，网关也是提供REST/HTTP的访问API。服务端通过API-GW注册和管理服务。

听起来有些抽象，下面就做一张图给大家展示一下：前端的请求统一由微服务网关进行管理，微服务网关可以调用各个微服务，同时自身还有多种功能。

微服务聚合网关微服务网关原理_spring boot

API网关的职责有身份验证、监控、负载均衡、缓存、请求分片与管理、静态响应处理，最重要的功能是和外界联系。

常见的API网关实现方式有Zuul，traefix，Spring Cloud Gateway等等。目前主流的微服务网关是Spring Cloud Gateway。

（二）Spring Cloud Gateway网关

Spring Cloud Gateway是Spring 官方基于Spring 5.0，Spring Boot 2.0和Project Reactor 等技术开发的网关，旨在为微服务架构提供一种简单而有效的统一的API路由管理方式，统一访问接口。Spring Cloud Gateway作为Spring Cloud 生态系中的网关，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/埋点，和限流等。

2.1 核心概念：

路由（route）：路由是网关最基础的部分，路由信息由一个ID，一个目的URL，一组断言工厂和一组Filter组成。

断言（predicates）：java8中的断言函数，Spring Cloud Gateway中的断言函数允许开发者去定义匹配来自Http Request中的任何信息。当断言为真时，则匹配路由。

过滤器（filter）：对请求和响应进行过滤

下面通过实践来操作微服务网关，本项目有依赖于Nacos与Sentinel，如果不需要这部分的内容可以在配置文件中去除。

2.2 搭建环境：

1、引入工程导入依赖

创建api_gateway_server工程，在工程中的pom.xml中导入依赖，项目全局依赖如下：

<?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 https://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
    <groupId>com.javayz</groupId>
    <artifactId>nacos-discovery-spring-cloud-gateway</artifactId>
    <version>0.0.1-SNAPSHOT</version>
    <name>nacos-discovery-spring-cloud-gateway</name>
    <description>Demo project for Spring Boot</description>
    <properties>
        <java.version>1.8</java.version>
        <projec.build.sourceEncoding>UTF-8</projec.build.sourceEncoding>
        <project.reporting.outputEncoding>UTF-8</project.reporting.outputEncoding>
        <spring-boot.version>2.3.0.RELEASE</spring-boot.version>
        <spring-cloud-alibaba.version>2.2.1.RELEASE</spring-cloud-alibaba.version>
    </properties>

    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-actuator</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>

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

        <dependency>
            <groupId>com.alibaba.csp</groupId>
            <artifactId>sentinel-spring-cloud-gateway-adapter</artifactId>
            <version>1.7.2</version>
        </dependency>
    </dependencies>

    <!--当前项目继承的依赖-->
    <dependencyManagement>
        <dependencies>
            <dependency>
                <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
                <artifactId>spring-cloud-alibaba-dependencies</artifactId>
                <version>${spring-cloud-alibaba.version}</version>
                <type>pom</type>
                <scope>import</scope>
            </dependency>

            <dependency>
                <groupId>org.springframework.boot</groupId>
                <artifactId>spring-boot-dependencies</artifactId>
                <version>${spring-boot.version}</version>
                <type>pom</type>
                <scope>import</scope>
            </dependency>

            <dependency>
                <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
                <artifactId>spring-cloud-dependencies</artifactId>
                <version>Hoxton.SR3</version>
                <type>pom</type>
                <scope>import</scope>
            </dependency>

        </dependencies>
    </dependencyManagement>

    <build>
        <plugins>
            <plugin>
                <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
                <artifactId>maven-compiler-plugin</artifactId>
                <configuration>
                    <source>1.8</source>
                    <target>1.8</target>
                    <encoding>UTF-8</encoding>
                </configuration>
            </plugin>
            <plugin>
                <groupId>org.springframework.boot</groupId>
                <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
            </plugin>
        </plugins>
    </build>

</project>

2、配置启动类

创建GatewayApplication类

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

3、编写配置文件

这里对配置文件的编写使用.yml格式的配置文件，在resource文件夹下创建applicaiion.yml。这里需要注意的是gateway下routes的配置，首先用id自定义网关；接着定义uri，意思是当访问的是9090端口（即访问的是网关时），就自动把ip和端口号变成该uri；最后写断言predicates，这里的Path=/index/**指得是自动匹配/index/**的路径。当请求地址为http://localhost:9090/index/1时，微服务网关会去访问http://nacos-discovery-consumer/index/1,这就是微服务网关调用微服务的功能。

server:
  port: 9090
spring:
  application:
    name: nacos-discovery-spring-cloud-gateway
  cloud:
    gateway:
      discovery:
        locator:
          enabled: true  #启用discoveryClient网关集成,实现服务发现
      routes:
        - id: route1
          uri: lb://nacos-discovery-consumer  #lb://表示负载均衡
          predicates:  #判断条件
            - Path=/test,/index/**

（三）路由配置详解

路由断言中有许多匹配规则，之前只介绍了Path，其实还有许多匹配规则

predicates:
    #匹配一个时间，在这个时间之后发生的请求才能访问（格式是ZonedDateTime）
    - After=2021-03-14T11:31:08.377+08:00[Asia/Shanghai] 
    #匹配一个时间，在这个时间之前发生的请求才能访问（ZonedDateTime）
    - Before=2021-03-14T11:31:08.377+08:00[Asia/Shanghai]
    #匹配两个时间，在这个时间之间才能访问
    - Between=2021-03-14T11:31:08.377+08:00[Asia/Shanghai],2021-03-14T12:31:08.377+08:00[Asia/Shanghai] #路由断言之间
    #路由断言Cookie匹配，匹配给定名称（如master）或者正则表达式，如下面配置，请求的cookie中必须有token=master才能访问
    - Cookie=token,master
    #根据请求头信息匹配，使用方式和cookie类似
    - Header=XXX,XXX
    #根据host地址匹配
    - Host=**.somehost.org   
    #根据请求方法匹配
    - Method=GET  
    #根据请求路径进行匹配 
    - Path=***   
    #根据参数匹配，如果配置为token，则所有的请求必须要带上token=XXX
   - Query=token
   #根据远程IP匹配
   - RemoteAddr=192.168.1.1/24    
   #权重,第一个参数是组名，第二个参数是权重，两个route下配置不同权重，会根据权重负载访问
   - Weight=group1,8

定义请求路径时，我们还可以据微服务名称拉取请求路径，下面是两种不同方法定义uri，实现同样的功能。

uri: http://127.0.0.1:9001  #当访问9090端口时，自动把ip和端口替换为此uri
uri: lb://userservice #根据微服务名称拉取请求路径

总体的配置：

server:
  port: 9090
spring:
  application:
    name: nacos-discovery-spring-cloud-gateway
  cloud:
    gateway:
      discovery:
        locator:
          enabled: true  #启用discoveryClient网关集成,实现服务发现
      routes:
        - id: route1
          uri: lb://nacos-discovery-consumer  #lb://表示负载均衡
          predicates:  #判断条件
            - Path=/test,/index/**,/**

    nacos:
      discovery:
        server-addr: 192.168.78.128:8848
      username: nacos
      password: nacos

    sentinel:
      eager: true
      transport:
        dashboard: localhost:8080

3.1 自定义断言配置

自定义断言的实现分为两步，假设我们现在要实现一个自定义的过滤器，规则是必须携带一个token，并且token要等于指定的值。

1、定义配置类：这里包含在配置文件要传入的对象值

@Data
public class TokenConfig {
    private String token;
}

2、定义路由断言工厂：首先是命名必须是XXXRoutePredicateFactory，继承 AbstractRoutePredicateFactory

@Slf4j
@Component
public class TokenRoutePredicateFactory extends AbstractRoutePredicateFactory<TokenConfig> {
    public TokenRoutePredicateFactory(){
        super(TokenConfig.class);
    }
    //用来把配置中的值变成一个集合
    @Override
    public List<String> shortcutFieldOrder() {
        return Collections.singletonList("token");
    }
    //通过jdk1.8的断言接口来返回true或者false，如果是true表示过滤器不拦截
    @Override
    public Predicate<ServerWebExchange> apply(TokenConfig config) {
        return exchange ->{
            //获取request请求参数
            MultiValueMap<String,String> valueMap=exchange.getRequest().getQueryParams();
            boolean flag=false;
            List<String> list=new ArrayList<>();
            //将request请求的value保存到集合里
            valueMap.forEach((k,v)->{
                list.addAll(v);
            });
            //判断有没有和配置文件中相同的值
            for (String s:list){
                log.info("Token"+s);
                if (StringUtils.equalsIgnoreCase(s,config.getToken())){
                    flag=true;
                    break;
                }
            }
            return flag;
        };
    }
}

最后在断言处写上我们自定义的内容:

predicates:  #判断条件
  - Path=/test,/index/**,/**
  - Token=javayz

只有链接是http://localhost:9090/sentinel/test1?token=javayz带上token=javayz的请求才能访问。

3.2 断言不匹配404页面自定义

SpringCloudGateway默认给出的404页面是

微服务聚合网关微服务网关原理_微服务_02

这样的页面实在不友好，我们可以通过自定义的方式让他返回一个JSON字符串

新建一个类叫做MyErrorWebExceptionHandler：

public class MyErrorWebExceptionHandler extends DefaultErrorWebExceptionHandler {

    public MyErrorWebExceptionHandler(ErrorAttributes errorAttributes, ResourceProperties resourceProperties, ErrorProperties errorProperties, ApplicationContext applicationContext) {
        super(errorAttributes, resourceProperties, errorProperties, applicationContext);
    }

    /**
     * 指定响应处理方法为JSON处理
     * @param errorAttributes
     * @return
     */
    @Override
    protected RouterFunction<ServerResponse> getRoutingFunction(ErrorAttributes errorAttributes) {
        return RouterFunctions.route(RequestPredicates.all(),this::renderErrorResponse);
    }


    /**
     * 根据code获取对应的HttpStatus
     * @param errorAttributes
     * @return
     */
    @Override
    protected int getHttpStatus(Map<String, Object> errorAttributes) {
        return (int) errorAttributes.get("status");
    }

    /**
     * 构建异常信息
     * @param request
     * @param ex
     * @return
     */
    private String buildMessage(ServerRequest request,Throwable ex){
        StringBuilder builder = new StringBuilder("Failed to handle request:");
        builder.append(request.methodName());
        builder.append(" ");
        builder.append(request.uri());
        if (ex!=null){
            builder.append(ex.getMessage());
        }
        return builder.toString();
    }

    /**
     * 返回的json数据
     * @param status
     * @param errorMsg
     * @param data
     * @return
     */
    public static Map<String,Object> response(int status,String errorMsg,Object data){
        Map<String,Object> map=new HashMap<>();
        map.put("code",status);
        map.put("message",errorMsg);
        map.put("data",data);
        return map;
    }
}

再编写一个配置类，将自定义的异常页面代码注入到Bean容器中：

@Configuration
public class GatewayConfiguration {
    private final ServerProperties serverProperties;
    private final ApplicationContext applicationContext;
    private final ResourceProperties resourceProperties;
    private final List<ViewResolver> viewResolvers;
    private final ServerCodecConfigurer serverCodecConfigurer;

    public GatewayConfiguration(ServerProperties serverProperties, ApplicationContext applicationContext, ResourceProperties resourceProperties, ObjectProvider<List<ViewResolver>> viewResolversProvider, ServerCodecConfigurer serverCodecConfigurer) {
        this.serverProperties = serverProperties;
        this.applicationContext = applicationContext;
        this.resourceProperties = resourceProperties;
        this.viewResolvers = viewResolversProvider.getIfAvailable(Collections::emptyList);
        this.serverCodecConfigurer = serverCodecConfigurer;
    }

    @Bean("myErrorWebExceptionHandler")
    @Order(Ordered.HIGHEST_PRECEDENCE)
    public ErrorWebExceptionHandler myErrorWebExceptionHandler(ErrorAttributes errorAttributes){
        MyErrorWebExceptionHandler exceptionHandler=new MyErrorWebExceptionHandler(
                errorAttributes,
                this.resourceProperties,
                this.serverProperties.getError(),
                this.applicationContext
        );
        exceptionHandler.setViewResolvers(this.viewResolvers);
        exceptionHandler.setMessageWriters(this.serverCodecConfigurer.getWriters());
        exceptionHandler.setMessageReaders(this.serverCodecConfigurer.getReaders());
        return exceptionHandler;
    }
}

最后访问到404就会以JSON的格式返回，方便调用方做处理。

微服务聚合网关微服务网关原理_spring boot_03

(四）Spring Cloud Gateway过滤器

Spring Cloud Gateway除了具有请求路由功能之外，也支持对请求的过滤。

生命周期：

过滤器有两种生命周期，PRE和POST：

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。

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。

过滤器类型：

GatewayFilter：应用到单个路由或者一个分组的路由上

GlobalFilter：应用到所有的路由上

局部过滤器可以使用Spring Cloud Gateway内置的方法，在官网中（https://docs.spring.io/spring-cloud-gateway/docs/current/reference/html/#gatewayfilter-factories）可以看到，SpringCloudGateway支持31种过滤器

微服务聚合网关微服务网关原理_spring boot_04

官方过滤器：

这里简单介绍几个：

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: add_request_header_route
        uri: https://example.org
        filters:
        - AddRequestHeader=X-Request-red, blue

添加AddRequestHeader过滤器后，每次请求转发给微服务后都会在header种增加一个X-Request-red。

- AddRequestParameter=red, blue

添加Request参数，每次请求转发给微服务后都会增加一个请求参数。

自定义全局过滤器：
创建一个Filter包，在包下新建GatewayFilter类，自定义全局过滤器需要继承GlobalFilter, Ordered接口，并重写接口的两个方法

@Component
public class GatewayFilter implements GlobalFilter, Ordered {
    //在里面写过滤器的逻辑
    @Override
    public Mono<Void> filter(ServerWebExchange exchange, GatewayFilterChain chain) {
        System.out.println("进入了过滤器");
        //表示继续向下执行
        return chain.filter(exchange);
    }
    //过滤器的优先级，数值越小，优先级越高
    @Override
    public int getOrder() {
        return 0;
    }
}

通过访问可以看到控制台上出现了打印的信息。

模拟用户认证过程：

全局过滤器可以实现对全局的用户验证。修改gatewayFilter，编写失败的逻辑，如果获取到的request请求中第一个属性不是access-token或为空，则返回HttpStatus.UNAUTHORIZED的报错

@Component
public class GatewayFilter implements GlobalFilter, Ordered {
    //在里面写过滤器的逻辑
    @Override
    public Mono<Void> filter(ServerWebExchange exchange, GatewayFilterChain chain) {
        System.out.println("进入了过滤器");
        String token = exchange.getRequest().getQueryParams().getFirst("access-token");
        if (token==null){
            //如果不存在，认证失败
            System.out.println("没有登陆");
            exchange.getResponse().setStatusCode(HttpStatus.UNAUTHORIZED);
            return exchange.getResponse().setComplete();
        }
        return chain.filter(exchange);
    }
    //过滤器的优先级，数值越小，优先级越高
    @Override
    public int getOrder() {
        return 0;
    }
}

在浏览器中输入：http://localhost:9090/sentinel/test1，出现报错，因为没有access-token

在浏览器中输入：http://localhost:9090/sentinel/test1?access-token=1，获取正确结果。

(五) 网关限流

在实际环境中会遇到这样的问题，同一时间会有许多请求去调用微服务，大量请求的进入很有可能导致微服务被破环，因此限流就变得很重要。

5.1 常见的一些限流算法：

计数器算法：设定一个单位时间内的计数值，如果单位时间内访问的请求大于这个设定的值，则之后的请求都拒绝。直到单位时间内的值低于这个值才继续接收。

漏桶算法：我们可以把漏桶算法想象成一个漏斗。请求进来时先到漏斗中，然后按设定好的输出速率分配到微服务上。当一下子有很多请求进来时，只能在漏斗上等着。为了控制流量，需要设置两个变量：一个是桶的大小，另一个是漏斗流出的速率。

令牌桶算法：令牌桶算法是对漏桶算法的一种改进，相比于漏桶算法，令牌桶算法能允许一定程度的突发调用。令牌桶算法的原理：在令牌桶算法中，存在一个桶，用来存放固定数量的令牌，令牌会以一定速率放到桶中，桶中的令牌满了之后就不会再放令牌。当一个请求来临时，要先在令牌桶中拿到一个令牌，才能去调用微服务，当令牌桶中没有令牌的时候，后来到的请求就需要等待。令牌桶算法除了可以限流，还允许一定程度的突发调用：比如一个令牌桶的容量是100，在没有请求的时候，令牌桶中的令牌数量是满的。此时如果突然来了100个请求，那么这100个请求都能被立刻执行。

5.2 集成Sentinel进行限流

添加依赖

<dependency>
    <groupId>com.alibaba.csp</groupId>
    <artifactId>sentinel-spring-cloud-gateway-adapter</artifactId>
    <version>1.7.2</version>
</dependency>

添加Sentinel配置：

spring:
  cloud:
    sentinel:
      eager: true
      transport:
        dashboard: localhost:8080

将Sentinel过滤器注入到Bean容器中

@Bean
@Order(-1)
public GlobalFilter sentinelGatewayFilter(){
    return new SentinelGatewayFilter();
}

这样就可以用Sentinel的方式对网关进行限流了。

对于限流后的错误提示，我们可以修改默认错误提示方式，改成自定义或者跳转到错误页面：

@Configuration
public class GatewayConfiguration {
    private final ServerProperties serverProperties;
    private final ApplicationContext applicationContext;
    private final ResourceProperties resourceProperties;
    private final List<ViewResolver> viewResolvers;
    private final ServerCodecConfigurer serverCodecConfigurer;

    public GatewayConfiguration(ServerProperties serverProperties, ApplicationContext applicationContext, ResourceProperties resourceProperties, ObjectProvider<List<ViewResolver>> viewResolversProvider, ServerCodecConfigurer serverCodecConfigurer) {
        this.serverProperties = serverProperties;
        this.applicationContext = applicationContext;
        this.resourceProperties = resourceProperties;
        this.viewResolvers = viewResolversProvider.getIfAvailable(Collections::emptyList);
        this.serverCodecConfigurer = serverCodecConfigurer;
    }

    //自定义一个错误处理
    @Bean(name = "myBlockRequestHandler")
    public BlockRequestHandler myBlockRequestHandler(){
        BlockRequestHandler blockRequestHandler=new BlockRequestHandler() {
            @Override
            public Mono<ServerResponse> handleRequest(ServerWebExchange serverWebExchange, Throwable throwable) {
                return ServerResponse.status(HttpStatus.BAD_GATEWAY)
                        .contentType(MediaType.APPLICATION_JSON)
                        .body(BodyInserters.fromValue("服务被限流了"));
            }
        };
        return blockRequestHandler;
    }

    //用自定义的handler替换掉默认的，或者重定向
    @Bean
    @Order(Ordered.HIGHEST_PRECEDENCE)
    public SentinelGatewayBlockExceptionHandler sentinelGatewayBlockExceptionHandler(BlockRequestHandler myBlockRequestHandler){
        //自定义Block处理
        GatewayCallbackManager.setBlockHandler(myBlockRequestHandler);

        //重定向block处理
        //GatewayCallbackManager.setBlockHandler(new RedirectBlockRequestHandler("http://www.baidu.com"));
        return new SentinelGatewayBlockExceptionHandler(viewResolvers,serverCodecConfigurer);
    }

    @Bean
    @Order(-1)
    public GlobalFilter sentinelGatewayFilter(){
        return new SentinelGatewayFilter();
    }
}

5.3 网关实现跨域

这个和SpringBoot中解决跨域的思路类似，配置CorsConfig

@Configuration
public class CorsConfig {

    @Bean
    public CorsWebFilter corsWebFilter(){
        CorsConfiguration configuration=new CorsConfiguration();
        configuration.addAllowedHeader("*");
        configuration.addAllowedMethod("*");
        configuration.addAllowedOrigin("*");

        UrlBasedCorsConfigurationSource source=new UrlBasedCorsConfigurationSource(new PathPatternParser());
        source.registerCorsConfiguration("/*",configuration);
        return new CorsWebFilter(source);
    }
}

（六）总结

本章内容比较多，但是把SpringCloudGateway基本会遇到的内容都讲解了一遍，希望对你有帮助。

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