【Spring Cloud 微服務】2.守護神網關Gateway

1.API網關的作用

2.Spring Cloud Gateway 是什么？

3.核心由來與背景

1. 微服務架構的挑戰：

2. API 網關模式的興起：

3. Zuul 的局限性：

4. Spring Cloud Gateway 的誕生：

4.核心特征：

5.核心概念與工作原理

1. 路由 (Route)

2. 斷言 (Predicate)

3. 過濾器 (Filter)

工作原理流程

6.如何與 Spring Cloud 集成

第一步：創建項目并添加依賴

第二步：配置文件 (application.yml)

第三步：編寫簡單的降級控制器

第四步：主啟動類

7.集成案例：一個簡單的路由

總結

1.API網關的作用

在微服務中，每個模塊都是單獨的服務，每個服務之間通過Fegin或著RPC之間進行通信，那我們客戶端如何與不同服務進行調用呢？

但是帶來以下幾個問題

在我們引入APi網關之后

架構優勢：

簡化客戶端：客戶端只需知道網關的地址，不需要了解所有微服務的細節
安全性：可以在網關層面統一實施安全策略
可觀察性：集中收集日志、指標和追蹤信息
靈活性：可以在不影響客戶端的情況下重構后端服務

2.Spring Cloud Gateway 是什么？

Spring Cloud Gateway 是基于 Spring 5、Spring Boot 2 和 Project Reactor 等技術構建的 API 網關。它的核心是一個建立在 Spring Framework 之上的反向代理，旨在為微服務架構提供一種簡單、有效且統一的方式來路由到 API，并提供跨領域的關注點，如：安全、監控/指標和彈性。

3.核心由來與背景

要理解 Spring Cloud Gateway 的由來，需要先了解微服務架構的演進和其前身。

1. 微服務架構的挑戰：

在微服務架構中，系統被拆分為數十甚至上百個細粒度的服務。客戶端（如 Web 前端、移動 App）如果直接與這些服務通信，會面臨諸多問題：

客戶端復雜性：客戶端需要知道所有服務的網絡位置（IP/域名）。
交叉關切點：每個服務都需要獨立實現認證、授權、日志、限流等功能，造成代碼重復和維護困難。
協議適配：后端微服務可能使用 gRPC、Dubbo 等協議，而外部客戶端通常只接受 HTTP/HTTPS。

2. API 網關模式的興起：

為了解決上述問題，API 網關模式 應運而生。它作為系統的唯一入口，扮演了“門衛”和“路由器”的角色，將所有非業務功能集中處理。Netflix 開源的 Zuul 是這個領域的先驅。

3. Zuul 的局限性：

Spring Cloud 早期整合了 Netflix Zuul 1.x 作為其網關解決方案。

然而，Zuul 1.x 基于 阻塞式 I/O (Servlet API) 模型。在處理大量并發連接或慢速客戶端時，容易阻塞工作線程，成為性能瓶頸，無法很好地應對未來的響應式編程趨勢。

4. Spring Cloud Gateway 的誕生：

為了提供一款現代化、高性能、響應式且與 Spring 生態無縫集成的官方網關，Spring 團隊自己開發了 Spring Cloud Gateway。它的設計目標非常明確：

- 性能：基于 Netty 和 Project Reactor，提供非阻塞、異步的響應式編程模型，能夠輕松處理高并發場景。
- 與 Spring 生態深度集成：天生支持通過服務發現（如 Eureka、Nacos）動態路由，與 Spring Cloud CircuitBreaker、Spring Cloud Security 等組件完美配合。
- 強大的功能：提供簡單而強大的斷言（Predicates） 和過濾器（Filters） 機制，可以通過配置或編程方式靈活地定義路由和請求處理邏輯。
- 面向未來：支持 WebSocket、gRPC 等現代通信協議。

簡單來說，Spring Cloud Gateway 是 Spring 官方為了取代老舊的 Zuul 1.x，順應響應式編程潮流而推出的新一代高性能 API 網關

4.核心特征：

建立在 Spring Framework 5、Project Reactor 和 Spring Boot 2 之上：這意味著它天生支持異步非阻塞（Reactive） 模型，能夠輕松處理高并發請求，資源消耗低，性能強勁。
動態路由：能夠與任何服務發現組件（如 Eureka, Nacos, Consul）集成，實現到微服務的動態路由。
請求限流：集成 Resilience4j 或 Sentinel 實現限流和熔斷。
路徑重寫：可以修改轉發前后的請求路徑。
強大的過濾器（Filter）：提供了豐富的、功能各異的過濾器，用于在請求轉發前（Pre） 和接收響應后（Post） 執行各種邏輯（如修改請求頭、添加參數、認證鑒權、記錄日志等）。

5.核心概念與工作原理

要理解 Gateway，必須先掌握它的三個核心概念：路由（Route）、斷言（Predicate） 和過濾器（Filter）。

1. 路由 (Route)

路由是網關最基礎的部分。它由一個 ID、一個目標 URI、一組斷言和一組過濾器組成。如果斷言為真，則匹配該路由，請求就會被轉發到目標 URI。

id：路由的唯一標識。
uri：最終要轉發到的目標地址。可以是 lb://SERVICE-NAME（lb 代表從注冊中心負載均衡）或一個具體的 http://host:port。
predicates：斷言數組，決定什么時候使用這個路由。
filters：過濾器數組，用于在發送下游請求之前或之后修改請求和響應。

2. 斷言 (Predicate)

這是 Java 8 中的 Predicate 函數式接口。它接收一個 ServerWebExchange 對象，可以訪問到請求的所有信息（如路徑、方法、頭、參數等），并返回布爾值。

作用：定義匹配條件。例如：“如果請求路徑是 /api/user/**” 或 “如果請求方法是 GET 并且包含一個 X-Token 頭”。
常見斷言：Path, Method, Header, Host, Query, Cookie, After, Before 等。

3. 過濾器 (Filter)

這是 Gateway 的核心功能組件，基于 Spring Framework 的 GatewayFilter 工廠構建。

作用：在請求被轉發前（pre） 或收到響應后（post） 執行特定操作。
種類：

- Gateway Filter：作用于單個路由。
- Global Filter：作用于所有路由，實現 GlobalFilter 接口，常用于全局鑒權、日志等。

常見過濾器：AddRequestHeader, AddRequestParameter, AddResponseHeader, StripPrefix, PrefixPath, RewritePath, Retry, RequestRateLimiter, Hystrix (已不推薦，用 Resilience4j)。

工作原理流程

一個請求到達 Spring Cloud Gateway 后的處理流程，清晰地展示了其基于反應式編程模型的核心組件如何協同工作：路由定位、斷言判斷及過濾器鏈處理。

6.如何與 Spring Cloud 集成

集成非常簡單，主要通過 spring-cloud-starter-gateway 依賴和配置文件即可完成。

第一步：創建項目并添加依賴

創建一個新的 Spring Boot 項目，在 pom.xml 中添加以下依賴：

<dependencies><!-- Spring Cloud Gateway 核心依賴 --><dependency><groupId>org.springframework.cloud</groupId><artifactId>spring-cloud-starter-gateway</artifactId></dependency><!-- 與服務發現組件集成（以Nacos為例） --><dependency><groupId>com.alibaba.cloud</groupId><artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-nacos-discovery</artifactId></dependency><!-- 如果需要限流等功能，引入Resilience4j --><dependency><groupId>org.springframework.cloud</groupId><artifactId>spring-cloud-circuitbreaker-reactor-resilience4j</artifactId></dependency>
</dependencies><dependencyManagement><dependencies><!-- Spring Cloud 版本管理 --><dependency><groupId>org.springframework.cloud</groupId><artifactId>spring-cloud-dependencies</artifactId><version>2021.0.8</version> <!-- 請使用最新穩定版 --><type>pom</type><scope>import</scope></dependency><!-- Spring Cloud Alibaba 版本管理 --><dependency><groupId>com.alibaba.cloud</groupId><artifactId>spring-cloud-alibaba-dependencies</artifactId><version>2021.0.5.0</version><type>pom</type><scope>import</scope></dependency></dependencies>
</dependencyManagement>

第二步：配置文件 (application.yml)

這是最核心的集成部分，展示了如何配置路由、與服務發現集成、配置過濾器等。

server:port: 8080 # 網關端口spring:application:name: api-gatewaycloud:gateway:discovery:locator:enabled: true # 開啟根據服務名自動創建路由的功能（可選）lower-case-service-id: true # 服務名小寫routes:# 路由1: 用戶服務路由- id: user-service-routeuri: lb://user-service # lb:// 表示從注冊中心負載均衡發現服務predicates:- Path=/api/user/**   # 斷言：路徑匹配- Method=GET,POST     # 斷言：請求方法匹配filters:- StripPrefix=1       # 過濾器：去掉路徑的第一部分（/api），再轉發給user-service- AddRequestHeader=X-Request-color, blue # 過濾器：添加請求頭- name: RequestRateLimiter # 過濾器：請求限流args:redis-rate-limiter.replenishRate: 10 # 每秒允許的請求數redis-rate-limiter.burstCapacity: 20 # 每秒最大處理的請求數key-resolver: "#{@userKeyResolver}" # 限流策略（需自己定義Bean）# 路由2: 訂單服務路由- id: order-service-routeuri: lb://order-servicepredicates:- Path=/api/order/**- After=2023-01-20T17:42:47.789-07:00[America/Denver] # 在此時間之后生效filters:- StripPrefix=1- name: CircuitBreaker # 斷路器過濾器 (Resilience4j)args:name: myCircuitBreakerfallbackUri: forward:/fallback/orderServiceDown # 降級URI# 全局默認過濾器，會對所有路由生效default-filters:- AddResponseHeader=X-Response-Default-Red, Default-Blue# Nacos 服務發現與注冊配置nacos:discovery:server-addr: localhost:8848# 配置限流使用的Redis（如果使用了RequestRateLimiter過濾器）redis:host: localhostport: 6379

第三步：編寫簡單的降級控制器

當觸發熔斷時，需要一個本地的 fallback 端點來返回托底信息。


@RestController
@RequestMapping("/fallback")
public class FallbackController {@GetMapping("/orderServiceDown")public ResponseEntity<String> orderServiceFallback() {return ResponseEntity.status(HttpStatus.SERVICE_UNAVAILABLE).body("訂單服務暫時不可用，請稍后再試。");}
}

第四步：主啟動類

主啟動類非常簡單，只需添加 @EnableDiscoveryClient 注解即可與 Spring Cloud 集成。

@SpringBootApplication
@EnableDiscoveryClient // 啟用服務發現客戶端
public class ApiGatewayApplication {public static void main(String[] args) {SpringApplication.run(ApiGatewayApplication.class, args);}
}

7.集成案例：一個簡單的路由

假設你有兩個服務：

user-service (注冊到 Nacos，實例地址為 localhost:8081)
order-service (注冊到 Nacos，實例地址為 localhost:8082)

配置網關路由后：

當你訪問 http://localhost:8080/api/user/1 (網關地址)
Gateway 的 Path 斷言匹配到 /api/user/**
StripPrefix=1 過濾器會將路徑中的第一部分 /api 去掉
最終，網關會將請求負載均衡地轉發到 user-service 的 /user/1 這個接口上。
對于客戶端來說，它只和網關交互，完全不知道后端微服務的具體地址，實現了解耦和統一入口。

總結

Spring Cloud Gateway 通過 路由 + 斷言 + 過濾器 的組合，提供了一個強大而靈活的方式來管理微服務API的入口流量。它與 Spring Cloud 生態系統的其他組件（如服務發現、熔斷器）無縫集成，通過簡單的 YAML 配置即可完成大部分工作，是構建現代微服務架構不可或缺的組件。