为什么需要动态路由？

之前说过 Gateway 的路由配置，常用的有两种方式：

  • Fluent API
  • 配置文件

这两者之间因为配置文件的方式修改起来比较灵活，然后通过 Stream+Bus 的方式刷新路由配置，所以大家使用的比较多。

但是如果我们在网关层需要类似于 Canary Release（金丝雀发布，也称灰度发布）这样的能力的话，那么以上两种配置路由的方式就都显得太笨拙了。

矿井中的金丝雀
17 世纪，英国矿井工人发现，金丝雀对瓦斯这种气体十分敏感。空气中哪怕有极其微量的瓦斯，金丝雀也会停止歌唱；而当瓦斯含量超过一定限度时，虽然鲁钝的人类毫无察觉，金丝雀却早已毒发身亡。当时在采矿设备相对简陋的条件下，工人们每次下井都会带上一只金丝雀作为 “瓦斯检测指标”，以便在危险状况下紧急撤离。

Spring Cloud Gateway 中虽然已经提供了关于权重的断言，我们在配置文件中可以直接这样配置

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spring:
  application:
 name: cloud-gateway
 cloud:
 gateway:
 routes:
 - id: service1_prod
 uri: http://localhost:8081
 predicates:
 - Path=/test
 - Weight=service1, 90
 - id: service1_canary
 uri: http://localhost:8082
 predicates:
 - Path=/test
 - Weight=service1, 10

 

gateway 发送到kafka_数据库

以实现 Canary Release 的能力，但是每次发布都配置一遍未免太过麻烦了。

出于 “懒” 的本性，我们当然希望在发布脚本里能在运行时直接动态修改service1_prod、service1_canary的权重，这样我们就不用手动修改还提心吊胆的担心改错了。

这其实就是 “动态路由” 了。

Spring Cloud Gateway 默认动态路由实现

Spring Cloud Gateway 在去年 6 月份发布了 2.0 第一个 release 版本，其实已经自带动态路由了， 但是官方文档并没有讲如何动态配置。
不过我们翻看 Spring Cloud Gateway 源码，会发现类 org.springframework.cloud.gateway.actuate.GatewayControllerEndpoint 中提供了网关配置的 RESTful 接口，默认是没有启用的。
在配置类 org.springframework.cloud.gateway.config.GatewayAutoConfiguration 中配置了 GatewayControllerEndpoint

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@Configuration
@ConditionalOnClass(Health.class)
protected static class GatewayActuatorConfiguration {

 @Bean
 @ConditionalOnEnabledEndpoint
 public GatewayControllerEndpoint gatewayControllerEndpoint(RouteDefinitionLocator routeDefinitionLocator, List<GlobalFilter> globalFilters,
 List<GatewayFilterFactory> GatewayFilters, RouteDefinitionWriter routeDefinitionWriter,
 RouteLocator routeLocator) {
 return new GatewayControllerEndpoint(routeDefinitionLocator, globalFilters, GatewayFilters, routeDefinitionWriter, routeLocator);
 }
}

 

也就是说在存在org.springframework.boot.actuate.health.Health时启用，我们想用自带的接口就需要添加 actuator 依赖

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

 

并且还要将 actuator 的端点暴露出来

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management:
  endpoints:
 web:
 exposure:
 include: "*"

 

然后我们就能通过自带的GatewayControllerEndpoint的 RESTful API 修改运行时的路由了

gateway 发送到kafka_数据库_02

GatewayControllerEndpoint

 

此时我们已经能实现之前的目标了

gateway 发送到kafka_gateway 发送到kafka_03

JVM 级别的动态路由


但是 Gateway 自带的这套是仅仅支持了 JVM 级别的动态路由，不能序列化存储的。
默认的实现：

 

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// GatewayAutoConfiguration
@Bean
@ConditionalOnMissingBean(RouteDefinitionRepository.class)
public InMemoryRouteDefinitionRepository inMemoryRouteDefinitionRepository() {
 return new InMemoryRouteDefinitionRepository();
}

 

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// InMemoryRouteDefinitionRepository
public class InMemoryRouteDefinitionRepository implements RouteDefinitionRepository {

 private final Map<String, RouteDefinition> routes = synchronizedMap(new LinkedHashMap<String, RouteDefinition>());

 @Override
 public Mono<Void> save(Mono<RouteDefinition> route) {
 return route.flatMap( r -> {
 routes.put(r.getId(), r);
 return Mono.empty();
 });
 }

 @Override
 public Mono<Void> delete(Mono<String> routeId) {
 return routeId.flatMap(id -> {
 if (routes.containsKey(id)) {
 routes.remove(id);
 return Mono.empty();
 }
 return Mono.defer(() -> Mono.error(new NotFoundException("RouteDefinition not found: "+routeId)));
 });
 }

 @Override
 public Flux<RouteDefinition> getRouteDefinitions() {
 return Flux.fromIterable(routes.values());
 }
}

这样就导致我们的路由配置要分散存储在两个地方：Config Server 和 内存中，非常不利于管理。
另外在生产环境使用的话，Gateway 一定是一个集群，一个个去调用每个实例的 refresh 端口并不利于扩展。

Spring Cloud Gateway 路由加载过程

看了上面的源码后，是不是感觉其实我们完全可以替换掉InMemoryRouteDefinitionRepository来用 DB 或 Redis 做持久化存储，来实现持久化的动态路由。
不过在动手之前，我们还是要先看一下 Gateway 的路由加载过程，这样才更好的实现我们的需求。

gateway 发送到kafka_数据库_04

Gateway 路由加载过程

 

  1. DispatcherHandler 接管用户请求
  2. RoutePredicateHandlerMapping 路由匹配
  1. 根据 RouteLocator 获取 RouteDefinitionLocator
  2. 返回多个 RouteDefinitionLocator.getRouteDefinitions() 的路由定义信息
  1. FilteringWebHandler 执行路由定义中的 filter 最后路由到具体的业务服务中

从加载流程上可以看出，我们要扩展动态路由的话，最核心的是要从RouteDefinitionLocator上入手。

持久化的分布式动态路由组件

我们现在可以对 Gateway 做一些扩展来改善上述的问题。

扩展思路

  1. 增加一个路由管理模块
  • 参考GatewayControllerEndpoint实现
  • 路由配置全部存储在 MySQL 中（Config Server 还需要，但不再存储路由配置了）
  • 启动时将路由配置加载到 Redis 中，运行时双写
  • 提供 RESTful API 以便脚本调用
  • 前端页面可以配合 JSON Viewer 或类似插件，便于修改展示
  1. 网关模块扩展
  • 提供一个RouteDefinitionRepository，使它直接从 Redis 获取路由配置
  • 网关集群刷新路由配置，这里用 Redis Pub/Sub 来充当 MQ 来实现

gateway 发送到kafka_java_05

持久化的动态路由


注：用 Redis 一方面是为了支持 WebFlux(Reactor) 的背压（Backpressure），另一方面是为了刷新 Gateway 集群。

 

具体实现

路由管理模块

数据库的表结构

gateway 发送到kafka_gateway 发送到kafka_06

表结构

 

定义相关实体，这里参考 Gateway 源码的相关定义，涉及到三个类：

  • org.springframework.cloud.gateway.route.RouteDefinition
  • org.springframework.cloud.gateway.handler.predicate.PredicateDefinition
  • org.springframework.cloud.gateway.filter.FilterDefinition
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public class GatewayRoute {
 private String routeId;
 private String uri;
 private Integer order;
 private List<GatewayPredicateDefinition> predicates;
 private List<GatewayFilterDefinition> filters;
 
 private Long id;
 private LocalDateTime createTime;
 private LocalDateTime updateTime;
 private EntityStatus status;
}

public class GatewayPredicateDefinition {
 private String name;
 private Map<String, String> args = new LinkedHashMap<>();
}

public class GatewayFilterDefinition {
 private String name;
 private Map<String, String> args = new LinkedHashMap<>();

}

Controller 参考GatewayControllerEndpoint实现即可。因为我的实现是软删除，所以对创建 / 更新做了明确区分。
注意里边有个refresh()方法，并不是像GatewayControllerEndpoint一样发RefreshRoutesEvent，而是往 Redis publish 了一条消息。

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@Slf4j
@RestController
@RequestMapping("")
public class GatewayDynamicRouteController {


 @Autowired
 private GatewayRouteService gatewayRouteService;

 /**
 * 创建路由
 *
 * @param model
 * @return
 */
 @PostMapping("/routes")
 public Mono<ResponseEntity<Map>> create(@RequestBody Mono<GatewayRoute> model) {
 return model.flatMap(r -> {
 String routeId = r.getRouteId();
 return gatewayRouteService.findOneByRouteId(routeId)
 .defaultIfEmpty(new GatewayRoute())
 .flatMap(old -> {
 if (old.getId() != null) {
 return Mono.defer(() -> Mono.just(ResponseEntity.status(HttpStatus.FORBIDDEN).body(buildRetBody(403, "routeId " + routeId + " 已存在", null))));
 }
 log.info("[ROUTE] <biz> creating. {}", defer(() -> JsonUtils.toJSON(r)));
 return gatewayRouteService.insert(Mono.just(r))
 .flatMap(id -> {
 return Mono.just((ResponseEntity.created(URI.create("/routes/" + id))
 .body(buildRetBody(0, "success", ImmutableMap.of("id", id)))));
 });
 });
 });
 }

 /**
 * 修改路由
 *
 * @param id
 * @param model
 * @return
 */
 @PutMapping("/routes/{id}")
 public Mono<ResponseEntity<Map>> update(@PathVariable Long id, @RequestBody Mono<GatewayRoute> model) {
 return model.flatMap(r -> {
 String routeId = r.getRouteId();
 return gatewayRouteService.findOneById(id)
 .flatMap(old -> {
 if (old == null) {
 return Mono.defer(() -> Mono.just(ResponseEntity.status(HttpStatus.FORBIDDEN).body(buildRetBody(403, "routeId " + routeId + " 还未创建", null))));
 }
 log.info("[ROUTE] <biz> updating. id:{}\n before:{}\n after:{}",
 id, defer(() -> JsonUtils.toJSON(old)), defer(() -> JsonUtils.toJSON(r)));
 return gatewayRouteService.update(Mono.just(r))
 .then(Mono.defer(() -> Mono.just((ResponseEntity.ok(buildRetBody(0, "success", null))))));
 });
 });
 }

 /**
 * @param id
 * @param status 0 正常，1 删除
 * @return
 */
 @PutMapping("/routes/{id}/{status}")
 public Mono<ResponseEntity<Object>> updateStatus(@PathVariable Long id, @PathVariable Integer status) {
 EntityStatus entityStatus = EntityStatus.fromValue(status);
 if (entityStatus == null) {
 return Mono.defer(() -> Mono.just(ResponseEntity.status(HttpStatus.BAD_REQUEST).build()));
 }
 return gatewayRouteService.updateStatus(id, entityStatus)
 .then(Mono.defer(() -> Mono.just(ResponseEntity.ok().build())))
 .onErrorResume(t -> t instanceof NotFoundException, t -> Mono.just(ResponseEntity.notFound().build()));
 }

 /**
 * 获取单个路由信息
 *
 * @param id
 * @return
 */
 @GetMapping("/routes/{id}")
 public Mono<ResponseEntity<GatewayRoute>> route(@PathVariable Long id) {
 return gatewayRouteService.findOneById(id)
 .map(ResponseEntity::ok)
 .switchIfEmpty(Mono.just(ResponseEntity.notFound().build()));
 }

 /**
 * 刷新路由
 *
 * @return
 */
 @PostMapping("/routes/refresh")
 public Mono<ResponseEntity<Object>> refresh() {
 return gatewayRouteService.refresh()
 .map(aLong -> {
 if (aLong > 0) {
 return ResponseEntity.ok().build();
 } else {
 return ResponseEntity.status(HttpStatus.SERVICE_UNAVAILABLE).build();
 }
 });
 }

 private Map<String, Object> buildRetBody(int code, String msg, Object data) {
 Map<String, Object> map = new HashMap<>();
 map.put("code", code);
 map.put("message", msg);
 map.put("data", data);
 return map;
 }


}

 

网关模块

重写一个新的RouteDefinitionRepository，主要是要实现getRouteDefinitions()方法。
对于save和delete这两个方法，我是故意不处理的，因为路由的管理均在上边的路由管理模块实现了，网关模块只关注路由的获取。

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@Slf4j
@Component
public class DynamicRouteDefinitionRepository implements RouteDefinitionRepository {

 @Autowired
 private ReactiveRedisTemplate<String, String> redisTemplate;

 @Override
 public Flux<RouteDefinition> getRouteDefinitions() {
 return redisTemplate.opsForHash()
 .values(GATEWAY_ROUTES)
 .map(json -> JsonUtils.fromJson(json.toString(), RouteDefinition.class));
 }

 @Override
 public Mono<Void> save(Mono<RouteDefinition> route) {
 return Mono.empty();
 }

 @Override
 public Mono<Void> delete(Mono<String> routeId) {
 return Mono.empty();
 }
}

 

除此之外，为了配合路由管理模块实现网关集群的刷新路由配置，网关模块里还需要加一个 Redis 的配置以订阅刷新消息。

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@Slf4j
@Configuration
public class RedisConfig {

 @Bean
 ReactiveRedisMessageListenerContainer container(GatewayRouteService routeService, ReactiveRedisConnectionFactory connectionFactory) {
 ReactiveRedisMessageListenerContainer container = new ReactiveRedisMessageListenerContainer(connectionFactory);
 Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread(() -> {
 container.destroyLater().subscribe();
 }));
 container.receive(topic())
 .map(p -> p.getMessage())
 .subscribe(message -> {
 log.info("Received <{}>", message);
 routeService.publishRefreshEvent();
 });

 return container;
 }


 @Bean
 public ChannelTopic topic() {
 return new ChannelTopic("gateway-route-refresh-topic");
 }

}

 

自此也就大功告成了~

配置格式

这样的动态路由，是用 JSON 格式来配置的，如果格式不对，可是要报 500 错误的！
这里简单举个栗子：

如果我们在配置文件里要配的路由是这样

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spring:
  cloud:
 gateway:
 routes:
 - id: user-api
 uri: http://user-api:8080
 order: 0
 predicates:
 - Path=/user/**
 - Weight=user-service, 90
 filters:
 - StripPrefix=1

 

那么翻译成 JSON 格式就是要这样（其中 status 是我自己加的，可以忽略）

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{
  "routeId": "user-api",
  "uri": "http://user-api:8080",
 "order": 0,
 "predicates": [
 {
 "name": "Path",
 "args": {
 "pattern": "/user/**"
 }
 },
 {
 "name": "Weight",
 "args": {
 "weight.group": "user-service",
 "weight.weight": "90"
 }
 }
 ],
 "filters": [
 {
 "name": "StripPrefix",
 "args": {
 "parts": "1"
 }
 }
 ],
 "status": 0
}

 

至于其中predicate和filter的name字段都还好理解，即使是 yaml 格式的我们也是要写的。这个有相关的文档，目前的规则就是RoutePredicateFactory和GatewayFilterFactory这两个接口下所有的实现类去掉这两个后缀后的名字（见org.springframework.cloud.gateway.support.NameUtils）。

那么args里边的 key 的名字又是哪来的呢？
这个没有文档，翻看源码发现此处的 key 有两种配置方式：

  1. 用_genkey_0、_genkey_1…_genkey_n这种形式，比较方便但是可读性比较差，还得注意顺序。（这个的源码也在 NameUtils 里）
  2. 另一种就是像我上边例子中写的，这需要去各个RoutePredicateFactory和GatewayFilterFactory的源码找对应的命名规则。（还需要参考org.springframework.cloud.gateway.support.ShortcutConfigurable）