引言：APISIX 概述

APISIX（Apache APISIX）是一個高性能、可擴展的云原生 API 網關，基于 Nginx 和 etcd 構建。

作為微服務架構的流量入口，它提供了動態路由、負載均衡、服務發現、認證授權、可觀測性等核心能力。

其設計遵循"云原生"和"可擴展"理念，支持熱加載、動態配置和插件化架構，已成為 Apache 頂級項目，被廣泛應用于金融、電商、互聯網等領域的關鍵業務場景。

Apisix 基于 Nginx 和 etcd 構建，主要有以下原因：

基于Nginx構建的原因

• 高性能：Nginx 是一款基于 C 語言開發的高性能服務器軟件，其底層開發經過了深度優化，在處理高并發連接時表現出色，能夠同時處理超過十萬個并發連接的請求，性能達到極致，并且在大規模應用中得到了充分有效的驗證。Apisix 基于 Nginx 的網絡層，可以利用 Nginx 的高性能優勢，輕松應對高流量的 API 請求。
• 事件驅動模型：Nginx 采用事件驅動的異步非阻塞模型，這種模型使得 Nginx 在處理大量并發請求時，能夠避免線程切換帶來的開銷，提高資源利用率和響應速度。Apisix 基于 Nginx 內核的事件驅動模型，單進程即可支持 10 萬+并發連接，能夠高效地處理各種 API 流量。
• 可擴展性：通過 Lua 和 LuaJIT 技術，Apisix 可以在 Nginx 的基礎上進行靈活擴展。Lua 語言具有簡潔高效、易于學習和擴展的特點，開發人員可以方便地編寫 Lua 腳本，實現各種自定義的功能，如流量控制、日志記錄、安全檢測、故障注入等插件，同時支持用戶編寫自定義插件來對數據面進行擴充。

基于etcd構建的原因

• 分布式配置管理：etcd 是一個高可用的分布式鍵值（key - value）存儲系統，內部采用 raft 協議作為一致性算法，能夠保證數據在分布式環境下的一致性和可靠性。Apisix 利用 etcd 來存儲和同步網關的配置數據，管理員通過 admin API 或者 dashboard 對配置進行修改后，etcd 可以在毫秒級別內將配置變更通知到所有的數據面節點，確保整個集群的配置能夠及時、一致地更新。
• 服務發現與注冊：由于 Apisix 使用 etcd 作為配置中心，在與其他組件配合時非常方便，可以直接將 etcd 當作服務注冊發現中心來使用，支持服務的注冊和發現功能。當然，Apisix 同時也支持 Consul、Eureka、Nacos 等其他服務注冊中心，以滿足不同用戶的需求。
• 配置靈活性與動態性：etcd 的 watch 機制允許客戶端監控特定 key 的變化。在 Apisix 中，通過 etcd 的 watch 功能，各個節點可以實時感知配置的變化，并及時更新自身的配置，實現動態路由、動態插件配置等功能，無需手動重啟或重新加載配置，大大提高了網關的靈活性和可管理性。

架構圖示

架構分層解析

管理層：人機交互與配置入口

• Dashboard（可視化界面）

  • 提供圖形化操作面板，支持路由、服務、插件的可視化配置
  • 集成監控看板，展示流量指標、錯誤率、插件運行狀態等數據
  • 支持多租戶權限管理和操作審計

• Admin API（管理接口）

  • 基于RESTful設計的API接口，支持配置的增刪改查
  • 具備灰度發布能力，可按版本、權重控制配置發布范圍
  • 支持Webhook回調，可與CI/CD流程集成實現自動化部署

控制層：配置管理與集群協調

• etcd集群（分布式配置中心）
  • 采用Raft共識算法保證配置強一致性，支持多節點高可用
  • 存儲三類核心數據：
    • 路由規則（URI匹配規則、負載均衡策略）
    • 插件配置（限流策略、認證方式、日志格式）
    • 服務節點信息（上游服務IP:Port、健康檢查狀態）
  • 通過Watch機制實現配置變更的毫秒級推送，無需重啟節點

數據面：請求處理與流量轉發

• APISIX Core（請求處理引擎）

  • 基于OpenResty構建，采用多worker進程模型（每個worker獨立處理請求）
  • 核心流程：
    1. 接收客戶端請求并解析URI
    2. 根據etcd配置執行路由匹配
    3. 按順序調用插件鏈處理請求
    4. 轉發請求到上游服務并處理響應
  • 性能優勢：單節點可支撐10萬+并發連接，CPU多核利用率達90%以上

• Plugin System（插件系統）

  • 模塊化設計，100+官方插件覆蓋三大場景：
    • 流量治理（限流、熔斷、重試、負載均衡）
    • 安全防護（JWT認證、IP黑白名單、SQL注入防護）
    • 可觀測性（Prometheus監控、Skywalking追蹤、Access Log記錄）
  • 支持自定義插件開發，通過Lua腳本擴展功能，無需修改核心代碼

說明：關于OpenRestry

（1）基于 Nginx 的事件驅動模型

• 多進程架構：
  • Master-Worker 模型：
    • Master 進程：負責讀取配置、管理 Worker 進程（如啟動、重啟、優雅退出）。
    • Worker 進程：處理實際請求，多個 Worker 進程通過共享內存實現數據交換。
  • 異步非阻塞 I/O：
    • 每個 Worker 進程采用 epoll/kqueue 等事件驅動機制，單進程可處理數萬并發連接。
    • 請求處理過程中不阻塞線程，而是通過回調函數處理響應。

（2）請求處理階段：
Nginx 將請求處理分為多個階段（Phase），OpenResty 可在這些階段中插入 Lua 代碼：

1. post-read：讀取請求頭后
2. server-rewrite：服務器級別重寫
3. find-config：查找匹配的 location
4. rewrite：location 級別重寫
5. access：訪問控制（如權限驗證）
6. content：內容生成（核心處理階段）
7. log：日志記錄

（3）LuaJIT 與 Nginx 的深度集成

• LuaJIT 引擎：

  • 即時編譯（JIT）：將 Lua 代碼編譯為機器碼，性能接近 C 語言。
  • 協程支持：Lua 協程（coroutine）實現輕量級線程，避免阻塞 Worker 進程。

• ngx_lua 模塊：
  OpenResty 通過 ngx_lua 模塊將 Lua 環境嵌入 Nginx，提供以下核心功能：

  • 請求上下文：通過 ngx 全局對象訪問請求信息（如 ngx.var、ngx.req）。
  • 非阻塞 I/O：支持異步訪問數據庫、緩存（如 Redis、MySQL）。
  • 共享內存：通過 ngx.shared.DICT 實現 Worker 間數據共享。
  • 定時器：支持異步定時任務（如 ngx.timer.at）。