如何设计一个高性能网关

短命女 2022-10-09 04:56 160阅读 0赞

关注公众号“Java后端技术全栈”

回复“000”获取程序员必备电子书

大家好，我是老田，今天来个大家分享：如何设计一个高性能网关。

本文目录：

![11a3a8cbdb3a94782bc4931e18ddb9e0.png][]

## 一、背景 ##

最近在github上看了soul网关的设计，突然就来了兴趣准备自己从零开始写一个高性能的网关。经过两周时间的开发，我的网关ship-gate核心功能基本都已完成，最大的缺陷就是前端功底太差没有管理后台。

## 二、设计 ##

#### 2.1 技术选型 ####

网关是所有请求的入口，所以要求有很高的吞吐量，为了实现这点可以使用请求异步化来解决。目前一般有以下两种方案：

*  Tomcat/Jetty+NIO+Servlet3

Servlet3已经支持异步，这种方案使用比较多，京东，有赞和Zuul，都用的是这种方案。

*  Netty+NIO

Netty为高并发而生，目前唯品会的网关使用这个策略，在唯品会的技术文章中在相同的情况下Netty是每秒30w+的吞吐量，Tomcat是13w+,可以看出是有一定的差距的，但是Netty需要自己处理HTTP协议，这一块比较麻烦。

后面发现Soul网关是基于Spring WebFlux（底层Netty）的，不用太关心HTTP协议的处理，于是决定也用Spring WebFlux。

网关的第二个特点是具备可扩展性，比如Netflix Zuul有preFilters，postFilters等在不同的阶段方便处理不同的业务，基于责任链模式将请求进行链式处理即可实现。

在微服务架构下，服务都会进行多实例部署来保证高可用，请求到达网关时，网关需要根据URL找到所有可用的实例，这时就需要服务注册和发现功能，即注册中心。

现在流行的注册中心有Apache的Zookeeper和阿里的Nacos两种（consul有点小众），因为之前写RPC框架时已经用过了Zookeeper，所以这次就选择了Nacos。

#### 2.2 需求清单 ####

首先要明确目标，即开发一个具备哪些特性的网关，总结下后如下：

**自定义路由规则**

可基于version的路由规则设置，路由对象包括DEFAUL,HEADER和QUERY三种，匹配方式包括=、regex、like三种。

**跨语言**

HTTP协议天生跨语言

**高性能**

Netty本身就是一款高性能的通信框架，同时server将一些路由规则等数据缓存到JVM内存避免请求admin服务。

**高可用**

支持集群模式防止单节点故障，无状态。

**灰度发布**

灰度发布（又名金丝雀发布）是指在黑与白之间，能够平滑过渡的一种发布方式。在其上可以进行A/B testing，即让一部分用户继续用产品特性A，一部分用户开始用产品特性B，如果用户对B没有什么反对意见，那么逐步扩大范围，把所有用户都迁移到B上面来。通过特性一可以实现。

**接口鉴权**

基于责任链模式，用户开发自己的鉴权插件即可。

**负载均衡**

支持多种负载均衡算法，如随机，轮询，加权轮询等。利用SPI机制可以根据配置进行动态加载。

#### 2.3 架构设计 ####

在参考了一些优秀的网关Zuul,Spring Cloud Gateway,Soul后，将项目划分为以下几个模块。

![1de5be2e28da0904406fb1ba8f0af07f.png][]

它们之间的关系如图：

![f77c344e02fc02532dfbc1bde9fd18fa.png][]

**注意：** 这张图与实际实现有点出入，Nacos push到本地缓存的那个环节没有实现，目前只有ship-sever定时轮询pull的过程。ship-admin从Nacos获取注册服务信息的过程，也改成了ServiceA启动时主动发生HTTP请求通知ship-admin。

#### 2.4 表结构设计 ####

![2ce1e57869c7ccaa4389dc57a1de4cbf.png][]

## 三、编码 ##

**3.1 ship-client-spring-boot-starter**

首先创建一个spring-boot-starter命名为ship-client-spring-boot-starter，不知道如何自定义starter的可以看我以前写的《开发自己的starter》。

其核心类 **AutoRegisterListener** 就是在项目启动时做了两件事：

1.将服务信息注册到Nacos注册中心

2.通知ship-admin服务上线了并注册下线hook。

代码如下：

* Created by 2YSP on 2020/12/21
    */
    public class AutoRegisterListener implements ApplicationListener<ContextRefreshedEvent> {
    
       private final static Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(AutoRegisterListener.class);
    
       private volatile AtomicBoolean registered = new AtomicBoolean(false);
    
       private final ClientConfigProperties properties;
    
       @NacosInjected
       private NamingService namingService;
    
       @Autowired
       private RequestMappingHandlerMapping handlerMapping;
    
       private final ExecutorService pool;
    
       /**
    * url list to ignore
    */
       private static List<String> ignoreUrlList = new LinkedList<>();
    
       static {
           ignoreUrlList.add("/error");
       }
    
       public AutoRegisterListener(ClientConfigProperties properties) {
           if (!check(properties)) {
               LOGGER.error("client config port,contextPath,appName adminUrl and version can't be empty!");
               throw new ShipException("client config port,contextPath,appName adminUrl and version can't be empty!");
           }
           this.properties = properties;
           pool = new ThreadPoolExecutor(1, 4, 0, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>());
       }
    
       /**
    * check the ClientConfigProperties
    *
    * @param properties
    * @return
    */
       private boolean check(ClientConfigProperties properties) {
           if (properties.getPort() == null| properties.getContextPath() == null
                  | properties.getVersion() == null| properties.getAppName() == null
                  | properties.getAdminUrl() == null) {
               return false;
           }
           return true;
       }
    
    
       @Override
       public void onApplicationEvent(ContextRefreshedEvent event) {
           if (!registered.compareAndSet(false, true)) {
               return;
           }
           doRegister();
           registerShutDownHook();
       }
    
       /**
    * send unregister request to admin when jvm shutdown
    */
       private void registerShutDownHook() {
           final String url = "http://" + properties.getAdminUrl() + AdminConstants.UNREGISTER_PATH;
           final UnregisterAppDTO unregisterAppDTO = new UnregisterAppDTO();
           unregisterAppDTO.setAppName(properties.getAppName());
           unregisterAppDTO.setVersion(properties.getVersion());
           unregisterAppDTO.setIp(IpUtil.getLocalIpAddress());
           unregisterAppDTO.setPort(properties.getPort());
           Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread(() -> {
               OkhttpTool.doPost(url, unregisterAppDTO);
               LOGGER.info("[{}:{}] unregister from ship-admin success!", unregisterAppDTO.getAppName(), unregisterAppDTO.getVersion());
           }));
       }
    
       /**
    * register all interface info to register center
    */
       private void doRegister() {
           Instance instance = new Instance();
           instance.setIp(IpUtil.getLocalIpAddress());
           instance.setPort(properties.getPort());
           instance.setEphemeral(true);
           Map<String, String> metadataMap = new HashMap<>();
           metadataMap.put("version", properties.getVersion());
           metadataMap.put("appName", properties.getAppName());
           instance.setMetadata(metadataMap);
           try {
               namingService.registerInstance(properties.getAppName(), NacosConstants.APP_GROUP_NAME, instance);
           } catch (NacosException e) {
               LOGGER.error("register to nacos fail", e);
               throw new ShipException(e.getErrCode(), e.getErrMsg());
           }
           LOGGER.info("register interface info to nacos success!");
           // send register request to ship-admin
           String url = "http://" + properties.getAdminUrl() + AdminConstants.REGISTER_PATH;
           RegisterAppDTO registerAppDTO = buildRegisterAppDTO(instance);
           OkhttpTool.doPost(url, registerAppDTO);
           LOGGER.info("register to ship-admin success!");
       }
    
    
       private RegisterAppDTO buildRegisterAppDTO(Instance instance) {
           RegisterAppDTO registerAppDTO = new RegisterAppDTO();
           registerAppDTO.setAppName(properties.getAppName());
           registerAppDTO.setContextPath(properties.getContextPath());
           registerAppDTO.setIp(instance.getIp());
           registerAppDTO.setPort(instance.getPort());
           registerAppDTO.setVersion(properties.getVersion());
           return registerAppDTO;
       }
    }

**3.2 ship-server**

ship-sever项目主要包括了两个部分内容， 1.请求动态路由的主流程 2.本地缓存数据和ship-admin及nacos同步，这部分在后面3.3再讲。

ship-server实现动态路由的原理是利用WebFilter拦截请求，然后将请求教给plugin chain去链式处理。

PluginFilter根据URL解析出appName，然后将启用的plugin组装成plugin chain。

public class PluginFilter implements WebFilter {
    
       private ServerConfigProperties properties;
    
       public PluginFilter(ServerConfigProperties properties) {
           this.properties = properties;
       }
    
       @Override
       public Mono<Void> filter(ServerWebExchange exchange, WebFilterChain chain) {
           String appName = parseAppName(exchange);
           if (CollectionUtils.isEmpty(ServiceCache.getAllInstances(appName))) {
               throw new ShipException(ShipExceptionEnum.SERVICE_NOT_FIND);
           }
           PluginChain pluginChain = new PluginChain(properties, appName);
           pluginChain.addPlugin(new DynamicRoutePlugin(properties));
           pluginChain.addPlugin(new AuthPlugin(properties));
           return pluginChain.execute(exchange, pluginChain);
       }
    
       private String parseAppName(ServerWebExchange exchange) {
           RequestPath path = exchange.getRequest().getPath();
           String appName = path.value().split("/")[1];
           return appName;
       }
    }```
    
    PluginChain继承了AbstractShipPlugin并持有所有要执行的插件。
    
    ```java
    * @Author: Ship
    * @Description:
    * @Date: Created in 2020/12/25
    */
    public class PluginChain extends AbstractShipPlugin {
       /**
    * the pos point to current plugin
    */
       private int pos;
       /**
    * the plugins of chain
    */
       private List<ShipPlugin> plugins;
    
       private final String appName;
    
       public PluginChain(ServerConfigProperties properties, String appName) {
           super(properties);
           this.appName = appName;
       }
    
       /**
    * add enabled plugin to chain
    *
    * @param shipPlugin
    */
       public void addPlugin(ShipPlugin shipPlugin) {
           if (plugins == null) {
               plugins = new ArrayList<>();
           }
           if (!PluginCache.isEnabled(appName, shipPlugin.name())) {
               return;
           }
           plugins.add(shipPlugin);
           // order by the plugin's order
           plugins.sort(Comparator.comparing(ShipPlugin::order));
       }
    
       @Override
       public Integer order() {
           return null;
       }
    
       @Override
       public String name() {
           return null;
       }
    
       @Override
       public Mono<Void> execute(ServerWebExchange exchange, PluginChain pluginChain) {
           if (pos == plugins.size()) {
               return exchange.getResponse().setComplete();
           }
           return pluginChain.plugins.get(pos++).execute(exchange, pluginChain);
       }
    
       public String getAppName() {
           return appName;
       }
    
    }

AbstractShipPlugin实现了ShipPlugin接口，并持有ServerConfigProperties配置对象。

public abstract class AbstractShipPlugin implements ShipPlugin {
    
       protected ServerConfigProperties properties;
    
       public AbstractShipPlugin(ServerConfigProperties properties) {
           this.properties = properties;
       }
    }```
    
    ShipPlugin接口定义了所有插件必须实现的三个方法order(),name()和execute()。
    
    ```java
    public interface ShipPlugin {
       /**
    * lower values have higher priority
    *
    * @return
    */
       Integer order();
    
       /**
    * return current plugin name
    *
    * @return
    */
       String name();
    
       Mono<Void> execute(ServerWebExchange exchange,PluginChain pluginChain);
    
    }```
    
    DynamicRoutePlugin继承了抽象类AbstractShipPlugin，包含了动态路由的主要业务逻辑。
    
    ```java
    * @Author: Ship
    * @Description:
    * @Date: Created in 2020/12/25
    */
    public class DynamicRoutePlugin extends AbstractShipPlugin {
    
       private final static Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(DynamicRoutePlugin.class);
    
       private static WebClient webClient;
    
       private static final Gson gson = new GsonBuilder().create();
    
       static {
           HttpClient httpClient = HttpClient.create()
                   .tcpConfiguration(client ->
                           client.doOnConnected(conn ->
                                   conn.addHandlerLast(new ReadTimeoutHandler(3))
                                           .addHandlerLast(new WriteTimeoutHandler(3)))
                                   .option(ChannelOption.TCP_NODELAY, true)
                   );
           webClient = WebClient.builder().clientConnector(new ReactorClientHttpConnector(httpClient))
                   .build();
       }
    
       public DynamicRoutePlugin(ServerConfigProperties properties) {
           super(properties);
       }
    
       @Override
       public Integer order() {
           return ShipPluginEnum.DYNAMIC_ROUTE.getOrder();
       }
    
       @Override
       public String name() {
           return ShipPluginEnum.DYNAMIC_ROUTE.getName();
       }
    
       @Override
       public Mono<Void> execute(ServerWebExchange exchange, PluginChain pluginChain) {
           String appName = pluginChain.getAppName();
           ServiceInstance serviceInstance = chooseInstance(appName, exchange.getRequest());
    //        LOGGER.info("selected instance is [{}]", gson.toJson(serviceInstance));
           // request service
           String url = buildUrl(exchange, serviceInstance);
           return forward(exchange, url);
       }
    
       /**
    * forward request to backend service
    *
    * @param exchange
    * @param url
    * @return
    */
       private Mono<Void> forward(ServerWebExchange exchange, String url) {
           ServerHttpRequest request = exchange.getRequest();
           ServerHttpResponse response = exchange.getResponse();
           HttpMethod method = request.getMethod();
    
           WebClient.RequestBodySpec requestBodySpec = webClient.method(method).uri(url).headers((headers) -> {
               headers.addAll(request.getHeaders());
           });
    
           WebClient.RequestHeadersSpec<?> reqHeadersSpec;
           if (requireHttpBody(method)) {
               reqHeadersSpec = requestBodySpec.body(BodyInserters.fromDataBuffers(request.getBody()));
           } else {
               reqHeadersSpec = requestBodySpec;
           }
           // nio->callback->nio
           return reqHeadersSpec.exchange().timeout(Duration.ofMillis(properties.getTimeOutMillis()))
                   .onErrorResume(ex -> {
                       return Mono.defer(() -> {
                           String errorResultJson = "";
                           if (ex instanceof TimeoutException) {
                               errorResultJson = "{\"code\":5001,\"message\":\"network timeout\"}";
                           } else {
                               errorResultJson = "{\"code\":5000,\"message\":\"system error\"}";
                           }
                           return ShipResponseUtil.doResponse(exchange, errorResultJson);
                       }).then(Mono.empty());
                   }).flatMap(backendResponse -> {
                       response.setStatusCode(backendResponse.statusCode());
                       response.getHeaders().putAll(backendResponse.headers().asHttpHeaders());
                       return response.writeWith(backendResponse.bodyToFlux(DataBuffer.class));
                   });
       }
    
       /**
    * weather the http method need http body
    *
    * @param method
    * @return
    */
       private boolean requireHttpBody(HttpMethod method) {
           if (method.equals(HttpMethod.POST)| method.equals(HttpMethod.PUT)| method.equals(HttpMethod.PATCH)) {
               return true;
           }
           return false;
       }
    
       private String buildUrl(ServerWebExchange exchange, ServiceInstance serviceInstance) {
           ServerHttpRequest request = exchange.getRequest();
           String query = request.getURI().getQuery();
           String path = request.getPath().value().replaceFirst("/" + serviceInstance.getAppName(), "");
           String url = "http://" + serviceInstance.getIp() + ":" + serviceInstance.getPort() + path;
           if (!StringUtils.isEmpty(query)) {
               url = url + "?" + query;
           }
           return url;
       }
    
    
       /**
    * choose an ServiceInstance according to route rule config and load balancing algorithm
    *
    * @param appName
    * @param request
    * @return
    */
       private ServiceInstance chooseInstance(String appName, ServerHttpRequest request) {
           List<ServiceInstance> serviceInstances = ServiceCache.getAllInstances(appName);
           if (CollectionUtils.isEmpty(serviceInstances)) {
               LOGGER.error("service instance of {} not find", appName);
               throw new ShipException(ShipExceptionEnum.SERVICE_NOT_FIND);
           }
           String version = matchAppVersion(appName, request);
           if (StringUtils.isEmpty(version)) {
               throw new ShipException("match app version error");
           }
           // filter serviceInstances by version
           List<ServiceInstance> instances = serviceInstances.stream().filter(i -> i.getVersion().equals(version)).collect(Collectors.toList());
           //Select an instance based on the load balancing algorithm
           LoadBalance loadBalance = LoadBalanceFactory.getInstance(properties.getLoadBalance(), appName, version);
           ServiceInstance serviceInstance = loadBalance.chooseOne(instances);
           return serviceInstance;
       }
    
    
       private String matchAppVersion(String appName, ServerHttpRequest request) {
           List<AppRuleDTO> rules = RouteRuleCache.getRules(appName);
           rules.sort(Comparator.comparing(AppRuleDTO::getPriority).reversed());
           for (AppRuleDTO rule : rules) {
               if (match(rule, request)) {
                   return rule.getVersion();
               }
           }
           return null;
       }
    
    
       private boolean match(AppRuleDTO rule, ServerHttpRequest request) {
           String matchObject = rule.getMatchObject();
           String matchKey = rule.getMatchKey();
           String matchRule = rule.getMatchRule();
           Byte matchMethod = rule.getMatchMethod();
           if (MatchObjectEnum.DEFAULT.getCode().equals(matchObject)) {
               return true;
           } else if (MatchObjectEnum.QUERY.getCode().equals(matchObject)) {
               String param = request.getQueryParams().getFirst(matchKey);
               if (!StringUtils.isEmpty(param)) {
                   return StringTools.match(param, matchMethod, matchRule);
               }
           } else if (MatchObjectEnum.HEADER.getCode().equals(matchObject)) {
               HttpHeaders headers = request.getHeaders();
               String headerValue = headers.getFirst(matchKey);
               if (!StringUtils.isEmpty(headerValue)) {
                   return StringTools.match(headerValue, matchMethod, matchRule);
               }
           }
           return false;
       }
    
    }

#### 3.3 数据同步 ####

**app数据同步**

后台服务（如订单服务）启动时，只将服务名，版本，ip地址和端口号注册到了Nacos，并没有实例的权重和启用的插件信息怎么办？

一般在线的实例权重和插件列表都是在管理界面配置，然后动态生效的，所以需要ship-admin定时更新实例的权重和插件信息到注册中心。

对应代码ship-admin的NacosSyncListener

* @Author: Ship
    * @Description:
    * @Date: Created in 2020/12/30
    */
    @Configuration
    public class NacosSyncListener implements ApplicationListener<ContextRefreshedEvent> {
    
       private static final Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(NacosSyncListener.class);
    
       private static ScheduledThreadPoolExecutor scheduledPool = new ScheduledThreadPoolExecutor(1,
               new ShipThreadFactory("nacos-sync", true).create());
    
       @NacosInjected
       private NamingService namingService;
    
       @Value("${nacos.discovery.server-addr}")
       private String baseUrl;
    
       @Resource
       private AppService appService;
    
       @Override
       public void onApplicationEvent(ContextRefreshedEvent event) {
           if (event.getApplicationContext().getParent() != null) {
               return;
           }
           String url = "http://" + baseUrl + NacosConstants.INSTANCE_UPDATE_PATH;
           scheduledPool.scheduleWithFixedDelay(new NacosSyncTask(namingService, url, appService), 0, 30L, TimeUnit.SECONDS);
       }
    
       class NacosSyncTask implements Runnable {
    
           private NamingService namingService;
    
           private String url;
    
           private AppService appService;
    
           private Gson gson = new GsonBuilder().create();
    
           public NacosSyncTask(NamingService namingService, String url, AppService appService) {
               this.namingService = namingService;
               this.url = url;
               this.appService = appService;
           }
    
           /**
    * Regular update weight,enabled plugins to nacos instance
    */
           @Override
           public void run() {
               try {
                   // get all app names
                   ListView<String> services = namingService.getServicesOfServer(1, Integer.MAX_VALUE, NacosConstants.APP_GROUP_NAME);
                   if (CollectionUtils.isEmpty(services.getData())) {
                       return;
                   }
                   List<String> appNames = services.getData();
                   List<AppInfoDTO> appInfos = appService.getAppInfos(appNames);
                   for (AppInfoDTO appInfo : appInfos) {
                       if (CollectionUtils.isEmpty(appInfo.getInstances())) {
                           continue;
                       }
                       for (ServiceInstance instance : appInfo.getInstances()) {
                           Map<String, Object> queryMap = buildQueryMap(appInfo, instance);
                           String resp = OkhttpTool.doPut(url, queryMap, "");
                           LOGGER.debug("response :{}", resp);
                       }
                   }
    
               } catch (Exception e) {
                   LOGGER.error("nacos sync task error", e);
               }
           }
    
           private Map<String, Object> buildQueryMap(AppInfoDTO appInfo, ServiceInstance instance) {
               Map<String, Object> map = new HashMap<>();
               map.put("serviceName", appInfo.getAppName());
               map.put("groupName", NacosConstants.APP_GROUP_NAME);
               map.put("ip", instance.getIp());
               map.put("port", instance.getPort());
               map.put("weight", instance.getWeight().doubleValue());
               NacosMetadata metadata = new NacosMetadata();
               metadata.setAppName(appInfo.getAppName());
               metadata.setVersion(instance.getVersion());
               metadata.setPlugins(String.join(",", appInfo.getEnabledPlugins()));
               map.put("metadata", StringTools.urlEncode(gson.toJson(metadata)));
               map.put("ephemeral", true);
               return map;
           }
       }
    }

ship-server再定时从Nacos拉取app数据更新到本地Map缓存。

* @Author: Ship
    * @Description: sync data to local cache
    * @Date: Created in 2020/12/25
    */
    @Configuration
    public class DataSyncTaskListener implements ApplicationListener<ContextRefreshedEvent> {
    
       private static ScheduledThreadPoolExecutor scheduledPool = new ScheduledThreadPoolExecutor(1,
               new ShipThreadFactory("service-sync", true).create());
    
       @NacosInjected
       private NamingService namingService;
    
       @Autowired
       private ServerConfigProperties properties;
    
       @Override
       public void onApplicationEvent(ContextRefreshedEvent event) {
           if (event.getApplicationContext().getParent() != null) {
               return;
           }
           scheduledPool.scheduleWithFixedDelay(new DataSyncTask(namingService)
                   , 0L, properties.getCacheRefreshInterval(), TimeUnit.SECONDS);
           WebsocketSyncCacheServer websocketSyncCacheServer = new WebsocketSyncCacheServer(properties.getWebSocketPort());
           websocketSyncCacheServer.start();
       }
    
    
       class DataSyncTask implements Runnable {
    
           private NamingService namingService;
    
           public DataSyncTask(NamingService namingService) {
               this.namingService = namingService;
           }
    
           @Override
           public void run() {
               try {
                   // get all app names
                   ListView<String> services = namingService.getServicesOfServer(1, Integer.MAX_VALUE, NacosConstants.APP_GROUP_NAME);
                   if (CollectionUtils.isEmpty(services.getData())) {
                       return;
                   }
                   List<String> appNames = services.getData();
                   // get all instances
                   for (String appName : appNames) {
                       List<Instance> instanceList = namingService.getAllInstances(appName, NacosConstants.APP_GROUP_NAME);
                       if (CollectionUtils.isEmpty(instanceList)) {
                           continue;
                       }
                       ServiceCache.add(appName, buildServiceInstances(instanceList));
                       List<String> pluginNames = getEnabledPlugins(instanceList);
                       PluginCache.add(appName, pluginNames);
                   }
                   ServiceCache.removeExpired(appNames);
                   PluginCache.removeExpired(appNames);
    
               } catch (NacosException e) {
                   e.printStackTrace();
               }
           }
    
           private List<String> getEnabledPlugins(List<Instance> instanceList) {
               Instance instance = instanceList.get(0);
               Map<String, String> metadata = instance.getMetadata();
               // plugins: DynamicRoute,Auth
               String plugins = metadata.getOrDefault("plugins", ShipPluginEnum.DYNAMIC_ROUTE.getName());
               return Arrays.stream(plugins.split(",")).collect(Collectors.toList());
           }
    
           private List<ServiceInstance> buildServiceInstances(List<Instance> instanceList) {
               List<ServiceInstance> list = new LinkedList<>();
               instanceList.forEach(instance -> {
                   Map<String, String> metadata = instance.getMetadata();
                   ServiceInstance serviceInstance = new ServiceInstance();
                   serviceInstance.setAppName(metadata.get("appName"));
                   serviceInstance.setIp(instance.getIp());
                   serviceInstance.setPort(instance.getPort());
                   serviceInstance.setVersion(metadata.get("version"));
                   serviceInstance.setWeight((int) instance.getWeight());
                   list.add(serviceInstance);
               });
               return list;
           }
       }
    }

**路由规则数据同步**

同时，如果用户在管理后台更新了路由规则，ship-admin需要推送规则数据到ship-server，这里参考了soul网关的做法利用websocket在第一次建立连接后进行全量同步，此后路由规则发生变更就只作增量同步。

服务端WebsocketSyncCacheServer：

* @Author: Ship
    * @Description:
    * @Date: Created in 2020/12/28
    */
    public class WebsocketSyncCacheServer extends WebSocketServer {
    
       private final static Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(WebsocketSyncCacheServer.class);
    
       private Gson gson = new GsonBuilder().create();
    
       private MessageHandler messageHandler;
    
       public WebsocketSyncCacheServer(Integer port) {
           super(new InetSocketAddress(port));
           this.messageHandler = new MessageHandler();
       }
    
    
       @Override
       public void onOpen(WebSocket webSocket, ClientHandshake clientHandshake) {
           LOGGER.info("server is open");
       }
    
       @Override
       public void onClose(WebSocket webSocket, int i, String s, boolean b) {
           LOGGER.info("websocket server close...");
       }
    
       @Override
       public void onMessage(WebSocket webSocket, String message) {
           LOGGER.info("websocket server receive message:\n[{}]", message);
           this.messageHandler.handler(message);
       }
    
       @Override
       public void onError(WebSocket webSocket, Exception e) {
    
       }
    
       @Override
       public void onStart() {
           LOGGER.info("websocket server start...");
       }
    
    
       class MessageHandler {
    
           public void handler(String message) {
               RouteRuleOperationDTO operationDTO = gson.fromJson(message, RouteRuleOperationDTO.class);
               if (CollectionUtils.isEmpty(operationDTO.getRuleList())) {
                   return;
               }
               Map<String, List<AppRuleDTO>> map = operationDTO.getRuleList()
                       .stream().collect(Collectors.groupingBy(AppRuleDTO::getAppName));
               if (OperationTypeEnum.INSERT.getCode().equals(operationDTO.getOperationType())
                      | OperationTypeEnum.UPDATE.getCode().equals(operationDTO.getOperationType())) {
                   RouteRuleCache.add(map);
               } else if (OperationTypeEnum.DELETE.getCode().equals(operationDTO.getOperationType())) {
                   RouteRuleCache.remove(map);
               }
           }
       }
    }

客户端WebsocketSyncCacheClient：

* @Author: Ship
    * @Description:
    * @Date: Created in 2020/12/28
    */
    @Component
    public class WebsocketSyncCacheClient {
    
       private final static Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(WebsocketSyncCacheClient.class);
    
       private WebSocketClient client;
    
       private RuleService ruleService;
    
       private Gson gson = new GsonBuilder().create();
    
       public WebsocketSyncCacheClient(@Value("${ship.server-web-socket-url}") String serverWebSocketUrl,
    RuleService ruleService) {
           if (StringUtils.isEmpty(serverWebSocketUrl)) {
               throw new ShipException(ShipExceptionEnum.CONFIG_ERROR);
           }
           this.ruleService = ruleService;
           ScheduledThreadPoolExecutor executor = new ScheduledThreadPoolExecutor(1,
                   new ShipThreadFactory("websocket-connect", true).create());
           try {
               client = new WebSocketClient(new URI(serverWebSocketUrl)) {
                   @Override
                   public void onOpen(ServerHandshake serverHandshake) {
                       LOGGER.info("client is open");
                       List<AppRuleDTO> list = ruleService.getEnabledRule();
                       String msg = gson.toJson(new RouteRuleOperationDTO(OperationTypeEnum.INSERT, list));
                       send(msg);
                   }
    
                   @Override
                   public void onMessage(String s) {
                   }
    
                   @Override
                   public void onClose(int i, String s, boolean b) {
                   }
    
                   @Override
                   public void onError(Exception e) {
                       LOGGER.error("websocket client error", e);
                   }
               };
    
               client.connectBlocking();
               //使用调度线程池进行断线重连，30秒进行一次
               executor.scheduleAtFixedRate(() -> {
                   if (client != null && client.isClosed()) {
                       try {
                           client.reconnectBlocking();
                       } catch (InterruptedException e) {
                           LOGGER.error("reconnect server fail", e);
                       }
                   }
               }, 10, 30, TimeUnit.SECONDS);
    
           } catch (Exception e) {
               LOGGER.error("websocket sync cache exception", e);
               throw new ShipException(e.getMessage());
           }
       }
    
       public <T> void send(T t) {
           while (!client.getReadyState().equals(ReadyState.OPEN)) {
               LOGGER.debug("connecting ...please wait");
           }
           client.send(gson.toJson(t));
       }
    }

## 四、测试 ##

#### 4.1动态路由测试 ####

1、本地启动nacos ,**sh startup.sh -m standalone**

2、启动ship-admin

3、本地启动两个ship-example实例。

实例1配置：

ship:
     http:
       app-name: order
       version: gray_1.0
       context-path: /order
       port: 8081
       admin-url: 127.0.0.1:9001
    
     server:
     port: 8081
    
     nacos:
     discovery:
       server-addr: 127.0.0.1:8848

实例2配置：

ship:
     http:
       app-name: order
       version: prod_1.0
       context-path: /order
       port: 8082
       admin-url: 127.0.0.1:9001
    
     server:
     port: 8082
    
     nacos:
     discovery:
       server-addr: 127.0.0.1:8848

4、在数据库添加路由规则配置，该规则表示当http header 中的name=ship时请求路由到gray\_1.0版本的节点。

![916b9298897eeb18cf78a80ccd985215.png][]

5、启动ship-server,看到以下日志时则可以进行测试了。

2021-01-02 19:57:09.159  INFO 30413 --- [SocketWorker-29] cn.sp.sync.WebsocketSyncCacheServer      : websocket server receive message:
     [{"operationType":"INSERT","ruleList":[{"id":1,"appId":5,"appName":"order","version":"gray_1.0","matchObject":"HEADER","matchKey":"name","matchMethod":1,"matchRule":"ship","priority":50}]}]

6、用Postman请求`http://localhost:9000/order/user/add`,POST方式，header设置name=ship，可以看到只有实例1有日志显示。

==========add user,version:gray_1.0

#### 4.2性能压测 ####

压测环境：

*  MacBook Pro 13英寸
 *  处理器 2.3 GHz 四核Intel Core i7
 *  内存 16 GB 3733 MHz LPDDR4X
 *  后端节点个数一个
 *  压测工具：wrk
 *  压测结果：20个线程，500个连接数，吞吐量大概每秒9400个请求。

![4be3d367f37c0e3e0558502b516e2612.png][]

## 五、总结 ##

千里之行始于足下，开始以为写一个网关会很难，但当你实际开始行动时就会发现其实没那么难，所以迈出第一步很重要。过程中也遇到了很多问题，还在github上给soul和nacos这两个开源项目提了两个issue，后来发现是自己的问题，尴尬。

本文代码已全部上传到 `https://github.com/2YSP/ship-gate`