【微服务】（十）—— 统一网关Gateway

Myth丶恋晨 2023-09-30 13:13 43阅读 0赞

## ![watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5py65pm65YW1_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16][] ##

**目录**

一、概述

1）为什么需要网关

2）SpringCloud Gateway

二、gateway快速入门

搭建网关服务

1、创建新的module，引入SpringCloudGateway的依赖和nacos的服务发现依赖：

2、编写路由配置和nacos地址

三、断言工厂

路由断言工厂Route Predicate Factory

四、过滤器工厂

路由过滤器 GatewayFilter

五、全局过滤器

全局过滤器 GlobalFilter

过滤器执行顺序

网关自定义过滤器

六、跨域问题

七、限流过滤器

1）限流过滤器-计数器算法

2）限流过滤器-漏桶算法

3）限流过滤器-令牌桶算法

--------------------

## 一、概述 ##

### 1）为什么需要网关 ###

> 网关功能：
> 
>  *  身份认证和权限校验
>  *  服务路由、负载均衡
>  *  请求限流

![watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5py65pm65YW1_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1][]

### 2）SpringCloud Gateway ###

> 在SpringCloud微服务体系中，有个很重要的组件就是网关，在1.x版本中都是采用的Zuul网关；但在2.x版本中，zuul的升级一直跳票，SpringCloud最后自己研发了一个网关替代Zuul，那就是SpringCloud Gateway
> 
> 网上很多地方都说Zuul是阻塞的，Gateway是非阻塞的，这么说是不严谨的，准确的讲Zuul1.x是阻塞的，而在2.x的版本中，Zuul也是基于Netty，也是非阻塞的，如果一定要说性能，其实这个真没多大差距。
> 
> 而官方出过一个测试项目，创建了一个benchmark的测试项目：
> 
> spring-cloud-gateway-bench，其中对比了：
> 
> * Spring Cloud Gateway
> * Zuul1.x
> * Linkerd
> 
> <table> 
> <tbody> 
> <tr> 
> <td style="vertical-align:top;"> Proxy </td> 
> <td style="vertical-align:top;"> Avg Latency </td> 
> <td style="vertical-align:top;"> Avg Req/Sec/Thread </td> 
> </tr> 
> <tr> 
> <td style="vertical-align:top;"> gateway </td> 
> <td style="vertical-align:top;"> 6.61ms </td> 
> <td style="vertical-align:top;"> 3.24k </td> 
> </tr> 
> <tr> 
> <td style="vertical-align:top;"> linkered </td> 
> <td style="vertical-align:top;"> 7.62ms </td> 
> <td style="vertical-align:top;"> 2.82k </td> 
> </tr> 
> <tr> 
> <td style="vertical-align:top;"> zuul </td> 
> <td style="vertical-align:top;"> 12.56ms </td> 
> <td style="vertical-align:top;"> 2.09k </td> 
> </tr> 
> <tr> 
> <td style="vertical-align:top;"> none </td> 
> <td style="vertical-align:top;"> 2.09ms </td> 
> <td style="vertical-align:top;"> 11.77k </td> 
> </tr> 
> </tbody> 
> </table>
> 
> 还有一点就是Gateway是**基于WebFlux**的。这里引出了WebFlux名词，**那什么是WebFlux？**
> 
> ![watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5py65pm65YW1_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 2][]
> 
> 左侧是传统的基于Servlet的Spring Web MVC框架，
> 
> 传统的Web框架，比如说：struts2，springmvc等都是基于Servlet API与Servlet容器基础之上运行的，在Servlet3.1之后才有了异步非阻塞的支持。
> 
> 右侧是5.0版本新引入的基于Reactive Streams的Spring WebFlux框架，从上到下依次是Router Functions，WebFlux，Reactive Streams三个新组件。
> 
> **Router Functions:**对标@Controller，@RequestMapping等标准的Spring MVC注解，提供一套函数式风格的API，用于创建Router，Handler和Filter。
> 
> **WebFlux:** 核心组件，协调上下游各个组件提供响应式编程支持。
> 
> **Reactive Streams:** 一种支持背压（Backpressure）的异步数据流处理标准，主流实现有RxJava和Reactor，Spring WebFlux默认集成的是Reactor。
> 
> 在Web容器的选择上，**Spring WebFlux**既支持像Tomcat，Jetty这样的的传统容器（前提是支持Servlet 3.1 Non-Blocking IO API），又支持像Netty，Undertow那样的异步容器。不管是何种容器，Spring WebFlux都会将其输入输出流适配成Flux<DataBuffer>格式，以便进行统一处理。
> 
> 值得一提的是，除了新的Router Functions接口，Spring WebFlux同时支持使用老的Spring MVC注解声明Reactive Controller。和传统的MVC Controller不同，Reactive Controller操作的是非阻塞的ServerHttpRequest和ServerHttpResponse，而不再是Spring MVC里的HttpServletRequest和HttpServletResponse。
> 
> 根据官方的说法，webflux主要在如下两方面体现出独有的优势：
> 
> * 1、非阻塞式
> 
> 其实在servlet3.1提供了非阻塞的API，WebFlux提供了一种比其更完美的解决方案。使用非阻塞的方式可以利用较小的线程或硬件资源来处理并发进而提高其可伸缩性
> 
> * 2、函数式编程端点
> 
> 老生常谈的编程方式了，Spring5必须让你使用java8，那么函数式编程就是java8重要的特点之一，而WebFlux支持函数式编程来定义路由端点处理请求。

## 二、gateway快速入门 ##

### 搭建网关服务 ###

搭建网关服务的步骤

#### 1、创建新的module，引入SpringCloudGateway的依赖和nacos的服务发现依赖： ####

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

#### 2、编写路由配置和nacos地址 ####

server:
      port: 10010 # 网关端口
    spring:
      application:
        name: gateway # 服务名称
      cloud:
        nacos:
          server-addr: localhost:8848 # nacos地址
        gateway:
          routes: # 网关路由配置
            - id: user-service # 路由id，自定义，只要唯一即可
              # uri: http://127.0.0.1:8081 # 路由的目标地址 http就是固定地址
              uri: lb://userservice # 路由的目标地址 lb就是负载均衡，后面跟服务名称
              predicates: # 路由断言，也就是判断请求是否符合路由规则的条件
                - Path=/user/** # 这个是按照路径匹配，只要以/user/开头就符合要求

![watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5py65pm65YW1_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 3][]

## 三、断言工厂 ##

### 路由断言工厂Route Predicate Factory ###

> 网关路由可以配置的内容包括：
> 
> * 路由id：路由唯一标示
> * uri：路由目的地，支持lb和http两种
> * predicates：路由断言，判断请求是否符合要求，符合则转发到路由目的地
> * filters：路由过滤器，处理请求或响应
> * 我们在配置文件中写的断言规则只是字符串，这些字符串会被Predicate Factory读取并处理，转变为路由判断的条件
> * 例如Path=/user/\*\*是按照路径匹配，这个规则是由org.springframework.cloud.gateway.handler.predicate.PathRoutePredicateFactory类来处理的
> * 像这样的断言工厂在SpringCloudGateway还有十几个
> 
> [Spring Cloud Gateway][]
> 
> ![watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5py65pm65YW1_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 4][]
> 
> <table> 
> <tbody> 
> <tr> 
> <td> 名称 </td> 
> <td> 说明 </td> 
> <td> 示例 </td> 
> </tr> 
> <tr> 
> <td> After </td> 
> <td> 是某个时间点后的请求 </td> 
> <td> -&nbsp;After=2037-01-20T17:42:47.789-07:00[America/Denver] </td> 
> </tr> 
> <tr> 
> <td> Before </td> 
> <td> 是某个时间点之前的请求 </td> 
> <td> -&nbsp;Before=2031-04-13T15:14:47.433+08:00[Asia/Shanghai] </td> 
> </tr> 
> <tr> 
> <td> Between </td> 
> <td> 是某两个时间点之前的请求 </td> 
> <td> -&nbsp;Between=2037-01-20T17:42:47.789-07:00[America/Denver],&nbsp;2037-01-21T17:42:47.789-07:00[America/Denver] </td> 
> </tr> 
> <tr> 
> <td> Cookie </td> 
> <td> 请求必须包含某些cookie </td> 
> <td> -&nbsp;Cookie=chocolate,&nbsp;ch.p </td> 
> </tr> 
> <tr> 
> <td> Header </td> 
> <td> 请求必须包含某些header </td> 
> <td> -&nbsp;Header=X-Request-Id,&nbsp;\d+ </td> 
> </tr> 
> <tr> 
> <td> Host </td> 
> <td> 请求必须是访问某个host（域名） </td> 
> <td> -&nbsp;Host=**.somehost.org,**.anotherhost.org </td> 
> </tr> 
> <tr> 
> <td> Method </td> 
> <td> 请求方式必须是指定方式 </td> 
> <td> -&nbsp;Method=GET,POST </td> 
> </tr> 
> <tr> 
> <td> Path </td> 
> <td> 请求路径必须符合指定规则 </td> 
> <td> -&nbsp;Path=/red/{segment},/blue/** </td> 
> </tr> 
> <tr> 
> <td> Query </td> 
> <td> 请求参数必须包含指定参数 </td> 
> <td> -&nbsp;Query=name,&nbsp;Jack或者-&nbsp;Query=name </td> 
> </tr> 
> <tr> 
> <td> RemoteAddr </td> 
> <td> 请求者的ip必须是指定范围 </td> 
> <td> -&nbsp;RemoteAddr=192.168.1.1/24 </td> 
> </tr> 
> <tr> 
> <td> Weight </td> 
> <td> 权重处理 </td> 
> <td> </td> 
> </tr> 
> </tbody> 
> </table>

server:
      port: 10010 #网关端口
    spring:
      application:
        name: gateway #服务名称
      cloud:
        nacos:
          server-addr: localhost:10086  #nacos地址
        gateway:
          routes:
            - id: user-service  #路由id，自定义，只要唯一就行
    #          uri:  http://localhost:8881   #路由的目标地址，http就是固定地址
              uri: lb://userservice #路由的目标地址  lb就是负载均衡，后面接服务名称
              predicates:    #路由断言，也就是判断请求符合路由的规则
                - Path=/user/**   #这个是按照路由路径匹配，只要以 /user/开头就符合要求
            - id: order-service
              uri: lb://orderservice
              predicates:
                - Path=/order/**
                - After=2023-01-20T17:42:47.789-07:00[America/Denver]

## 四、过滤器工厂 ##

### 路由过滤器 GatewayFilter ###

> GatewayFilter是网关中提供的一种过滤器，可以对进入网关的请求和微服务返回的响应做处理：
> 
> ![watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5py65pm65YW1_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 5][]
> 
> Spring提供了31种不同的路由过滤器工厂。例如：
> 
> <table> 
> <tbody> 
> <tr> 
> <td> 名称 </td> 
> <td> 说明 </td> 
> </tr> 
> <tr> 
> <td> AddRequestHeader </td> 
> <td> 给当前请求添加一个请求头 </td> 
> </tr> 
> <tr> 
> <td> RemoveRequestHeader </td> 
> <td> 移除请求中的一个请求头 </td> 
> </tr> 
> <tr> 
> <td> AddResponseHeader </td> 
> <td> 给响应结果中添加一个响应头 </td> 
> </tr> 
> <tr> 
> <td> RemoveResponseHeader </td> 
> <td> 从响应结果中移除有一个响应头 </td> 
> </tr> 
> <tr> 
> <td> RequestRateLimiter </td> 
> <td> 限制请求的流量 </td> 
> </tr> 
> <tr> 
> <td> ... </td> 
> <td> </td> 
> </tr> 
> </tbody> 
> </table>
> 
> 给单个微服务添加过滤器
> 
> spring:
> cloud:
> gateway:
> routes:
> - id: add_request_header_route
> uri: https://example.org
> predicates:
> - Path=/red/{segment}
> filters:
> - AddRequestHeader=X-Request-Red, Blue-{segment}
> 
> 默认过滤器
> 
> server:
> port: 10010 #网关端口
> spring:
> application:
> name: gateway #服务名称
> cloud:
> nacos:
> server-addr: localhost:10086 #nacos地址
> gateway:
> routes:
> - id: user-service #路由id，自定义，只要唯一就行
> # uri: http://localhost:8881 #路由的目标地址，http就是固定地址
> uri: lb://userservice #路由的目标地址 lb就是负载均衡，后面接服务名称
> predicates: #路由断言，也就是判断请求符合路由的规则
> - Path=/user/** #这个是按照路由路径匹配，只要以 /user/开头就符合要求
> # filters:
> # - AddRequestHeader=MyHead,jizhibing
> - id: order-service
> uri: lb://orderservice
> predicates:
> - Path=/order/**
> - After=2023-01-20T17:42:47.789-07:00[America/Denver]
> default-filters:
> - AddRequestHeader=MyHead,jizhibing
> 
> @Slf4j
> @RestController
> @RequestMapping("/user")
> public class UserController {
> 
> @Autowired
> private UserService userService;
> 
> /**
> * 路径： /user/110
> *
> * @param id 用户id
> * @return 用户
> */
> @GetMapping("/{id}")
> public User queryById(@PathVariable("id") Long id,@RequestHeader(value = "MyHead",required = false) String myHead) {
> System.out.println("MyHead : "+myHead);
> return userService.queryById(id);
> }
> }
> 
> 显示效果：
> 
> 04-23 08:00:03:112 INFO 95612 --- [nio-8880-exec-1] o.a.c.c.C.[Tomcat].[localhost].[/] : Initializing Spring DispatcherServlet 'dispatcherServlet'
> 04-23 08:00:03:112 INFO 95612 --- [nio-8880-exec-1] o.s.web.servlet.DispatcherServlet : Initializing Servlet 'dispatcherServlet'
> 04-23 08:00:03:116 INFO 95612 --- [nio-8880-exec-1] o.s.web.servlet.DispatcherServlet : Completed initialization in 4 ms
> MyHead : jizhibing
> 2
> 04-23 08:00:03:155 INFO 95612 --- [nio-8880-exec-1] com.zaxxer.hikari.HikariDataSource : HikariPool-1 - Starting...
> 04-23 08:00:03:331 INFO 95612 --- [nio-8880-exec-1] com.zaxxer.hikari.HikariDataSource : HikariPool-1 - Start completed.

##  ##

## 五、全局过滤器 ##

### 全局过滤器 GlobalFilter ###

> 全局过滤器的作用也是处理一切进入网关的请求和微服务响应，与GatewayFilter的作用一样。 区别在于GatewayFilter通过配置定义，处理逻辑是固定的。而GlobalFilter的逻辑需要自己写代码实现。 定义方式是实现GlobalFilter接口。
> 
> public interface GlobalFilter { 
> /** 
> * 处理当前请求，有必要的话通过{@link GatewayFilterChain}将请求交给下一个过滤器处理
> *
> * @param exchange 请求上下文，里面可以获取Request、Response等信息 
> * @param chain 用来把请求委托给下一个过滤器 
> * @return {@code Mono<Void>} 返回标示当前过滤器业务结束 
> */ 
> Mono<Void> filter(ServerWebExchange exchange, GatewayFilterChain chain);
> 
> }
> 
> ### 过滤器执行顺序 ###
> 
> 请求进入网关会碰到三类过滤器：当前路由的过滤器、DefaultFilter、GlobalFilter 请求路由后，会将当前路由过滤器和DefaultFilter、GlobalFilter，合并到一个过滤器链（集合）中，排序后依次执行每个过滤器
> 
> ![watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5py65pm65YW1_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 6][]
> 
> * 每一个过滤器都必须指定一个int类型的order值，order值越小，优先级越高，执行顺序越靠前。
> * GlobalFilter通过实现Ordered接口，或者添加@Order注解来指定order值，由我们自己指定 路由过滤器和defaultFilter的order由Spring指定，默认是按照声明顺序从1递增。
> * 当过滤器的order值一样时，会按照 defaultFilter > 路由过滤器 > GlobalFilter的顺序执行。
> 
> 可以参考下面几个类的源码来查看：
> 
> org.springframework.cloud.gateway.route.RouteDefinitionRouteLocator\#getFilters() 
> 方法是先加载defaultFilters，然后再加载某个route的filters，然后合并。
> 
> private List<GatewayFilter> getFilters(RouteDefinition routeDefinition) {
> List<GatewayFilter> filters = new ArrayList();
> if (!this.gatewayProperties.getDefaultFilters().isEmpty()) {
> filters.addAll(this.loadGatewayFilters("defaultFilters", new ArrayList(this.gatewayProperties.getDefaultFilters())));
> }
> 
> if (!routeDefinition.getFilters().isEmpty()) {
> filters.addAll(this.loadGatewayFilters(routeDefinition.getId(), new ArrayList(routeDefinition.getFilters())));
> }
> 
> AnnotationAwareOrderComparator.sort(filters);
> return filters;
> }
> 
> org.springframework.cloud.gateway.handler.FilteringWebHandler\#handle() 
> 方法会加载全局过滤器，与前面的过滤器合并后根据order排序，组织过滤器链
> 
> public Mono<Void> handle(ServerWebExchange exchange) {
> Route route = (Route)exchange.getRequiredAttribute(ServerWebExchangeUtils.GATEWAY_ROUTE_ATTR);
> List<GatewayFilter> gatewayFilters = route.getFilters();
> List<GatewayFilter> combined = new ArrayList(this.globalFilters);
> combined.addAll(gatewayFilters);
> AnnotationAwareOrderComparator.sort(combined);
> if (logger.isDebugEnabled()) {
> logger.debug("Sorted gatewayFilterFactories: " + combined);
> }
> 
> return (new FilteringWebHandler.DefaultGatewayFilterChain(combined)).filter(exchange);
> }
> 
> ### 网关自定义过滤器 ###
> 
> 模拟用户登陆权限过滤器
> 
> package com.cloud.gateway;
> 
> import org.springframework.cloud.gateway.filter.GatewayFilterChain;
> import org.springframework.cloud.gateway.filter.GlobalFilter;
> import org.springframework.core.Ordered;
> import org.springframework.core.annotation.Order;
> import org.springframework.http.HttpStatus;
> import org.springframework.http.server.reactive.ServerHttpRequest;
> import org.springframework.stereotype.Component;
> import org.springframework.util.MultiValueMap;
> import org.springframework.web.server.ServerWebExchange;
> import reactor.core.publisher.Mono;
> 
> /**
> * @author ：jizhibing
> * @date ：Created in 2022/4/23
> * @description：
> */
> //@Order(-1)
> @Component
> public class AuthorizeFilter implements GlobalFilter ,Ordered {
> 
> @Override
> public Mono<Void> filter(ServerWebExchange exchange, GatewayFilterChain chain) {
> //1、获取请求参数
> ServerHttpRequest request = exchange.getRequest();
> MultiValueMap<String, String> queryParams = request.getQueryParams();
> //2、获取请求中的authorization参数
> String authorization = queryParams.getFirst("authorization");
> //3、判断参数值是否等于 admin
> if("admin".equals(authorization)){
> //4、是 放行
> return chain.filter(exchange);
> }
> //5、否 拦截
> //5.1设置状态码 401
> exchange.getResponse().setStatusCode(HttpStatus.UNAUTHORIZED);
> //5.2请求拦截
> return exchange.getResponse().setComplete();
> }
> 
> @Override
> public int getOrder() {
> return -1;
> }
> }
> 
> 不加请求头授权信息 authorization
> 
> ![watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5py65pm65YW1_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 7][]
> 
> 添加请求头授权信息
> 
> authorization = admin
> 
> ![watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5py65pm65YW1_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 8][]

## 六、跨域问题 ##

> 跨域：域名不一致就是跨域，主要包括：
> 
>  *  域名不同： www.taobao.com 和 www.taobao.org 和 www.jd.com 和 miaosha.jd.com
>  *  域名相同，端口不同：localhost:8080和localhost：8081
> 
> **跨域问题**：**浏览器禁止**请求的发起者与服务端发生跨域**ajax请求**，请求被浏览器拦截的问题 **解决方案**：CORS
> 
> 网关处理跨域采用的同样是CORS方案，并且只需要简单配置即可实现：
> 
>     spring:
>       cloud:
>         gateway:
>           globalcors: # 全局的跨域处理
>             add-to-simple-url-handler-mapping: true # 解决options请求被拦截问题
>             corsConfigurations:
>               '[/**]':
>                 allowedOrigins: # 允许哪些网站的跨域请求
>                   - "http://localhost:8090"
>                   - "http://www.leyou.com"
>                 allowedMethods: # 允许的跨域ajax的请求方式
>                   - "GET"
>                   - "POST"
>                   - "DELETE"
>                   - "PUT"
>                   - "OPTIONS"
>                 allowedHeaders: "*" # 允许在请求中携带的头信息
>                 allowCredentials: true # 是否允许携带cookie
>                 maxAge: 360000 # 这次跨域检测的有效期

## 七、限流过滤器 ##

**限流：对应用服务器的请求做限制，避免因过多请求而导致服务器过载甚至宕机。限流算法常见的包括两种：**

*  计数器算法，又包括窗口计数器算法、滑动窗口计数器算法
 *  漏桶算法(Leaky Bucket)
 *  令牌桶算法（Token Bucket）

### 1）限流过滤器-计数器算法 ###

> 固定窗口计数器算法概念如下：
> 
>  *  将时间划分为多个窗口；
>  *  在每个窗口内每有一次请求就将计数器加一，当时间到达下一个窗口时，计数器重置；
>  *  如果计数器超过了限制数量，则本窗口内所有的请求都被丢弃。
> 
> ![watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5py65pm65YW1_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 9][]

### 2）限流过滤器-漏桶算法 ###

> 漏桶算法说明：
> 
>  *  将每个请求视作"水滴"放入"漏桶"进行存储；
>  *  "漏桶"以固定速率向外"漏"出请求来执行，如果"漏桶"空了则停止"漏水”；
>  *  如果"漏桶"满了则多余的"水滴"会被直接丢弃。
> 
> ![watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5py65pm65YW1_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 10][]

### 3）限流过滤器-令牌桶算法 ###

> 漏桶算法说明：
> 
>  *  以固定的速率生成令牌，存入令牌桶中，如果令牌桶满了以后，多余令牌丢弃
>  *  请求进入后，必须先尝试从桶中获取令牌，获取到令牌后才可以被处理
>  *  如果令牌桶中没有令牌，则请求等待或丢弃
> 
> ![watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5py65pm65YW1_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 11][]

![watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5py65pm65YW1_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 12][]

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[Spring Cloud Gateway]: https://docs.spring.io/spring-cloud-gateway/docs/current/reference/html/#gateway-request-predicates-factories
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