关键词:
SpringCloud微服务网关概述
1、微服务网关概述
1.1、为什么要用微服务网关?
在学习完前面的知识后,微服务架构已经初具雏形。但还有一些问题:不同的微服务一般会有不同的网络地址,客户端在访问这些微服务时必须记住几十甚至几百个地址,这对于客户端方来说太复杂也难以维护。如下图:
如果让客户端直接与各个微服务通讯,可能会有很多问题:
- 客户端会请求多个不同的服务,需要维护不同的请求地址,增加开发难度
- 在某些场景下存在跨域请求的问题
- 加大身份认证的难度,每个微服务需要独立认证
因此,我们需要一个微服务网关,介于客户端与服务器之间的中间层,所有的外部请求都会先经过微服务网关。客户端只需要与网关交互,只知道一个网关地址即可,这样简化了开发还有以下优点:
- 易于监控
- 易于认证
- 减少了客户端与各个微服务之间的交互次数
1.2、什么是微服务网关?
API网关是一个服务器,是系统对外的唯一入口。API网关封装了系统内部架构,为每一个客户端提供了一个定制的API。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接口。服务端通过API-GW注册和管理服务。
1.3、网关的作用及应用场景
网关具有的职责:
- 身份验证
- 监控
- 负载均衡(基于Ribbon)
- 缓存
- 请求分片与管理
- 静态响应处理
当然最主要的还是与外界联系。
1.4、常见的API网关实现方式
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)可以开箱即用。
- 问题:只支持HTTP协议,不易于二次开发,自由扩展困难,提供管理API,缺乏更易用的管控和配置方式。
Zuul
- Netflix开源,功能丰富,使用JAVA开发,易于二次开发;需要运行在web容器中,如Tomcat。
- 问题:缺乏管控,无法动态配置,依赖组件较多,处理HTTP请求依赖的是Web容器,性能不如Nginx。
Traefik
- Go语言开发,轻量易用,提供大多数的功能,服务路由,负载均衡等等,提供WebUI界面
- 问题:二进制文件部署,二次开发难度较大,UI更多的是监控,缺乏配置和管理能力。
SpringCloud Gateway
- SpringCloud提供的网关服务。
Nginx+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。
- 问题:自身注册的问题和网关本身的扩展性。
2、基于Nginx的网关实现
2.1、Nginx介绍
2.2、Nginx正向代理
正向代理,“它代理的是客户端,代客户端发出请求”,是一个位于客户端和原始服务器(origin server)之间的服务器,为了从原始服务器取得内容,客户端向代理发送一个请求并指定目标(原始服务器),然后代理向原始服务器转交请求并将获得的内容返回给客户端。客户端必须要进行一些特别的设置才能使用正向代理。
2.3、Nginx反向代理
多个客户端给服务器发送的请求,Nginx服务器接收到之后,按照一定的规则分发给了后端的业务处理服务器进行处理了。此时请求的来源也就是客户端是明确的,但是请求具体由哪台服务器处理并不明确,Nginx扮演的就是一个反向代理角色。客户端是无感知代理的存在的,反向代理对外都是透明的,访问者并不知道自己访问的是一个代理。因为客户端不需要任何配置就可以访问。反向代理,“它代理的是服务端,代服务端接收请求”,主要用于服务器集群分布式部署的情况下,反向代理隐藏了服务器的信息。
如果只是单纯的需要一个最基础的具备转发功能的网关,那么使用Ngnix是一个不错的选择。
2.4、准备工作
- 启动 ebuy-product 微服务,单独请求地址:http://127.0.0.1:9011/
- 启动 ebuy-order 微服务,单独请求地址: http://127.0.0.1:9013/
配置Nginx的请求转发
#ebuy-product服务代理
location /api-product
proxy_pass http://127.0.0.1:9011/;
#ebuy-order服务代理
location /api-order
proxy_pass http://127.0.0.1:9013/;
打开一个DOS窗口,切换至ngnix安装目录,输入命令start nginx
测试略!后续着重讲解Zuul和Gateway!
3、基于微服务网关Zuul的实现
3.1、Zuul简介
Zuul是Netflix开源的微服务网关,它可以和Eureka、Ribbon、Hystrix等组件配合使用,Zuul组件的核心是一系列的过滤器,这些过滤器可以完成一下功能:
- 动态路由: 动态的将请求路由分配到后端服务集群中
- 压力测试: 逐渐增加指向集群的流量,以了解性能
- 负载分配: 为每一种负载类型分配对应容量,并弃用超出限定值的请求
- 静态响应处理: 边缘位置进行响应,避免转发到内部集群
- 身份验证和安全: 识别每一个资源的验证要求,并拒绝哪些不符合的请求。SpringCloud 对Zuul进行了整合和增强
3.2、搭建Zuul网关服务器模块
(1)在ebuy-parent模块下,新建ebuy-zuul模块,并添加依赖
<!--eureka服务注册-->
<dependency>
<groupId>org.springframework.cloud</groupId>
<artifactId>spring-cloud-starter-netflix-eureka-client</artifactId>
</dependency>
<!--Zuul网关支持-->
<dependency>
<groupId>org.springframework.cloud</groupId>
<artifactId>spring-cloud-starter-netflix-zuul</artifactId>
<version>2.1.0.RELEASE</version>
</dependency>
(2)编写启动类
@SpringBootApplication
@EnableZuulProxy //开启Zuul的网关功能
@EnableDiscoveryClient
public class ZuulApplication
public static void main(String[] args)
SpringApplication.run(ZuulApplication.class,args);
(3)编写配置application.yml
server:
port: 9090 #端口
spring:
application:
name: ebuy-zuul #服务名称
eureka:
client:
service-url:
defaultZone: http://127.0.0.1:6001/eureka/,http://127.0.0.1:6002/eureka/
instance:
prefer-ip-address: true # 使用ip地址註冊
logging:
level:
cn.ebuy: DEBUG
(4)Zuul 中的路由转发
最直观的理解:“路由”是指根据请求URL,将请求分配到对应的处理程序。在微服务体系中,Zuul负责接收所有的请求。根据不同的URL匹配规则,将不同的请求转发到不同的微服务处理。
zuul:
routes:
ebuy-service-product: #这里是路由id,随意写
path: /ebuy-service-product/** #这里是映射路径
url: http://localhost:6501 #映射路径对应的实际url地址
sensitiveHeaders:
只需要在 application.yml文件中配置路由规则即可:
- ebuy-service-product :配置路由id,可以随意取名
- url :映射路径对应的实际url地址
- path :配置映射路径,这里将所有请求前缀为/product-service/的请求,转发到http://127.0.0.1:6501 处理
- sensitiveHeaders:默认zuul会屏蔽cookie,cookie不会传到下游服务,这里设置为空则取消默认的黑名单,如果设置了具体的头信息则不会传到下游服务
配置好Zuul路由之后启动服务。
注意:启动Zuul服务之前,先启动Eureka注册中心和商品服务ebuy-service-product并注册到注册中心,访问地址http://localhost:6001/
(5)访问地址http://localhost:9090/ebuy-service-product/product/738388
3.3、面向服务的路由
微服务一般是由几十、上百个服务组成,对于一个URL请求,最终会确认一个服务实例进行处理。如果对每个服务实例手动指定一个唯一访问地址,然后根据URL去手动实现请求匹配,这样做显然就不合理。
Zuul支持与Eureka整合开发,根据ServiceID自动的从注册中心中获取服务地址并转发请求,这样做的好处不仅可以通过单个端点来访问应用的所有服务,而且在添加或移除服务实例的时候不用修改Zuul的路由配置。
(1)修改application.yml文件,通过服务名获取对应的所有服务列表(集群)
ebuy-service-product:
ribbon:
ConnectTimeout: 2500 # Ribbon的连接超时时间(创建连接时间:毫秒)
ReadTimeout: 5000 # Ribbon的数据读取超时时间 (得到数据的时间)
OkToRetryOnAllOperations: true # 是否对所有操作都进行重试
MaxAutoRetriesNextServer: 1 # 切换实例的重试次数
MaxAutoRetries: 1 # 对当前实例的重试次数 (1表示不重试自己)
#配置路由规则
zuul:
routes:
ebuy-service-product: # 这里是路由id,随意写
path: /ebuy-service-product/** # 这里是映射路径
serviceId: ebuy-service-product #配置转发的微服务名称
- serviceId: 指定需要转发的微服务实例名称
因为已经有了Eureka客户端,我们可以从Eureka获取服务的地址信息,因此映射时无需指定IP地址,而通过服务名称来访问,而且Zuul已经集成了Ribbon的负载均衡功能。
(2)测试
依次启动 Eureka注册中心6001、6002
,商品微服务两台6501、6502
,Zuul API网关9090
,在浏览器上通过访问 http://localhost:9090/ebuy-service-product/product/738388
查看最终效果。
第一次访问:
第二次访问:
3.4、简化网关Zuul的路由配置
在上述的配置中,我们使用的规则:
- < route >: 是自定义的路由名id(一般会和服务名保持一致)
- path:指定映射路径
- erviceId:来指定服务名
而大多数情况下,我们的 路由名称往往和服务名会写成一样的。因此Zuul就提供了一种简化的配置语法,如下:
ebuy-service-product:
ribbon:
ConnectTimeout: 2500 # Ribbon的连接超时时间(创建连接时间:毫秒)
ReadTimeout: 5000 # Ribbon的数据读取超时时间 (得到数据的时间)
OkToRetryOnAllOperations: true # 是否对所有操作都进行重试
MaxAutoRetriesNextServer: 1 # 切换实例的重试次数
MaxAutoRetries: 1 # 对当前实例的重试次数 (1表示不重试自己)
ebuy-service-order:
ribbon:
ConnectTimeout: 2500 # Ribbon的连接超时时间(创建连接时间:毫秒)
ReadTimeout: 5000 # Ribbon的数据读取超时时间 (得到数据的时间)
OkToRetryOnAllOperations: true # 是否对所有操作都进行重试
MaxAutoRetriesNextServer: 1 # 切换实例的重试次数
MaxAutoRetries: 1 # 对当前实例的重试次数 (1表示不重试自己)
#配置网关路由()
zuul:
routes:
ebuy-service-product: /ebuy-service-product/** #商品微服务
ebuy-service-order: /euby-service-order/** #订单微服务
在使用Zuul的过程中,上面讲述的规则已经大大的简化了配置项。但是当服务较多时,配置也是比较繁琐的。因此Zuul就指定了默认的路由规则:
- 服务名:ebuy-service-product
- 映射路径:/ebuy-service-product/**
3.5、Zuul加入后的微服务架构
3.6、Zuul 中的过滤器
通过之前的学习,我们得知 Zuul它包含了两个核心功能:对请求的路由和过滤。其中路由功能负责将外部请求转发到具体的微服务实例上,是实现外部访问统一入口的基础;而过滤器功能则负责对请求的处理过程进行干预,是实现请求校验、服务聚合等功能的基础。其实,路由功能在真正运行时,它的路由映射和请求转发同样也由几个不同的过滤器完成的。所以,过滤器可以说是Zuul实现API网关功能最为核心的部件,每一个进入Zuul的HTTP请求都会经过一系列的过滤器处理链得到请求响应并返回给客户端。
那么接下来,我们重点学习的就是Zuul的第二个核心功能:过滤器。
3.7、Zuul Filter简介
Zuul 中的过滤器跟我们之前使用的 javax.servlet.Filter 不一样,javax.servlet.Filter 只有一种类型,可以通过配置 urlPatterns 来拦截对应的请求。而 Zuul 中的过滤器总共有 4 种类型,且每种类型都有对应的使用场景。
- 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。
- ROUTING:这种过滤器将请求路由到微服务。这种过滤器用于构建发送给微服务的请求,并使用Apache HttpClient或Netfilx Ribbon请求微服务。
- 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。
- ERROR:在其他阶段发生错误时执行该过滤器。
Zuul提供了自定义过滤器的功能实现起来也十分简单,只需要编写一个类去实现zuul提供的接口。
public abstract ZuulFilter implements IZuulFilter
abstract public String filterType();
abstract public int filterOrder();
boolean shouldFilter();// 来自IZuulFilter
Object run() throws ZuulException;// IZuulFilter
ZuulFilter 是过滤器的顶级父类。在这里我们看一下其中定义的4个最重要的方法
shouldFilter :返回一个 Boolean 值,判断该过滤器是否需要执行。返回true执行,返回false
不执行。
- run :过滤器的具体业务逻辑。
- filterType :返回字符串,代表过滤器的类型。包含以下4种:
- pre :请求在被路由之前执行
- routing :在路由请求时调用
- post :在routing和errror过滤器之后调用
- error :处理请求时发生错误调用
- filterOrder :通过返回的int值来定义过滤器的执行顺序,数字越小优先级越高。
3.8、Zuul过滤器生命周期
正常流程:
- 请求到达首先会经过 pre类型过滤器,而后到达routing类型,进行路由,请求就到达真正的服务提供者,执行请求,返回结果后,会到达post过滤器。而后返回响应。
异常流程:
- 整个过程中, pre或者routing过滤器出现异常,都会直接进入error过滤器,再error处理完毕后,会将请求交给POST过滤器,最后返回给用户。
- 如果是 error过滤器自己出现异常,最终也会进入POST过滤器,而后返回。
- 如果是 POST过滤器出现异常,会跳转到error过滤器,但是与pre和routing不同的时,请求
不会再到达POST过滤器了。
不同过滤器的场景:
- 请求鉴权:一般放在 pre类型,如果发现没有访问权限,直接就拦截了
- 异常处理:一般会在 error类型和post类型过滤器中结合来处理。
- 服务调用时长统计: pre和post结合使用。
3.9、Zuul网关存在的问题
在实际使用中我们会发现直接使用Zuul会存在诸多问题,包括:
性能问题:
- Zuul1x 版本本质上就是一个同步Servlet,采用多线程阻塞模型进行请求转发。简单讲,每来一个请求,Servlet容器要为该请求分配一个线程专门负责处理这个请求,直到响应返回客户端这个线程才会被释放返回容器线程池。如果后台服务调用比较耗时,那么这个线程就会被阻塞,阻塞期间线程资源被占用,不能干其它事情。我们知道Servlet容器线程池的大小是有限制的,当前端请求量大,而后台慢服务比较多时,很容易耗尽容器线程池内的线程,造成容器无法接受新的请求。
不支持任何长连接:
- 如 websocket
4、Zuul网关的替换方案GateWay
Zuul 1.x 是一个基于阻塞 IO 的 API Gateway 以及 Servlet;直到 2018 年 5 月,Zuul 2.x(基于Netty,也是非阻塞的,支持长连接)才发布,但 Spring Cloud 暂时还没有整合计划。Spring CloudGateway 比 Zuul 1.x 系列的性能和功能整体要好。
4.1、Gateway简介
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。SpringCloud 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,限流等。它是基于Nttey的响应式开发模式。
下表为Spring Cloud Gateway与Zuul的性能对比,从结果可知,Spring Cloud Gateway的RPS是Zuul的1.6倍
组件 | RPS(request per second) |
---|---|
Spring Cloud Gateway | Requests/sec: 32213.38 |
Zuul1X | Requests/sec: 20800.13 |
4.2、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。如果断言为真,则说明请求URL和配置的路由匹配。
- 断言(predicates): Java8中的断言函数,Spring Cloud Gateway中的断言函数输入类型是Spring5.0框架中的ServerWebExchange。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,比如请求头和参数等。
- 过滤器(filter): 一个标准的Spring webFilter,Spring Cloud Gateway中的Filter分为两种类型,分别是Gateway Filter和Global Filter。过滤器Filter可以对请求和响应进行处理。、
4.3、搭建gateway工程案例
(1)引入pom依赖
在ebuy-gateway引入gateway依赖,注意 SpringCloud Gateway使用的web框架为webflux,和SpringMVC不兼容
,所以不可以引入spring-boot-starter-web
依赖,否者启动会报错,引入的限流组件是hystrix。redis底层不再使用jedis,而是lettuce。
<!--gateway网关启动器-->
<dependency>
<groupId>org.springframework.cloud</groupId>
<artifactId>spring-cloud-starter-gateway</artifactId>
<version>2.1.0.RELEASE</version>
</dependency>
<!--引入eureka客户端依赖-->
<dependency>
<groupId>org.springframework.cloud</groupId>
<artifactId>spring-cloud-starter-netflix-eureka-client</artifactId>
</dependency>
(2) 配置启动类
@SpringBootApplication
public class GatewayServerApplication
public static void main(String[] args)
SpringApplication.run(GatewayServerApplication.class, args);
( 3) 编写配置文件
server:
port: 9092 #服务端口
spring:
application:
name: ebuy-gateway #指定网关服务名
cloud:
gateway:
routes:
- id: ebuy-service-product #此处的id名可以自定义
uri: http://127.0.0.1:6501 #此处指定路由地址
predicates:
- Path=/product/** #开放6501服务下的product API接口
eureka:
client:
service-url:
defaultZone: http://127.0.0.1:6001/eureka/,http://127.0.0.1:6002/eureka/
instance:
instance-id: $spring.cloud.client.ip-address:$server.port
prefer-ip-address: true #使用ip地址注册(在注册中心显示名字以ip地址显示)
lease-expiration-duration-in-seconds: 10 #eureka client发送心跳给eureka server服务端后,续约到期时间(默认为90秒)
lease-renewal-interval-in-seconds: 5 #发送心跳续约时间间隔
#打印日志
logging:
level:
com.ebuy: DEBUG
- 注意缩进!!!
- id :我们自定义的路由 ID,保持唯一
- uri :目标服务地址
- predicates :路由条件,Predicate 接受一个输入参数,返回一个布尔值结果。该接口包含多种默认方法来将 Predicate 组合成其他复杂的逻辑(比如:与,或,非)。
- filters :过滤规则,暂时未使用。
上面这段配置的意思是,配置了一个id为ebuy-service-product的路由规则,当访问网关请求地址API接口以product 开头时,会自动转发到地址:http://127.0.0.1:6501
。配置完成启动项目即可在浏览器访问进行测试,当我们访问地址 http://localhost:9092/product/738388
时会展示页面展示如下:
4.4、路由规则
Spring Cloud Gateway 的功能很强大,前面我们只是使用了 predicates 进行了简单的条件匹配,其实Spring Cloud Gataway 帮我们内置了很多 Predicates 功能。在 Spring Cloud Gateway 中 Spring 利用Predicate 的特性实现了各种路由匹配规则,有通过 Header、请求参数等不同的条件来进行作为条件匹配到对应的路由。
实例:
#路由断言之后匹配
spring:
cloud:
gateway:
routes:
- id: after_route
uri: https://xxxx.com
#路由断言之前匹配
predicates:
- After=xxxxx
#路由断言之前匹配
spring:
cloud:
gateway:
routes:
- id: before_route
uri: https://xxxxxx.com
predicates:
- Before=xxxxxxx
#路由断言之间
spring:
cloud:
gateway:
routes:
- id: between_route
uri: https://xxxx.com
predicates:
- Between=xxxx,xxxx
#路由断言Cookie匹配,此predicate匹配给定名称(chocolate)和正则表达式(ch.p)
spring:
cloud:
gateway:
routes:
- id: cookie_route
uri: https://xxxx.com
predicates:
- Cookie=chocolate, ch.p
#路由断言Header匹配,header名称匹配X-Request-Id,且正则表达式匹配\\d+
spring:
cloud:
gateway:
routes:
- id: header_route
uri: https://xxxx.com
predicates:
- Header=X-Request-Id, \\d+
#路由断言匹配Host匹配,匹配下面Host主机列表,**代表可变参数
spring:
cloud:
gateway:
routes:
- id: host_route
uri: https://xxxx.com
predicates:
- Host=**.somehost.org,**.anotherhost.org
#路由断言Method匹配,匹配的是请求的HTTP方法
spring:
cloud:
gateway:
routes:
- id: method_route
uri: https://xxxx.com
predicates:
- Method=GET
#路由断言匹配,segment为可变参数
spring:
cloud:
gateway:
routes:
- id: host_route
uri: https://xxxx.com
predicates:
- Path=/foo/segment,/bar/segment
#路由断言Query匹配,将请求的参数param(baz)进行匹配,也可以进行regexp正则表达式匹配 (参数包含foo,并且foo的值匹配ba.)
spring:
cloud:
gateway:
routes:
- id: query_route
uri: https://xxxx.com
predicates:
- Query=baz 或 Query=foo,ba.
#路由断言RemoteAddr匹配,将匹配192.168.1.1~192.168.1.254之间的ip地址,其中24为子网掩码位数即255.255.255.0
spring:
cloud:
gateway:
routes:
- id: remoteaddr_route
uri: https://example.org
predicates:
- RemoteAddr=192.168.1.1/24
4.5、动态路由
和zuul网关类似,在SpringCloud GateWay中也支持动态路由:即自动的从注册中心中获取服务列表并访问。
上述的写法过于死板了,只能针对一个服务的一个端口及API接口,做集群比较麻烦,使用服务名实现动态调用。
(1)配置动态路由修改 application.yml 配置文件,添修改访问映射的URL为服务名称
gateway:
routes:
- id: ebuy-service-product
uri: lb://ebuy-service-product #此处指定服务地址(可自动做集群)
predicates:
- Path=/ebuy-service-product/** #开放ebuy-service-product下所有端口的服务,因为从注册中心获取ip后,就是从更路径访问请求的
- uri:以 lb: //开头(lb代表从注册中心获取服务),后面接的就是你需要转发到的服务名称
重新启动网关,这个时候我们在浏览器访问 http://localhost:9092/ebuy-service-product/product/738388
,会抛出404
。这是由于路由转发规则默认转发到商品微服务( http://localhost:9092/ebuy-service-product/product/738388)路径上,而商品微服务又没有 ebuy-service-product
对应的API
映射配置,所以会报错,在不使用重写转发路径时如何解决上述问题,直接将Path后的服务名删除,从根路径开始请求服务中所有的API映射接口:
predicates:
- Path=/** #从映射到的微服务根路径开始请求
重启gateway服务,再次请求http://localhost:9092/product/738388
,成功响应:
4.6、重写转发路径
在SpringCloud Gateway中,路由转发是直接将匹配的路由path直接拼接到映射路径(URI)之后,那么在微服务开发中往往没有那么便利。这里就可以通过RewritePath机制来进行路径重写。
#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
gateway:
routes:
- id: ebuy-service-product #商品微服务
uri: lb://ebuy-service-product
predicates:
- Path=/ebuy-service-product/** #此处要加上服务名
filters:
- RewritePath=/ebuy-service-product/(?<segment>.*), /$\\segment
- id: ebuy-service-order #订单微服务
uri: lb://ebuy-service-order
predicates:
- Path=/ebuy-service-order/**
filters:
- RewritePath=/ebuy-service-order/(?<segment>.*), /$\\segment
通过 RewritePath配置重写转发的url,将/ebuy-service-product/(?.*),重写为segment,然后转发到商品微服务。比如在网页上请求 http://localhost:9092/ebuy-service-product/product/738388
( 值得注意的是在 yml文档中 $ 要写成 $\\ )
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