億級流量網(wǎng)關(guān)設(shè)計思路

本文準備圍繞七個點來講網(wǎng)關(guān),分別是網(wǎng)關(guān)的基本概念、網(wǎng)關(guān)設(shè)計思路、網(wǎng)關(guān)設(shè)計重點、流量網(wǎng)關(guān)、業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)、常見網(wǎng)關(guān)對比,對基礎(chǔ)概念熟悉的朋友可以根據(jù)目錄查看自己感興趣的部分。

什么是網(wǎng)關(guān)

網(wǎng)關(guān),很多地方將網(wǎng)關(guān)比如成門, 沒什么問題, 但是需要區(qū)分網(wǎng)關(guān)與網(wǎng)橋的區(qū)別,

網(wǎng)橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層，在不同或相同類型的LAN之間存儲并轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀，必要時進行鏈路層上的協(xié)議轉(zhuǎn)換?？蛇B接兩個或多個網(wǎng)絡(luò)，在其中傳送信息包。

網(wǎng)關(guān)是一個大概念，不具體特指一類產(chǎn)品，只要連接兩個不同的網(wǎng)絡(luò)都可以叫網(wǎng)關(guān),網(wǎng)橋一般只轉(zhuǎn)發(fā)信息,而網(wǎng)關(guān)可能進行包裝。

網(wǎng)關(guān)通俗理解

根據(jù)網(wǎng)關(guān)的特性,舉個例子:

假如你要去找集團老板(這兒只是舉個例子), 大家都知道老板肯定不是誰想見就能見的, 也怕壞人嘛, 那么你去老板所在的辦公樓,假如是集團總部, 大樓這個門就充當(dāng)了網(wǎng)關(guān)的角色, 大門一般都有看門員 ,看門員會做哪些事情呢?

首先所有想見老板的人肯定都得從這個門進(統(tǒng)一入口), 這個門相當(dāng)于將辦公室和外界隔離了,主要為了保護里面的安全以及正常工作, 來到這個門之后, 門衛(wèi)肯定會讓你出示相關(guān)證件(鑒權(quán)檢驗), 意思就是判斷你要見老板這個請求是否合理, 如果不合理直接就拒絕了, 讓你回家等消息 , 如果鑒權(quán)之后, 發(fā)現(xiàn)你找老板其實只是為了和他談?wù)剝稍甑纳? 門衛(wèi)會跟你說這個用不著找老板, 你去集團投資部就行了(動態(tài)路由, 將請求路由到不同的后端集群中), 此時會對你進行一些包裝,例如給你出具一個訪問證類似的,然后告訴你路該怎么走,等等。

你看看,網(wǎng)關(guān)的作用是不是就是這三個, 最終目的就是減少你與集團的耦合,具體到計算機上就是減少客戶端與服務(wù)端的耦合,如果沒有網(wǎng)關(guān)意味著所有請求都會直接調(diào)用服務(wù)器上的資源,這樣耦合太強了,服務(wù)器出了問題,客戶端會直接報錯, 例如老板換工作的地方了,如果沒有網(wǎng)關(guān)你直接去原來的地方找, 肯定會被告知老板不在這兒。

為什么需要網(wǎng)關(guān)

當(dāng)使用單體應(yīng)用程序架構(gòu)時，客戶端（Web 或移動端）通過向后端應(yīng)用程序發(fā)起一次 REST 調(diào)用來獲取數(shù)據(jù)。負載均衡器將請求路由給 N 個相同的應(yīng)用程序?qū)嵗械囊粋€。然后應(yīng)用程序會查詢各種數(shù)據(jù)庫表，并將響應(yīng)返回給客戶端。微服務(wù)架構(gòu)下，單體應(yīng)用被切割成多個微服務(wù)，如果將所有的微服務(wù)直接對外暴露，勢必會出現(xiàn)安全方面的各種問題,另外內(nèi)外耦合嚴重。

客戶端可以直接向每個微服務(wù)發(fā)送請求，其問題主要如下：

• 客戶端需求和每個微服務(wù)暴露的細粒度 API 不匹配。

• 部分服務(wù)使用的協(xié)議不是Web友好協(xié)議?？赡苁褂?Thrift 二進制 RPC，也可能使用 AMQP 消息傳遞協(xié)議。

• 微服務(wù)難以重構(gòu)。如果合并兩個服務(wù)，或者將一個服務(wù)拆分成兩個或更多服務(wù)，這類重構(gòu)就非常困難了。

服務(wù)端的各個服務(wù)直接暴露給客戶端調(diào)用勢必會引起各種問題。同時，服務(wù)端的各個服務(wù)可擴展和伸縮性很差。API 網(wǎng)關(guān)是微服務(wù)架構(gòu)中的基礎(chǔ)組件，位于接入層之下和業(yè)務(wù)服務(wù)層之上，如前所述的這些功能適合在 API 網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)。

網(wǎng)關(guān)與服務(wù)器集群

回到我們服務(wù)器上,下面圖介紹了網(wǎng)關(guān)(Gateway)作用,可知 Gateway 方式下的架構(gòu)，可以細到為每一個服務(wù)的實例配置一個自己的 Gateway，也可以粗到為一組服務(wù)配置一個，甚至可以粗到為整個架構(gòu)配置一個接入的 Gateway。于是，整個系統(tǒng)架構(gòu)的復(fù)雜度就會變得簡單可控起來。

這張圖展示了一個多層 Gateway 架構(gòu)，其中有一個總的 Gateway 接入所有的流量(流量網(wǎng)關(guān))，并分發(fā)給不同的子系統(tǒng)，還有第二級 Gateway 用于做各個子系統(tǒng)的接入 Gateway(業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān))?？梢钥吹?，網(wǎng)關(guān)所管理的服務(wù)粒度可粗可細。通過網(wǎng)關(guān)，我們可以把分布式架構(gòu)組織成一個星型架構(gòu)，由網(wǎng)絡(luò)對服務(wù)的請求進行路由和分發(fā)。下面來聊聊好的網(wǎng)關(guān)應(yīng)該具備哪些功能,也就是網(wǎng)關(guān)設(shè)計模式。

網(wǎng)關(guān)設(shè)計思路

一個網(wǎng)關(guān)需要有以下的功能:

請求路由

網(wǎng)關(guān)一定要有請求路由的功能。這樣一來，對于調(diào)用端來說，也是一件非常方便的事情。因為調(diào)用端不需要知道自己需要用到的其它服務(wù)的地址，全部統(tǒng)一地交給 Gateway 來處理。

服務(wù)注冊

為了能夠代理后面的服務(wù)，并把請求路由到正確的位置上，網(wǎng)關(guān)應(yīng)該有服務(wù)注冊功能，也就是后端的服務(wù)實例可以把其提供服務(wù)的地址注冊、取消注冊。一般來說，注冊也就是注冊一些 API 接口。比如，HTTP 的 Restful 請求，可以注冊相應(yīng) API 的 URI、方法、HTTP 頭。這樣，Gateway 就可以根據(jù)接收到的請求中的信息來決定路由到哪一個后端的服務(wù)上。

負載均衡

因為一個網(wǎng)關(guān)可以接收多個服務(wù)實例，所以網(wǎng)關(guān)還需要在各個對等的服務(wù)實例上做負載均衡策略。簡單點就是直接 Round-Robin 輪詢，復(fù)雜點的可以設(shè)置上權(quán)重進行分發(fā)，再復(fù)雜一點還可以做到 session 粘連。

彈力設(shè)計

網(wǎng)關(guān)還可以把彈力設(shè)計中的那些異步、重試、冪等、流控、熔斷、監(jiān)視等都可以實現(xiàn)進去。這樣，同樣可以像 Service Mesh 那樣，讓應(yīng)用服務(wù)只關(guān)心自己的業(yè)務(wù)邏輯（或是說數(shù)據(jù)面上的事）而不是控制邏輯（控制面）。

安全方面

SSL 加密及證書管理、Session 驗證、授權(quán)、數(shù)據(jù)校驗，以及對請求源進行惡意攻擊的防范。錯誤處理越靠前的位置就是越好，所以，網(wǎng)關(guān)可以做到一個全站的接入組件來對后端的服務(wù)進行保護。當(dāng)然，網(wǎng)關(guān)還可以做更多更有趣的事情，比如：灰度發(fā)布、API聚合、API編排。

灰度發(fā)布

網(wǎng)關(guān)完全可以做到對相同服務(wù)不同版本的實例進行導(dǎo)流，還可以收集相關(guān)的數(shù)據(jù)。這樣對于軟件質(zhì)量的提升，甚至產(chǎn)品試錯都有非常積極的意義。

API 聚合

使用網(wǎng)關(guān)可以將多個單獨請求聚合成一個請求。在微服務(wù)體系的架構(gòu)中，因為服務(wù)變小了，所以一個明顯的問題是，客戶端可能需要多次請求才能得到所有的數(shù)據(jù)。這樣一來，客戶端與后端之間的頻繁通信會對應(yīng)用程序的性能和規(guī)模產(chǎn)生非常不利的影響。于是，我們可以讓網(wǎng)關(guān)來幫客戶端請求多個后端的服務(wù)（有些場景下完全可以并發(fā)請求），然后把后端服務(wù)的響應(yīng)結(jié)果拼裝起來，回傳給客戶端（當(dāng)然，這個過程也可以做成異步的，但這需要客戶端的配合）。

API 編排

同樣在微服務(wù)的架構(gòu)下，要走完一個完整的業(yè)務(wù)流程，我們需要調(diào)用一系列 API，就像一種工作流一樣，這個事完全可以通過網(wǎng)頁來編排這個業(yè)務(wù)流程。我們可能通過一個 DSL 來定義和編排不同的 API，也可以通過像 AWS Lambda 服務(wù)那樣的方式來串聯(lián)不同的 API。

網(wǎng)關(guān)設(shè)計重點

網(wǎng)關(guān)設(shè)計重點主要是三個, 高性能、高可用、高擴展:

高性能

在技術(shù)設(shè)計上，網(wǎng)關(guān)不應(yīng)該也不能成為性能的瓶頸。對于高性能，最好使用高性能的編程語言來實現(xiàn)，如 C、C++、Go 和 Java。網(wǎng)關(guān)對后端的請求，以及對前端的請求的服務(wù)一定要使用異步非阻塞的 I/O 來確保后端延遲不會導(dǎo)致應(yīng)用程序中出現(xiàn)性能問題。C 和 C++ 可以參看 Linux 下的 epoll 和 Windows 的 I/O Completion Port 的異步 IO 模型，Java 下如 Netty、Spring Reactor 的 NIO 框架。

高可用

因為所有的流量或調(diào)用經(jīng)過網(wǎng)關(guān)，所以網(wǎng)關(guān)必須成為一個高可用的技術(shù)組件，它的穩(wěn)定直接關(guān)系到了所有服務(wù)的穩(wěn)定。網(wǎng)關(guān)如果沒有設(shè)計，就會成變一個單點故障。因此，一個好的網(wǎng)關(guān)至少要做到以下幾點。

• 集群化。網(wǎng)關(guān)要成為一個集群，其最好可以自己組成一個集群，并可以自己同步集群數(shù)據(jù)，而不需要依賴于一個第三方系統(tǒng)來同步數(shù)據(jù)。

• 服務(wù)化。網(wǎng)關(guān)還需要做到在不間斷的情況下修改配置，一種是像 Nginx reload 配置那樣，可以做到不停服務(wù)，另一種是最好做到服務(wù)化。也就是說，得要有自己的 Admin API 來在運行時修改自己的配置。

• 持續(xù)化。比如重啟，就是像 Nginx 那樣優(yōu)雅地重啟。有一個主管請求分發(fā)的主進程。當(dāng)我們需要重啟時，新的請求被分配到新的進程中，而老的進程處理完正在處理的請求后就退出。

高擴展

因為網(wǎng)關(guān)需要承接所有的業(yè)務(wù)流量和請求，所以一定會有或多或少的業(yè)務(wù)邏輯。而我們都知道，業(yè)務(wù)邏輯是多變和不確定的。比如，需要在網(wǎng)關(guān)上加入一些和業(yè)務(wù)相關(guān)的東西。因此，一個好的 Gateway 還需要是可以擴展的，并能進行二次開發(fā)的。當(dāng)然，像 Nginx 那樣通過 Module 進行二次開發(fā)的固然可以。

另外，在運維方面，網(wǎng)關(guān)應(yīng)該有以下幾個設(shè)計原則。

• 業(yè)務(wù)松耦合，協(xié)議緊耦合。在業(yè)務(wù)設(shè)計上，網(wǎng)關(guān)不應(yīng)與后面的服務(wù)之間形成服務(wù)耦合，也不應(yīng)該有業(yè)務(wù)邏輯。網(wǎng)關(guān)應(yīng)該是在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層上的組件，不應(yīng)該處理通訊協(xié)議體，只應(yīng)該解析和處理通訊協(xié)議頭。另外，除了服務(wù)發(fā)現(xiàn)外，網(wǎng)關(guān)不應(yīng)該有第三方服務(wù)的依賴。

• 應(yīng)用監(jiān)視，提供分析數(shù)據(jù)。網(wǎng)關(guān)上需要考慮應(yīng)用性能的監(jiān)控，除了有相應(yīng)后端服務(wù)的高可用的統(tǒng)計之外，還需要使用 Tracing ID 實施分布式鏈路跟蹤，并統(tǒng)計好一定時間內(nèi)每個 API 的吞吐量、響應(yīng)時間和返回碼，以便啟動彈力設(shè)計中的相應(yīng)策略。

• 用彈力設(shè)計保護后端服務(wù)。網(wǎng)關(guān)上一定要實現(xiàn)熔斷、限流、重試和超時等彈力設(shè)計。如果一個或多個服務(wù)調(diào)用花費的時間過長，那么可接受超時并返回一部分數(shù)據(jù)，或是返回一個網(wǎng)關(guān)里的緩存的上一次成功請求的數(shù)據(jù)。你可以考慮一下這樣的設(shè)計。

• DevOps。因為網(wǎng)關(guān)這個組件太關(guān)鍵了，所以需要 DevOps 這樣的東西，將其發(fā)生故障的概率降到最低。這個軟件需要經(jīng)過精良的測試，包括功能和性能的測試，還有浸泡測試。還需要有一系列自動化運維的管控工具。

網(wǎng)關(guān)設(shè)計注意事項

1. 不要在網(wǎng)關(guān)中的代碼里內(nèi)置聚合后端服務(wù)的功能，而應(yīng)考慮將聚合服務(wù)放在網(wǎng)關(guān)核心代碼之外?？梢允褂?Plugin 的方式，也可以放在網(wǎng)關(guān)后面形成一個 Serverless 服務(wù)。

2. 網(wǎng)關(guān)應(yīng)該靠近后端服務(wù)，并和后端服務(wù)使用同一個內(nèi)網(wǎng)，這樣可以保證網(wǎng)關(guān)和后端服務(wù)調(diào)用的低延遲，并可以減少很多網(wǎng)絡(luò)上的問題。這里多說一句，網(wǎng)關(guān)處理的靜態(tài)內(nèi)容應(yīng)該靠近用戶（應(yīng)該放到 CDN 上），而網(wǎng)關(guān)和此時的動態(tài)服務(wù)應(yīng)該靠近后端服務(wù)。

3. 網(wǎng)關(guān)也需要做容量擴展，所以需要成為一個集群來分擔(dān)前端帶來的流量。這一點，要么通過 DNS 輪詢的方式實現(xiàn)，要么通過 CDN 來做流量調(diào)度，或者通過更為底層的性能更高的負載均衡設(shè)備。

4. 對于服務(wù)發(fā)現(xiàn)，可以做一個時間不長的緩存，這樣不需要每次請求都去查一下相關(guān)的服務(wù)所在的地方。當(dāng)然，如果你的系統(tǒng)不復(fù)雜，可以考慮把服務(wù)發(fā)現(xiàn)的功能直接集成進網(wǎng)關(guān)中。

5. 為網(wǎng)關(guān)考慮 bulkhead 設(shè)計方式。用不同的網(wǎng)關(guān)服務(wù)不同的后端服務(wù)，或是用不同的網(wǎng)關(guān)服務(wù)前端不同的客戶。

另外，因為網(wǎng)關(guān)是為用戶請求和后端服務(wù)的橋接裝置，所以需要考慮一些安全方面的事宜。具體如下：

1. 加密數(shù)據(jù)?？梢园?SSL 相關(guān)的證書放到網(wǎng)關(guān)上，由網(wǎng)關(guān)做統(tǒng)一的 SSL 傳輸管理。

2. 校驗用戶的請求。一些基本的用戶驗證可以放在網(wǎng)關(guān)上來做，比如用戶是否已登錄，用戶請求中的 token 是否合法等。但是，我們需要權(quán)衡一下，網(wǎng)關(guān)是否需要校驗用戶的輸入。因為這樣一來，網(wǎng)關(guān)就需要從只關(guān)心協(xié)議頭，到需要關(guān)心協(xié)議體。而協(xié)議體中的東西一方面不像協(xié)議頭是標準的，另一方面解析協(xié)議體還要耗費大量的運行時間，從而降低網(wǎng)關(guān)的性能。對此，我想說的是，看具體需求，一方面如果協(xié)議體是標準的，那么可以干；另一方面，對于解析協(xié)議所帶來的性能問題，需要做相應(yīng)的隔離。

3. 檢測異常訪問。網(wǎng)關(guān)需要檢測一些異常訪問，比如，在一段比較短的時間內(nèi)請求次數(shù)超過一定數(shù)值；還比如，同一客戶端的 4xx 請求出錯率太高……對于這樣的一些請求訪問，網(wǎng)關(guān)一方面要把這樣的請求屏蔽掉，另一方面需要發(fā)出警告，有可能會是一些比較重大的安全問題，如被黑客攻擊。

流量網(wǎng)關(guān)

流量網(wǎng)關(guān),顧名思義就是控制流量進入集群的網(wǎng)關(guān),有很多工作需要在這一步做,對于一個服務(wù)集群,勢必有很多非法的請求或者無效的請求,這時候要將請求拒之門外,降低集群的流量壓力。

定義全局性的、跟具體的后端業(yè)務(wù)應(yīng)用和服務(wù)完全無關(guān)的策略網(wǎng)關(guān)就是上圖所示的架構(gòu)模型——流量網(wǎng)關(guān)。流量網(wǎng)關(guān)通常只專注于全局的Api管理策略，比如全局流量監(jiān)控、日志記錄、全局限流、黑白名單控制、接入請求到業(yè)務(wù)系統(tǒng)的負載均衡等，有點類似防火墻。Kong 就是典型的流量網(wǎng)關(guān)。

下面是kong的架構(gòu)圖,來自官網(wǎng):

這里需要補充一點的是，業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)一般部署在流量網(wǎng)關(guān)之后、業(yè)務(wù)系統(tǒng)之前，比流量網(wǎng)關(guān)更靠近業(yè)務(wù)系統(tǒng)。通常API網(wǎng)指的是業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)。有時候我們也會模糊流量網(wǎng)關(guān)和業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)，讓一個網(wǎng)關(guān)承擔(dān)所有的工作,所以這兩者之間并沒有嚴格的界線。

業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)

當(dāng)一個單體應(yīng)用被拆分成許許多多的微服務(wù)應(yīng)用后，也帶來了一些問題。一些與業(yè)務(wù)非強相關(guān)的功能，比如權(quán)限控制、日志輸出、數(shù)據(jù)加密、熔斷限流等，每個微服務(wù)應(yīng)用都需要，因此存在著大量重復(fù)的代碼實現(xiàn)。而且由于系統(tǒng)的迭代、人員的更替，各個微服務(wù)中這些功能的實現(xiàn)細節(jié)出現(xiàn)了較大的差異，導(dǎo)致維護成本變高。另一方面，原先單體應(yīng)用下非常容易做的接口管理，在服務(wù)拆分后沒有了一個集中管理的地方，無法統(tǒng)計已存在哪些接口、接口定義是什么、運行狀態(tài)如何。

網(wǎng)關(guān)就是為了解決上述問題。作為微服務(wù)體系中的核心基礎(chǔ)設(shè)施，一般需要具備接口管理、協(xié)議適配、熔斷限流、安全防護等功能，各種開源的網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品（比如 zuul）都提供了優(yōu)秀高可擴展性的架構(gòu)、可以很方便的實現(xiàn)我們需要的一些功能、比如鑒權(quán)、日志監(jiān)控、熔斷限流等。

與流量網(wǎng)關(guān)相對應(yīng)的就是業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān),業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)更靠近我們的業(yè)務(wù),也就是與服務(wù)器應(yīng)用層打交道,那么有很多應(yīng)用層需要考慮的事情就可以依托業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān),例如在線程模型、協(xié)議適配、熔斷限流，服務(wù)編排等。下面看看業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)體系結(jié)構(gòu):

圖片來自:業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)的落地實踐

從這個圖中可以看出業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)主要職責(zé)以及所做的事情, 目前業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)比較成熟的 API 網(wǎng)關(guān)框架產(chǎn)品有三個 分別是:Zuul1、Zuul2 和 SpringCloud Gateway, 后面再進行對比。

常見網(wǎng)關(guān)對比

既然對比,就先宏觀上對各種網(wǎng)關(guān)有一個了解,后面再挑一些常用的或者說應(yīng)用廣泛的詳細了解。

目前常見的開源網(wǎng)關(guān)大致上按照語言分類有如下幾類：

• Nginx+lua：OpenResty、Kong、Orange、Abtesting gateway 等

• Java：Zuul/Zuul2、Spring Cloud Gateway、Kaazing KWG、gravitee、Dromara soul 等

• Go：Janus、fagongzi、Grpc-gateway

• Dotnet：Ocelot

• NodeJS：Express Gateway、Micro Gateway

按照使用數(shù)量、成熟度等來劃分，主流的有 4 個：

• OpenResty

• Kong

• Zuul/Zuul2

• Spring Cloud Gateway

OpenResty

相關(guān)連接: 官網(wǎng)、B站、Github

OpenResty是一個流量網(wǎng)關(guān),根據(jù)前面對流量網(wǎng)關(guān)的介紹就可以知道流量網(wǎng)關(guān)的職責(zé)。

OpenResty基于 Nginx 與 Lua 的高性能 Web 平臺，其內(nèi)部集成了大量精良的 Lua 庫、第三方模塊以及大多數(shù)的依賴項。用于方便地搭建能夠處理超高并發(fā)、擴展性極高的動態(tài) Web 應(yīng)用、Web 服務(wù)和動態(tài)網(wǎng)關(guān)。

通過揉和眾多設(shè)計良好的 Nginx 模塊，OpenResty 有效地把 Nginx 服務(wù)器轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€強大的 Web 應(yīng)用服務(wù)器，基于它開發(fā)人員可以使用 Lua 編程語言對 Nginx 核心以及現(xiàn)有的各種 Nginx C 模塊進行腳本編程，構(gòu)建出可以處理一萬以上并發(fā)請求的極端高性能的 Web 應(yīng)用

OpenResty 最早是順應(yīng) OpenAPI 的潮流做的，所以 Open 取自“開放”之意，而Resty便是 REST 風(fēng)格的意思。雖然后來也可以基于 ngx_openresty 實現(xiàn)任何形式的 web service 或者傳統(tǒng)的 web 應(yīng)用。

也就是說 Nginx 不再是一個簡單的靜態(tài)網(wǎng)頁服務(wù)器，也不再是一個簡單的反向代理了。第二代的 openresty 致力于通過一系列 nginx 模塊，把nginx擴展為全功能的 web 應(yīng)用服務(wù)器。

ngx_openresty 是用戶驅(qū)動的項目，后來也有不少國內(nèi)用戶的參與，從 openresty.org 的點擊量分布上看，國內(nèi)和國外的點擊量基本持平。

ngx_openresty 目前有兩大應(yīng)用目標：

1. 通用目的的 web 應(yīng)用服務(wù)器。在這個目標下，現(xiàn)有的 web 應(yīng)用技術(shù)都可以算是和 OpenResty 或多或少有些類似，比如 Nodejs, PHP 等等。ngx_openresty 的性能（包括內(nèi)存使用和 CPU 效率）算是最大的賣點之一。

2. Nginx 的腳本擴展編程，用于構(gòu)建靈活的 Web 應(yīng)用網(wǎng)關(guān)和 Web 應(yīng)用防火墻。有些類似的是 NetScaler。其優(yōu)勢在于 Lua 編程帶來的巨大靈活性。

Kong

相關(guān)連接: 官網(wǎng)、Github

Kong基于OpenResty開發(fā)，也是流量層網(wǎng)關(guān), 是一個云原生、快速、可擴展、分布式的Api 網(wǎng)關(guān)。繼承了OpenResty的高性能、易擴展性等特點。Kong通過簡單的增加機器節(jié)點，可以很容易的水平擴展。同時功能插件化，可通過插件來擴展其能力。而且在任何基礎(chǔ)架構(gòu)上都可以運行。具有以下特性：

• 提供了多樣化的認證層來保護Api。

• 可對出入流量進行管制。

• 提供了可視化的流量檢查、監(jiān)視分析Api。

• 能夠及時的轉(zhuǎn)換請求和相應(yīng)。

• 提供log解決方案

• 可通過api調(diào)用Serverless 函數(shù)。

Kong解決了什么問題

當(dāng)我們決定對應(yīng)用進行微服務(wù)改造時，應(yīng)用客戶端如何與微服務(wù)交互的問題也隨之而來，畢竟服務(wù)數(shù)量的增加會直接導(dǎo)致部署授權(quán)、負載均衡、通信管理、分析和改變的難度增加。

面對以上問題，API GATEWAY是一個不錯的解決方案，其所提供的訪問限制、安全、流量控制、分析監(jiān)控、日志、請求轉(zhuǎn)發(fā)、合成和協(xié)議轉(zhuǎn)換功能，可以解放開發(fā)者去把精力集中在具體邏輯的代碼，而不是把時間花費在考慮如何解決應(yīng)用和其他微服務(wù)鏈接的問題上。

圖片來自Kong官網(wǎng):

可以看到Kong解決的問題。專注于全局的Api管理策略，全局流量監(jiān)控、日志記錄、全局限流、黑白名單控制、接入請求到業(yè)務(wù)系統(tǒng)的負載均衡等。

Kong的優(yōu)點以及性能

在眾多 API GATEWAY 框架中，Mashape 開源的高性能高可用API網(wǎng)關(guān)和API服務(wù)管理層——KONG（基于 NGINX+Lua）特點尤為突出，它可以通過插件擴展已有功能，這些插件（使用 lua 編寫）在API請求響應(yīng)循環(huán)的生命周期中被執(zhí)行。于此同時，KONG本身提供包括 HTTP 基本認證、密鑰認證、CORS、TCP、UDP、文件日志、API請求限流、請求轉(zhuǎn)發(fā)及 NGINX 監(jiān)控等基本功能。目前，Kong 在 Mashape 管理了超過 15,000 個 API，為 200,000 開發(fā)者提供了每月數(shù)十億的請求支持。

Kong架構(gòu)

Kong提供一些列的服務(wù),這就不得不談?wù)剝?nèi)部的架構(gòu):

首先最底層是基于Nginx, Nginx是高性能的基礎(chǔ)層, 一個良好的負載均衡、反向代理器,然后在此基礎(chǔ)上增加Lua腳本庫,形成了OpenResty,攔截請求, 響應(yīng)生命周期,可以通過Lua編寫腳本,所以插件比較豐富。

關(guān)于Kong的一些插件庫以及如何配置,可以參考簡書:開源API網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)（Kong教程）入門到精通

Zuul1.0

Zuul是所有從設(shè)備和web站點到Netflix流媒體應(yīng)用程序后端請求的前門。作為一個邊緣服務(wù)應(yīng)用程序，Zuul被構(gòu)建來支持動態(tài)路由、監(jiān)視、彈性和安全性。它還可以根據(jù)需要將請求路由到多個Amazon自動伸縮組。

Zuul使用了一系列不同類型的過濾器，使我們能夠快速靈活地將功能應(yīng)用到服務(wù)中。

過濾器

過濾器是Zuul的核心功能。它們負責(zé)應(yīng)用程序的業(yè)務(wù)邏輯，可以執(zhí)行各種任務(wù)。

• Type ：通常定義過濾器應(yīng)用在哪個階段

• Async ：定義過濾器是同步還是異步

• Execution Order ：執(zhí)行順序

• Criteria ：過濾器執(zhí)行的條件

• Action ：如果條件滿足，過濾器執(zhí)行的動作

Zuul提供了一個動態(tài)讀取、編譯和運行這些過濾器的框架。過濾器之間不直接通信，而是通過每個請求特有的RequestContext共享狀態(tài)。

下面是Zuul的一些過濾器:

Incoming

Incoming過濾器在請求被代理到Origin之前執(zhí)行。這通常是執(zhí)行大部分業(yè)務(wù)邏輯的地方。例如:認證、動態(tài)路由、速率限制、DDoS保護、指標。

Endpoint

Endpoint過濾器負責(zé)基于incoming過濾器的執(zhí)行來處理請求。Zuul有一個內(nèi)置的過濾器（ProxyEndpoint），用于將請求代理到后端服務(wù)器，因此這些過濾器的典型用途是用于靜態(tài)端點。例如:健康檢查響應(yīng)，靜態(tài)錯誤響應(yīng)，404響應(yīng)。

Outgoing

Outgoing過濾器在從后端接收到響應(yīng)以后執(zhí)行處理操作。通常情況下，它們更多地用于形成響應(yīng)和添加指標，而不是用于任何繁重的工作。例如:存儲統(tǒng)計信息、添加/剝離標準標題、向?qū)崟r流發(fā)送事件、gziping響應(yīng)。

過濾器類型

下面是與一個請求典型的生命周期對應(yīng)的標準的過濾器類型：

• PRE ：路由到Origin之前執(zhí)行

• ROUTING ：路由到Origin期間執(zhí)行

• POST ：請求被路由到Origin之后執(zhí)行

• ERROR ：發(fā)生錯誤的時候執(zhí)行

這些過濾器幫助我們執(zhí)行以下功能：

• 身份驗證和安全性 ：識別每個資源的身份驗證需求，并拒絕不滿足它們的請求

• 監(jiān)控 ：在邊緣跟蹤有意義的數(shù)據(jù)和統(tǒng)計數(shù)據(jù)，以便給我們一個準確的生產(chǎn)視圖

• 動態(tài)路由 ：動態(tài)路由請求到不同的后端集群

• 壓力測試 ：逐漸增加集群的流量，以評估性能

• 限流 ：為每種請求類型分配容量，并丟棄超過限制的請求

• 靜態(tài)響應(yīng)處理 ：直接在邊緣構(gòu)建一些響應(yīng)，而不是將它們轉(zhuǎn)發(fā)到內(nèi)部集群

Zuul 1.0 請求生命周期

Netflix宣布了通用API網(wǎng)關(guān)Zuul的架構(gòu)轉(zhuǎn)型。Zuul原本采用同步阻塞架構(gòu)，轉(zhuǎn)型后叫作Zuul2，采用異步非阻塞架構(gòu)。Zuul2和Zuul1在架構(gòu)方面的主要區(qū)別在于，Zuul2運行在異步非阻塞的框架上，比如Netty。Zuul1依賴多線程來支持吞吐量的增長，而Zuul 2使用的Netty框架依賴事件循環(huán)和回調(diào)函數(shù)。

Zuul2.0

Zuul 2.0 架構(gòu)圖

上圖是Zuul2的架構(gòu)，和Zuul1沒有本質(zhì)區(qū)別，兩點變化：

1. 前端用Netty Server代替Servlet，目的是支持前端異步。后端用Netty Client代替Http Client，目的是支持后端異步。

2. 過濾器換了一下名字，用Inbound Filters代替Pre-routing Filters，用Endpoint Filter代替Routing Filter，用Outbound Filters代替Post-routing Filters。

Inbound Filters ：路由到 Origin 之前執(zhí)行，可以用于身份驗證、路由和裝飾請求

Endpoint Filters ：可用于返回靜態(tài)響應(yīng)，否則內(nèi)置的ProxyEndpoint過濾器將請求路由到Origin

Outbound Filters ：從Origin那里獲取響應(yīng)后執(zhí)行，可以用于度量、裝飾用戶的響應(yīng)或添加自定義header

有兩種類型的過濾器：sync 和 async。因為Zuul是運行在一個事件循環(huán)之上的，因此從來不要在過濾中阻塞。如果你非要阻塞，可以在一個異步過濾器中這樣做，并且在一個單獨的線程池上運行，否則可以使用同步過濾器。

上文提到過Zuul2開始采用了異步模型

優(yōu)勢是異步非阻塞模式啟動的線程很少，基本上一個CPU core上只需啟一個事件環(huán)處理線程，它使用的線程資源就很少，上下文切換(Context Switch)開銷也少。非阻塞模式可以接受的連接數(shù)大大增加，可以簡單理解為請求來了只需要進隊列，這個隊列的容量可以設(shè)得很大，只要不超時，隊列中的請求都會被依次處理。

不足,異步模式讓編程模型變得復(fù)雜。一方面Zuul2本身的代碼要比Zuul1復(fù)雜很多，Zuul1的代碼比較容易看懂，Zuul2的代碼看起來就比較費勁。另一方面異步模型沒有一個明確清晰的請求->處理->響應(yīng)執(zhí)行流程(call flow)，它的流程是通過事件觸發(fā)的，請求處理的流程隨時可能被切換斷開，內(nèi)部實現(xiàn)要通過一些關(guān)聯(lián)id機制才能把整個執(zhí)行流再串聯(lián)起來，這就給開發(fā)調(diào)試運維引入了很多復(fù)雜性，比如你在IDE里頭調(diào)試異步請求流就非常困難。另外ThreadLocal機制在這種異步模式下就不能簡單工作，因為只有一個事件環(huán)線程，不是每個請求一個線程，也就沒有線程局部的概念，所以對于CAT這種依賴于ThreadLocal才能工作的監(jiān)控工具，調(diào)用鏈埋點就不好搞(實際可以工作但需要進行特殊處理)。

總體上，異步非阻塞模式比較適用于IO密集型(IO bound)場景，這種場景下系統(tǒng)大部分時間在處理IO，CPU計算比較輕，少量事件環(huán)線程就能處理。

Zuul 與 Zuul 2 性能對比

圖片來源:Zuul's Journey to Non-Blocking

Netflix給出了一個比較模糊的數(shù)據(jù)，大致Zuul2的性能比Zuul1好20%左右，這里的性能主要指每節(jié)點每秒處理的請求數(shù)。為什么說模糊呢？因為這個數(shù)據(jù)受實際測試環(huán)境，流量場景模式等眾多因素影響，你很難復(fù)現(xiàn)這個測試數(shù)據(jù)。即便這個20%的性能提升是確實的，其實這個性能提升也并不大，和異步引入的復(fù)雜性相比，這20%的提升是否值得是個問題。Netflix本身在其博文和ppt中也是有點含糊其詞，甚至自身都有一些疑問的。

Spring Cloud Gateway

相關(guān)鏈接:官網(wǎng)、中文官方文檔

SpringCloud Gateway 是 Spring Cloud 的一個全新項目，該項目是基于 Spring 5.0，Spring Boot 2.0 和 Project Reactor 等技術(shù)開發(fā)的網(wǎng)關(guān)，它旨在為微服務(wù)架構(gòu)提供一種簡單有效的統(tǒng)一的 API 路由管理方式。

SpringCloud Gateway 作為 Spring Cloud 生態(tài)系統(tǒng)中的網(wǎng)關(guān)，目標是替代 Zuul，在Spring Cloud 2.0以上版本中，沒有對新版本的Zuul 2.0以上最新高性能版本進行集成，仍然還是使用的Zuul 2.0之前的非Reactor模式的老版本。而為了提升網(wǎng)關(guān)的性能，SpringCloud Gateway是基于WebFlux框架實現(xiàn)的，而WebFlux框架底層則使用了高性能的Reactor模式通信框架Netty。

Spring Cloud Gateway 的目標，不僅提供統(tǒng)一的路由方式，并且基于 Filter 鏈的方式提供了網(wǎng)關(guān)基本的功能，例如：安全，監(jiān)控/指標，和限流。

Spring Cloud Gateway 底層使用了高性能的通信框架Netty。

SpringCloud Gateway 特征

SpringCloud官方，對SpringCloud Gateway 特征介紹如下：

（1）基于 Spring Framework 5，Project Reactor 和 Spring Boot 2.0

（2）集成 Hystrix 斷路器

（3）集成 Spring Cloud DiscoveryClient

（4）Predicates 和 Filters 作用于特定路由，易于編寫的 Predicates 和 Filters

（5）具備一些網(wǎng)關(guān)的高級功能：動態(tài)路由、限流、路徑重寫

從以上的特征來說，和Zuul的特征差別不大。SpringCloud Gateway和Zuul主要的區(qū)別，還是在底層的通信框架上。

簡單說明一下上文中的三個術(shù)語：

Filter（過濾器）

和Zuul的過濾器在概念上類似，可以使用它攔截和修改請求，并且對上游的響應(yīng)，進行二次處理。過濾器為org.springframework.cloud.gateway.filter.GatewayFilter類的實例。

Route（路由）

網(wǎng)關(guān)配置的基本組成模塊，和Zuul的路由配置模塊類似。一個Route模塊由一個 ID，一個目標 URI，一組斷言和一組過濾器定義。如果斷言為真，則路由匹配，目標URI會被訪問。

Predicate（斷言）：

這是一個 Java 8 的 Predicate，可以使用它來匹配來自 HTTP 請求的任何內(nèi)容，例如 headers 或參數(shù)。斷言的輸入類型是一個 ServerWebExchange。

幾種網(wǎng)關(guān)的對比