聊聊Spring Cloud Gateway

閘道器概述

整體來看，閘道器有點類似於門面，所有的外部請求都會先經過閘道器這一層。

閘道器不僅只是做一個請求的轉發及服務的整合，有了閘道器這個統一的入口之後，它還能提供以下功能。

• 針對所有請求進行統一鑑權、限流、熔斷、紀錄檔。
• 協定轉化。針對後端多種不同的協定，在閘道器層統一處理後以HTTP對外提供服務。譬如針對Dubbo服務還需要提供一個Web應用來進行協定轉化，此時可以在API閘道器層轉換協定。
• 統一錯誤碼處理。
• 灰度釋出
• 請求轉發，並且可以基於閘道器實現內、外網隔離。

常用的解決方案場景如下：

Spring Cloud Gateway

Spring Cloud Gateway是基於Spring Boot 2.0、Spring WebFlux和Project Reactor等技術開發的閘道器，它不僅提供了統一的路由請求的方式，還基於過濾鏈的方式提供了閘道器最基本的功能；解決了Spring Cloud Zuul的效能問題：

• Zuul 1.x採用的是傳統的thread per connection方式來處理請求，也就是針對每一個請求，會為這個請求專門分配一個執行緒來進行處理，直到這個請求完成之後才會釋放執行緒，一旦後臺伺服器響應較慢，就會使得該執行緒被阻塞，所以它的效能不是很好。

• Zuul 1.x採用的是傳統的thread per connection方式來處理請求，也就是針對每一個請求，會為這個請求專門分配一個執行緒來進行處理，直到這個請求完成之後才會釋放執行緒，一旦後臺伺服器響應較慢，就會使得該執行緒被阻塞，所以它的效能不是很好。

Spring WebFlux基於Project Reactor響應式框架實現了完全無阻塞的、響應式的、高並行效能的、網路請求響應；解決了如上的Zuul效能問題。

個人覺得，其實就是類似Nginx、Redis等基於Reactor模式的實現；也是非阻塞IO(Epoll)的另一種體現。

請求過程及關鍵概念

Spring Cloud Gateway的請求處理過程如圖所示，其中有幾個非常重要的概念。

• 路由（Route）：它是閘道器的基本元件，由ID、目標URI、Predicate集合、Filter集合組成。

• 謂語（Predicate）：它是Java 8中引入的函數式介面，提供了斷言的功能。它可以匹配HTTP請求中的任何內容。如果Predicate的聚合判斷結果為true，則意味著該請求會被當前Router進行轉發。

• 謂語（Predicate）：它是Java 8中引入的函數式介面，提供了斷言的功能。它可以匹配HTTP請求中的任何內容。如果Predicate的聚合判斷結果為true，則意味著該請求會被當前Router進行轉發。

Spring Cloud Gateway啟動時基於Netty Server監聽一個指定的埠（該埠可以通過server.port屬性自定義）。當用戶端傳送一個請求到閘道器時，閘道器會根據一系列Predicate的匹配結果來決定存取哪個Route路由，然後根據過濾器鏈進行請求的處理。過濾器鏈可以在請求傳送到後端伺服器之前和之後執行，也就是首先執行Pre過濾器鏈，然後將請求轉發到後端的微服務執行具體的業務，最後執行Post過濾器鏈。

Route Predicate Factories

Predicate是Java 8提供的一個函數式介面，它允許接收一個引數並返回一個布林值，可以用於條件過濾、請求引數的校驗。

在Spring Cloud Gateway中，Predicate提供了路由規則的匹配機制。比如：

意思是通過Path屬性來匹配URL字首是/gateway/的請求。

如下，Spring Cloud Gateway預設提供了很多Route Predicate Factory，這些Predicate會分別匹配HTTP請求的不同屬性，並且多個Predicate可以通過and邏輯進行組合。

Gateway Filter Factories

Filter分為Pre型別的過濾器和Post型別的過濾器。

• Pre型別的過濾器在請求轉發到後端微服務之前執行，在Pre型別過濾器鏈中可以做鑑權、限流等操作。

• Post型別的過濾器在請求執行完之後、將結果返回給使用者端之前執行。

在Spring Cloud Gateway中內建了很多Filter，Filter有兩種實現，分別是GatewayFilter和GlobalFilter。GlobalFilter會應用到所有的路由上，而GatewayFilter只會應用到單個路由或者一個分組的路由上。

GatewayFilter

Spring提供了一些內建的GatewayFilter，如:

• AddRequestParameter GatewayFilter Factory：該過濾器的功能是對所有匹配的請求新增一個查詢引數。
  

• AddResponseHeader GatewayFilter Factory：該過濾器會對所有匹配的請求，在返回結果給使用者端之前，在Header中新增相應的資料。
  在上面這段設定中，會在Response中新增Header頭，
  
  在上面這段設定中，會在Response中新增Header頭，key=X-Response-Foo，Value=Bar。

• RequestRateLimiter GatewayFilter Factory：該過濾器會對存取到當前閘道器的所有請求執行限流過濾，如果被限流，預設情況下會響應HTTP 429-Too Many Requests。
  RequestRateLimiterGatewayFilterFactory預設提供了RedisRateLimiter的限流實現，它採用令牌桶演演算法來實現限流功能。
  
  redis-rate-limiter過濾器有兩個設定屬性：
  

• Retry GatewayFilter Factory：Retry GatewayFilter Factory為請求重試過濾器，當後端服務不可用時，閘道器會根據設定引數來發起重試請求。
  
  RetryGatewayFilter提供4個引數來控制重試請求，引數說明如下。
  

GlobalFilter

GlobalFilter和GatewayFilter的作用是相同的，只是GlobalFilter針對所有的路由設定生效。Spring Cloud Gateway內建的全域性過濾器也有很多，比如：

全域性過濾鏈的執行順序是，當Gateway接收到請求時，Filtering Web Handler處理器會將所有的GlobalFilter範例及所有路由上所設定的GatewayFilter範例新增到一條過濾器鏈中。該過濾器鏈裡的所有過濾器都會按照＠Order註解所指定的數位大小進行排序。

• LoadBalancerClientFilter：LoadBalancerClientFilter是用於實現請求負載均衡的全域性過濾器，設定如下。
  
  如果URI設定的是lb://example_service，那麼這個過濾器會識別到lb://，並且使用Spring Cloud LoadBalancerClient將example_service名稱解析成實際存取的主機和埠地址。

• GatewayMetricsFilter：GatewayMetricsFilter是閘道器指標過濾器，這個過濾器會新增name=gateway.requests的timer metrics，其中包含以下資料。
  
  這些指標通過http://ip:port/actuator/metrics/gateway.requests獲得，前提是需要新增Spring Boot Actuator依賴。

自定義過濾器

Spring Cloud Gateway提供了過濾器的擴充套件功能，開發者可以根據實際業務需求來自定義過濾器。同樣，自定義過濾器也支援GlobalFilter和GatewayFilter兩種。

• 自定義GatewayFilter：自定義過濾器類GpDefineGatewayFilterFactory，繼承AbstractGatewayFilterFactory。

• 自定義GlobalFilter：GlobalFilter的實現比較簡單，它不需要額外的設定，只需要實現GlobalFilter介面，自動會過濾所有的Route。

整合

Spring Cloud Gateway支援與其他解決方案整合，實現更強大的功能，比如Spring Cloud Alibaba系列。