網關簡介

背景分析

我們知道，一個大型系統在設計時，經常會被拆分為很多個微服務，那么作為客戶端要如何去呼叫這么多的微服務呢？客戶端可以直接向微服務發送請求，每個微服務都有一個公開的URL，該URL可以直接映射到具體的微服務，如果沒有網關的存在，我們只能在客戶端記錄每個微服務的地址，然后分別去呼叫，這樣的架構，會存在著諸多的問題，例如，客戶端請求不同的微服務可能會增加客戶端代碼或配置的復雜性，還有就是每個服務，在呼叫時都需要獨立認證，并且存在跨域請求，也在一定程度上提高了代碼的復雜度，基于微服務架構中的設計及實作上的問題，為了在專案中簡化前端的呼叫邏輯，同時也簡化內部服務之間互相呼叫的復雜度，更好保護內部服務,提出了網關的概念，

網關概述

網關本質上要提供一個各種服務訪問的入口，并提供服務接收并轉發所有內外部的客戶端呼叫，還有就是權限認證，限流控制等等，Spring Cloud Gateway是Spring公司基于Spring 5.0，Spring Boot 2.0 和等技術開發的一個網關組件，它旨在為微服務架構提供一種簡單有效的統一的 API入口，負責服務請求路由、組合及協議轉換，并且基于 Filter 鏈的方式提供了權限認證，監控、限流等功能，

Spring Cloud Gateway優缺點分析：

優點：

性能強勁：是第一代網關Zuul的1.6倍，
功能強大：內置了很多實用的功能，例如轉發、監控、限流等
設計優雅，容易擴展，

缺點：

依賴Netty與WebFlux(Spring5.0)，不是傳統的Servlet編程模型(Spring MVC就是基于此模型實作)，學習成本高，
需要Spring Boot 2.0及以上的版本，才支持

快速入門

業務描述

通過網關作為服務訪問入口，對系統中的服務進行訪問,例如通過網關服務去訪問sca-provider服務.

入門業務實作

第一步：創建sca-gateway模塊，其pom.xml檔案如下：

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

第二步：添加相關配置，代碼如下：

server:
  port: 9000
spring:
  application:
    name: sca-gateway
  cloud:
    gateway:
      routes:
        routes: #配置網關路由規則
          - id: route01  #路由id,自己指定一個唯一值即可
            uri: http://localhost:8081/ #網關幫我們轉發的url
            predicates: ###斷言(謂此):匹配請求規則
              - Path=/nacos/provider/echo/**  #請求路徑定義,此路徑對應uri中的資源
            filters: ##網關過濾器,用于對謂詞中的內容進行判斷分析以及處理
              - StripPrefix=1 #轉發之前去掉path中第一層路徑，例如nacos

其中：路由(Route) 是 gateway 中最基本的組件之一，表示一個具體的路由資訊載體，主要定義了下面的幾個資訊:

id，路由識別符號，區別于其他 Route，
uri，路由指向的目的地 uri，即客戶端請求最終被轉發到的微服務，
predicate，斷言(謂詞)的作用是進行條件判斷，只有斷言都回傳真，才會執行路由，
filter，過濾器用于修改請求和回應資訊，

第三步：創建啟動類,例如:

package com.cy.jt;

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

第四步:啟動專案進行訪問測驗，

依次啟動sca-provider,sca-gateway服務,然后打開瀏覽器,進行訪問測驗,例如:

在這里插入圖片描述

小節面試分析？

什么是網關？服務訪問(流量)的一個入口，類似生活中的“海關“
為什么使用網關？(服務安全，統一服務入口管理，負載均衡，限流，鑒權)
Spring Cloud Gateway 應用的初始構建程序(添加依賴，配置)
Gateway 服務的啟動底層是通過誰去實作的？(Netty網路編程框架-ServerSocket)
Gateway 服務做請求轉發時一定要在注冊中心進行注冊嗎？（不一定，可以直接通過遠端url進行服務訪問）

負載均衡設計

為什么負載均衡？

網關才是服務訪問的入口，所有服務都會在網關層面進行底層映射，所以在訪問服務時，要基于服務serivce id（服務名）去查找對應的服務，讓請求從網關層進行均衡轉發，以平衡服務實體的處理能力，

Gateway中負載均衡實作？

第一步：專案中添加服務發現依賴，代碼如下：

<dependency>
  <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
  <artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-nacos-discovery</artifactId>
</dependency>

第二步：修改其組態檔，代碼如下

server:
  port: 9000
spring:
  application:
    name: sca-gateway
  cloud:
    nacos:
      discovery:
        server-addr: localhost:8848
    gateway:
      discovery:
        locator:
          enabled: true  #開啟通過服務注冊中心的serviceId創建路由
      routes:
        - id: route01
          ##uri: http://localhost:8081/
          uri: lb://nacos-provider # lb為服務前綴，不能隨意寫
          predicates: ###匹配規則
              - Path=/nacos/provider/echo/**
          filters:
              - StripPrefix=1 #轉發之前去掉path中第一層路徑，例如nacos

其中，lb指的是從nacos中按照名稱獲取微服務,并遵循負載均衡策略，同時建議開發階段打開gateway日志，代碼如下：

logging:
  level:
    org.springframework.cloud.gateway: debug

第三步：啟動服務，進行訪問測驗，并反復重繪分析，如圖所示：
在這里插入圖片描述

執行流程分析（重要）

根據官方的說明，其Gateway具體作業流程，如圖所示：
在這里插入圖片描述

客戶端向Spring Cloud Gateway發出請求，如果Gateway Handler Mapping 通過斷言predicates(predicates)的集合確定請求與路由(Routers)匹配，則將其發送到Gateway Web Handler， Gateway Web Handler 通過確定的路由中所配置的過濾器集合鏈式呼叫過濾器（也就是所謂的責任鏈模式）， Filter由虛線分隔的原因是， Filter可以在發送代理請求之前和之后運行邏輯，處理的邏輯是在處理請求時排在前面的過濾器先執行，而處理回傳相應的時候，排在后面的過濾器先執行，

小節面試分析？

網關層面是如何實作負載均衡的？(通過服務名去查找具體的服務實體)
網關層面是如何通過服務名查找服務實體的？(Ribbon)
你了解Ribbon中的哪些負載均衡演算法?(輪詢，權重，hash,……可通過IRule介面進行查看分析)
網關進行請求轉發的流程是怎樣，有哪些關鍵物件？（XxxHandlerMapping，Handler，，，，）
網關層面服務的映射方式怎樣的？(謂詞-path，…,服務名/服務實體)
網關層如何記錄服務的映射？(通過map，并要考慮讀寫鎖的應用)

Predicate(斷言)增強分析

Predicate 簡介

Predicate(斷言)又稱謂詞，用于條件判斷，只有斷言結果都為真，才會真正的執行路由，斷言其本質就是定義路由轉發的條件，

Predicate 內置工廠

SpringCloud Gateway包括需要內置的斷言工廠，所有這些斷言都與http請求的不同屬性相匹配，具體如下：

基于Datetime型別的斷言工廠

此型別的斷言根據時間做判斷，主要有三個：

1） AfterRoutePredicateFactory：判斷請求日期是否晚于指定日期
2） BeforeRoutePredicateFactory：判斷請求日期是否早于指定日期
3） BetweenRoutePredicateFactory：判斷請求日期是否在指定時間段內

-After=2020-12-31T23:59:59.789+08:00[Asia/Shanghai]

當且僅當請求時的時間After配置的時間時，才轉發該請求，若請求時的時間不是After配置的時間時，則會回傳404 not found，同時，當predicates配置項只配置了一個Predicate且沒有配置Path時，Path的默認值為/，所以該段配置會使訪問 GATEWAY_URL/ 時轉發到 user-center微服務的/**，時間值可通過ZonedDateTime.now()獲取，

基于header的斷言工廠HeaderRoutePredicateFactory

判斷請求Header是否具有給定名稱且值與正則運算式匹配，例如：

-Header=X-Request-Id, \d+

基于Method請求方法的斷言工廠，

MethodRoutePredicateFactory接收一個引數，判斷請求型別是否跟指定的型別匹配，例如：

-Method=GET

基于Query請求引數的斷言工廠，QueryRoutePredicateFactory ：

接收兩個引數，請求param和正則運算式，判斷請求引數是否具有給定名稱且值與正則運算式匹配，例如：

-Query=baz, ba.

Predicate 應用案例實踐

內置的路由斷言工廠應用案例，例如：

server:
  port: 9000
spring:
  application:
    name: sca-gateway
  cloud:
    nacos:
      server-addr: localhost:8848
    gateway:
      discovery:
        locator:
          enabled: true #開啟通過服務中心的serviceId 創建路由的功能
      routes:
        - id: bd-id
          ##uri: http://localhost:8081/
          uri: lb://nacos-provider
          predicates: ###匹配規則
              - Path=/nacos/provider/echo/**
              - Before=2021-01-30T00:00:00.000+08:00
              - Method=GET
          filters:
            -  StripPrefix=1 # 轉發之前去掉1層路徑

說明：當條件不滿足時，則無法進行路由轉發，會出現404例外，

小節面試分析

何為謂詞?(網關中封裝了判斷邏輯的一個物件)
謂詞邏輯的設計是怎樣的？(謂詞判斷邏輯回傳值為true則進行請求轉發)
你了解哪些謂詞邏輯？(path,請求引數，ip，請求方式，cookie,請求頭,….)
我們可以自己定義謂詞工廠物件嗎？(可以的)

過濾器增強分析

過濾器(Filter)就是在請求傳遞程序中，對請求和回應做一個處理，Gateway 的Filter從作用范圍可分為兩種：GatewayFilter與GlobalFilter，其中：

GatewayFilter：應用到單個路由或者一個分組的路由上，
GlobalFilter：應用到所有的路由上，

區域過濾器

在SpringCloud Gateway中內置了很多不同型別的網關路由過濾器，具體如下：
案例分析：

基于AddRequestHeaderGatewayFilterFactory，為原始請求添加Header，

例如，為原始請求添加名為 X-Request-Foo ，值為 Bar 的請求頭：

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
        - id: add_request_header_route
          uri: https://example.org
          filters:
            - AddRequestHeader=X-Request-Foo, Bar

基于AddRequestParameterGatewayFilterFactory，為原始請求添加請求引數及值，

例如，為原始請求添加名為foo，值為bar的引數，即：foo=bar，

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
        - id: add_request_parameter_route
          uri: https://example.org
          filters:
            - AddRequestParameter=foo, bar

基于PrefixPathGatewayFilterFactory，為原始的請求路徑添加一個前綴路徑

例如，該配置使訪問${GATEWAY_URL}/hello 會轉發到uri/mypath/hello，

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
        - id: prefixpath_route
          uri: https://example.org
          filters:
            - PrefixPath=/mypath

基于RequestSizeGatewayFilterFactory，設定允許接收最大請求包的大小

，配置示例：

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
        - id: request_size_route
      uri: http://localhost:8080/upload
      predicates:
        - Path=/upload
      filters:
        - name: RequestSize
          args:
            # 單位為位元組
            maxSize: 5000000

如果請求包大小超過設定的值，則會回傳 413 Payload Too Large以及一個errorMessage

全域過濾器

全域過濾器(GlobalFilter)作用于所有路由, 無需配置，在系統初始化時加載，并作用在每個路由上，通過全域過濾器可以實作對權限的統一校驗，安全性驗證等功能，一般內置的全域過濾器已經可以完成大部分的功能，但是對于企業開發的一些業務功能處理，還是需要我們自己撰寫過濾器來實作的，那么我們一起通過代碼的形式自定義一個過濾器，去完成統一的權限校驗，例如，當客戶端第一次請求服務時，服務端對用戶進行資訊認證（登錄）認證通過，將用戶資訊進行加密形成token，回傳給客戶端，作為登錄憑證以后每次請求，客戶端都攜帶認證的token 服務端對token進行解密，判斷是否有效，

package com.cy.filters;

import org.springframework.cloud.gateway.filter.GatewayFilterChain;
import org.springframework.cloud.gateway.filter.GlobalFilter;
import org.springframework.core.Ordered;
import org.springframework.http.HttpStatus;
import org.springframework.stereotype.Component;
import org.springframework.web.server.ServerWebExchange;
import reactor.core.publisher.Mono;
@Component
public class AuthGlobalFilter implements GlobalFilter, Ordered {
    @Override
    public Mono<Void> filter(ServerWebExchange exchange, GatewayFilterChain chain) {
        String token =exchange.getRequest()
                .getQueryParams().getFirst("token");
        if (!"admin".equals(token)) {
            System.out.println("認證失敗");
            exchange.getResponse().setStatusCode(HttpStatus.UNAUTHORIZED);
            return exchange.getResponse().setComplete();
        }
        //呼叫chain.filter繼續向下游執行
        return chain.filter(exchange);

    }

    @Override
    public int getOrder() {
        return 0;
    }
}

啟動Gateway服務，假如在訪問的url中不帶“token=admin”這個引數，可能會出現例外，如圖所示：

小節面試分析

網關過濾器的作用是什么？(對請求和回應資料做一個預處理)
網關過濾器的型別有哪些？(區域過濾器，全域過濾器)
如何理解區域過濾器？(針對具體鏈路的應用的過濾器，需要進行配置)
你了解哪些區域過濾器？
如何理解全域過濾器？(作用于所有請求鏈路)
如何自己定義全域過濾器?(直接或間接實作GlobalFilter介面)
假如現在讓你進行平臺的網關自研設計，你可以嗎？(可以)

限流設計及實作

限流簡述

網關是所有請求的公共入口，所以可以在網關進行限流，而且限流的方式也很多，我們采用Sentinel組件來實作網關的限流，Sentinel支持對SpringCloud Gateway、Zuul等主流網關進行限流，參考網址如下：

https://github.com/alibaba/spring-cloud-alibaba/wiki/Sentinel

限流快速入門

第一步：添加依賴
在原有spring-cloud-starter-gateway依賴的基礎上再添加如下兩個依賴，例如：

<dependency>
    <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-sentinel</artifactId>
</dependency>

<dependency>
    <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-alibaba-sentinel-gateway</artifactId>
</dependency>

第二步：添加sentinel及路由規則(假如已有則無需設定)

routes:
  - id: route01
    uri: lb://nacos-provider
    predicates: ###匹配規則
      - Path=/provider/echo/**

sentinel:
  transport:
    dashboard: localhost:8180 #Sentinel 控制臺地址
    port: 8719 #客戶端監控API的埠
  eager: true  #取消Sentinel控制臺懶加載,即專案啟動即連接

第三步：啟動網關專案，檢測sentinel控制臺的網關選單，
啟動時，添加sentinel的jvm引數，通過此選單可以讓網關服務在sentinel控制臺顯示不一樣的選單（假如沒有發現變化關閉網關專案，關閉sentinel，然后重啟sentinel,重啟網關專案），代碼如下，

-Dcsp.sentinel.app.type=1

假如是在idea中，可以參考下面的圖進行配置

在這里插入圖片描述

Sentinel 控制臺啟動以后，界面如圖所示：

在這里插入圖片描述

第四步：在sentinel面板中設定限流策略，如圖所示：
在這里插入圖片描述

第五步：通過url進行訪問檢測是否實作了限流操作

在這里插入圖片描述

基于請求屬性限流

定義指定routeId的基于屬性的限流策略如圖所示：
在這里插入圖片描述

通過postman進行測驗分析

在這里插入圖片描述

自定義API維度限流（重點）

自定義API分組，是一種更細粒度的限流規則定義，它允許我們利用sentinel提供的API，將請求路徑進行分組，然后在組上設定限流規則即可，

第一步：新建API分組，如圖所示：
在這里插入圖片描述

第二步：新建分組流控規則，如圖所示：
在這里插入圖片描述

第三步：進行訪問測驗，如圖所示

在這里插入圖片描述

定制流控網關回傳值

定義配置類，設計流控回傳值，代碼如下：

@Configuration
public class GatewayConfig {
    public GatewayConfig(){
        GatewayCallbackManager.setBlockHandler(
new BlockRequestHandler() {
            @Override
            public Mono<ServerResponse> handleRequest(ServerWebExchange serverWebExchange, Throwable throwable) {
                Map<String,Object> map=new HashMap<>();
                map.put("state",429);
                map.put("message","two many request");
                String jsonStr=JSON.toJSONString(map);
                return ServerResponse.ok().body(Mono.just(jsonStr),String.class);
            }
        });
    }
}

其中，Mono 是一個發出(emit)0-1個元素的Publisher，

小節面試分析？

網關層面結合sentinel實作限流，其限流的型別有幾種？(兩種-route id,api)
網關層面可以自定義限流后的例外處理結果嗎？(可以)
你知道Sentinel底層限流的演算法有哪些？(滑動視窗，令牌桶，漏斗，，，，)

總結（Summay）

本章節重點從網關誕生的背景，網關應用程序以及常用物件做了分享和設計

轉載請註明出處，本文鏈接：https://www.uj5u.com/ruanti/291241.html

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10-網關Gateway 應用實踐

網關簡介

背景分析

網關概述

快速入門

業務描述

入門業務實作

小節面試分析？

負載均衡設計

為什么負載均衡？

Gateway中負載均衡實作？

執行流程分析（重要）

小節面試分析？

Predicate(斷言)增強分析

Predicate 簡介

Predicate 內置工廠

Predicate 應用案例實踐

小節面試分析

過濾器增強分析

區域過濾器

全域過濾器

小節面試分析

限流設計及實作

限流簡述

限流快速入門

基于請求屬性限流

自定義API維度限流（重點）

定制流控網關回傳值

小節面試分析？

總結（Summay）