SpringCloud微服务技术栈之网关服务Gateway

前言

在微服务架构中，微服务数量的增加会使得系统中出现大量的服务实例，同时每个服务往往又有多个版本，这些版本需要进行升级、降级等操作。因此，对于这些微服务的调用和路由管理就变成了一个巨大的挑战。Spring Cloud网关服务Gateway可以作为微服务架构中的一个基础设施，通过将API网关方式暴露给服务客户端，从而控制所有的请求流量，并支持许多传输协议，例如HTTP、WebSocket等。

本篇博客主要围绕SpringCloud微服务技术栈中的网关服务Gateway进行介绍和实践，包括其基本概念、架构设计和实践操作。

网关服务Gateway的基本概念

网关服务是微服务架构中的一个基础设施，主要用于集中处理服务请求，从而更好地控制和管理整个系统。SpringCloud网关服务Gateway是一款基于Spring框架的微服务网关服务，它提供了许多特性，比如路由、过滤、限流、负载均衡、熔断器等。

Gateway的体系结构

Gateway主要包含以下两个组件：

• Route：路由是指从网关接收到客户端请求，并将请求转发到适当的微服务实例。路由是Gateway的基本组成部分，它由ID、URI、谓词集合和过滤器工厂等组成。
• Filter：过滤器用于在路由请求过程中，向请求添加如鉴权、限流、日志输出等动态功能。

Gateway的主要功能

• 路由策略：基于请求URL或请求Header内容，将请求路由到不同的后端服务。
• 负载均衡：采用Ribbon来实现负载均衡，可以在多个实例之间分配负载。
• 限流控制：使用Hystrix实现服务熔断和限流控制。
• 过滤器：支持用户自定义过滤器，可用于鉴权、请求响应加解密、统一异常处理等。

网关服务Gateway的架构设计

架构设计方案

我们在实际项目开发中，通常需要先对Gateway进行一个整体的架构设计，这里我们介绍一种典型的架构设计方案。

1. 设计网关服务Gateway的Filter过滤器，负责实现鉴权、请求与响应加解密、统一异常处理。
2. 基于Eureka实现服务注册和发现功能，在Gateway中加入DiscoveryClient组件，用于管理后端服务。
3. 基于RouteLocator实现路由策略，将请求转发到相应的微服务实例上，并支持灰度升级等高可用特性。
4. 使用Hystrix实现限流控制，当后端服务出现问题或网络拥塞时，能够合理地进行资源分配和降级策略。

示例代码

下面是一个典型的Gateway实现代码：

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

    @Bean
    public RouteLocator customRouteLocator(RouteLocatorBuilder builder) {
        return builder.routes()
                .route(r -> r.path("/v1/api/user/**")
                        .uri("lb://user-service"))
                .route(r -> r.path("/v1/api/order/**")
                        .filters(f -> f.stripPrefix(1))
                        .uri("lb://order-service"))
                .build();
    }
}

上述代码中，我们创建了一个名为GatewayServerApplication的SpringBoot应用。其中的RouteLocator类就是路由配置的核心类。在这个例子中，我们先对URI路径进行转发，然后通过Ribbon来实现负载均衡。

网关服务Gateway的实践操作

在实践操作中，我们需要先安装SpringBoot和SpringCloud环境，然后搭建一个简单的微服务应用。这里我们以一个简单的用户管理系统为例进行演示。具体步骤如下：

1. 创建工程

首先使用Spring Initializr创建一个新的Spring Boot工程，并添加相关依赖：

<dependency>
    <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-gateway</artifactId>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-netflix-eureka-client</artifactId>
</dependency>

2. 配置路由规则

在application.yml中进行路由配置：

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
        - id: user-service
          uri: lb://user-service
          predicates:
            - Path=/v1/api/user/**
        - id: order-service
          uri: lb://order-service
          predicates:
            - Path=/v1/api/order/**

3. 实现过滤器

在实际开发中，我们经常需要对客户端请求进行安全认证或者权限校验等操作。SpringCloud Gateway提供了一个统一化的过滤器框架，允许我们定义多个可以对特定类型请求进行处理的过滤器。Spring Cloud Gateway中有两种类型的过滤器：前置过滤器和后置过滤器。

下面是一个基于过滤器的安全认证实现示例：

@Component
public class AuthorizationFilter implements GatewayFilter, Ordered {
    private static final Logger log = LoggerFactory.getLogger(AuthorizationFilter.class);
    @Override
    public Mono<Void> filter(ServerWebExchange exchange, GatewayFilterChain chain) {
        //进行请求Token认证，如果不合法则返回401
        String token = exchange.getRequest().getHeaders().getFirst("Authorization");
        if (StringUtils.isBlank(token)) {
            exchange.getResponse().setStatusCode(HttpStatus.UNAUTHORIZED);
            return exchange.getResponse().setComplete();
        }
        //Token认证通过，则将请求转发到对应的微服务实例上
        return chain.filter(exchange);
    }
    @Override
    public int getOrder() {
        return -100;
    }
}

4. 集成服务注册中心

我们需要在网关中加入EurekaClient组件，以实现服务注册和发现功能。

spring:
  cloud:
    gateway:
      discovery:
        locator:
          enabled: true
  application:
    name: gateway-server
eureka:
  client:
    serviceUrl:
      defaultZone: http://localhost:8761/eureka/

5. 启动网关服务器

最后我们可以运行GatewayServerApplication，并访问相应的API地址进行测试。

总结

本文主要介绍了SpringCloud微服务技术栈中的网关服务Gateway，包括其基本概念、架构设计和实践操作。通过Gateway的实现，微服务架构能够更好地控制和管理整个系统，实现路由策略、负载均衡、限流控制等功能。当然，在实际开发中需要进一步针对不同的业务场景进行定制和优化，以满足不断变化的需求和挑战。