聊聊Spring Cloud Gateway

网关概述

整体来看，网关有点类似于门面，所有的外部请求都会先经过网关这一层。

网关不仅只是做一个请求的转发及服务的整合，有了网关这个统一的入口之后，它还能提供以下功能。

• 针对所有请求进行统一鉴权、限流、熔断、日志。
• 协议转化。针对后端多种不同的协议，在网关层统一处理后以HTTP对外提供服务。譬如针对Dubbo服务还需要提供一个Web应用来进行协议转化，此时可以在API网关层转换协议。
• 统一错误码处理。
• 灰度发布
• 请求转发，并且可以基于网关实现内、外网隔离。

常用的解决方案场景如下：

Spring Cloud Gateway

Spring Cloud Gateway是基于Spring Boot 2.0、Spring WebFlux和Project Reactor等技术开发的网关，它不仅提供了统一的路由请求的方式，还基于过滤链的方式提供了网关最基本的功能；解决了Spring Cloud Zuul的性能问题：

• Zuul 1.x采用的是传统的thread per connection方式来处理请求，也就是针对每一个请求，会为这个请求专门分配一个线程来进行处理，直到这个请求完成之后才会释放线程，一旦后台服务器响应较慢，就会使得该线程被阻塞，所以它的性能不是很好。

Spring WebFlux基于Project Reactor响应式框架实现了完全无阻塞的、响应式的、高并发性能的、网络请求响应；解决了如上的Zuul性能问题。

个人觉得，其实就是类似Nginx、Redis等基于Reactor模式的实现；也是非阻塞IO(Epoll)的另一种体现。

请求过程及关键概念

Spring Cloud Gateway的请求处理过程如图所示，其中有几个非常重要的概念。

• 路由（Route）：它是网关的基本组件，由ID、目标URI、Predicate集合、Filter集合组成。

• 谓语（Predicate）：它是Java 8中引入的函数式接口，提供了断言的功能。它可以匹配HTTP请求中的任何内容。如果Predicate的聚合判断结果为true，则意味着该请求会被当前Router进行转发。

Spring Cloud Gateway启动时基于Netty Server监听一个指定的端口（该端口可以通过server.port属性自定义）。当客户端发送一个请求到网关时，网关会根据一系列Predicate的匹配结果来决定访问哪个Route路由，然后根据过滤器链进行请求的处理。过滤器链可以在请求发送到后端服务器之前和之后执行，也就是首先执行Pre过滤器链，然后将请求转发到后端的微服务执行具体的业务，最后执行Post过滤器链。

Route Predicate Factories

Predicate是Java 8提供的一个函数式接口，它允许接收一个参数并返回一个布尔值，可以用于条件过滤、请求参数的校验。

在Spring Cloud Gateway中，Predicate提供了路由规则的匹配机制。比如：

意思是通过Path属性来匹配URL前缀是/gateway/的请求。

如下，Spring Cloud Gateway默认提供了很多Route Predicate Factory，这些Predicate会分别匹配HTTP请求的不同属性，并且多个Predicate可以通过and逻辑进行组合。

Gateway Filter Factories

Filter分为Pre类型的过滤器和Post类型的过滤器。

• Pre类型的过滤器在请求转发到后端微服务之前执行，在Pre类型过滤器链中可以做鉴权、限流等操作。

• Post类型的过滤器在请求执行完之后、将结果返回给客户端之前执行。

在Spring Cloud Gateway中内置了很多Filter，Filter有两种实现，分别是GatewayFilter和GlobalFilter。GlobalFilter会应用到所有的路由上，而GatewayFilter只会应用到单个路由或者一个分组的路由上。

GatewayFilter

Spring提供了一些内置的GatewayFilter，如:

• AddRequestParameter GatewayFilter Factory：该过滤器的功能是对所有匹配的请求添加一个查询参数。
  

• AddResponseHeader GatewayFilter Factory：该过滤器会对所有匹配的请求，在返回结果给客户端之前，在Header中添加相应的数据。
  在上面这段配置中，会在Response中添加Header头，
  
  在上面这段配置中，会在Response中添加Header头，key=X-Response-Foo，Value=Bar。

• RequestRateLimiter GatewayFilter Factory：该过滤器会对访问到当前网关的所有请求执行限流过滤，如果被限流，默认情况下会响应HTTP 429-Too Many Requests。
  RequestRateLimiterGatewayFilterFactory默认提供了RedisRateLimiter的限流实现，它采用令牌桶算法来实现限流功能。
  
  redis-rate-limiter过滤器有两个配置属性：
  

• Retry GatewayFilter Factory：Retry GatewayFilter Factory为请求重试过滤器，当后端服务不可用时，网关会根据配置参数来发起重试请求。
  
  RetryGatewayFilter提供4个参数来控制重试请求，参数说明如下。
  

GlobalFilter

GlobalFilter和GatewayFilter的作用是相同的，只是GlobalFilter针对所有的路由配置生效。Spring Cloud Gateway内置的全局过滤器也有很多，比如：

全局过滤链的执行顺序是，当Gateway接收到请求时，Filtering Web Handler处理器会将所有的GlobalFilter实例及所有路由上所配置的GatewayFilter实例添加到一条过滤器链中。该过滤器链里的所有过滤器都会按照＠Order注解所指定的数字大小进行排序。

• LoadBalancerClientFilter：LoadBalancerClientFilter是用于实现请求负载均衡的全局过滤器，配置如下。
  
  如果URI配置的是lb://example_service，那么这个过滤器会识别到lb://，并且使用Spring Cloud LoadBalancerClient将example_service名称解析成实际访问的主机和端口地址。

• GatewayMetricsFilter：GatewayMetricsFilter是网关指标过滤器，这个过滤器会添加name=gateway.requests的timer metrics，其中包含以下数据。
  
  这些指标通过http://ip:port/actuator/metrics/gateway.requests获得，前提是需要添加Spring Boot Actuator依赖。

自定义过滤器

Spring Cloud Gateway提供了过滤器的扩展功能，开发者可以根据实际业务需求来自定义过滤器。同样，自定义过滤器也支持GlobalFilter和GatewayFilter两种。

• 自定义GatewayFilter：自定义过滤器类GpDefineGatewayFilterFactory，继承AbstractGatewayFilterFactory。

• 自定义GlobalFilter：GlobalFilter的实现比较简单，它不需要额外的配置，只需要实现GlobalFilter接口，自动会过滤所有的Route。

集成

Spring Cloud Gateway支持与其他解决方案集成，实现更强大的功能，比如Spring Cloud Alibaba系列。