08微服务的网关设计

一句话导读

        在微服务架构中，微服务网关为系统提供了唯一的入口，它是系统与外部世界交互的唯一媒介，负责路由、认证、安全、负载均衡等任务，它将系统的内部复杂性隐藏，对外提供统一规范化的接口。常见的微服务框架有Netflix zuul、springcloud gateway、Envoy等

目录

目录

一句话导读

一、微服务网关的职责

        1.路由转发

        2.认证授权

        3.负载均衡

        4.限流和熔断

        5.协议转换

        6.监控和日志

        7.网络隔离

二、微服务网关的设计原则

        1.统一入口

        2.可扩展性强

        3.高可靠性

        4.高安全性

        5.易于维护

三、微服务网关设计的挑战

        1.复杂性管理

        2.性能瓶颈

        3.灵活性与可扩展性

        4.安全性

        5.服务发现与注册

        6.维护与管理

        7.错误处理与监控

        8.版本控制

        9.API 管理

        10.技术选型

四、微服务网关的设计实践

        1.创建一个springboot项目作为微服务网关

        2.添加pom依赖

        3.配置路由信息

        4.添加过滤器

        5.添加限流和熔断机制

        6.配置熔断

        7.配置限流机制

        8.编写熔断回退逻辑

---

 

 

一、微服务网关的职责

        定义：微服务网关（Microservices Gateway）是微服务架构中的一个关键组件，作为系统与外部世界的接口，负责管理和处理微服务之间的通信、路由、负载均衡、认证、安全等功能。它充当了微服务架构的入口，为客户端提供了一个统一的API，隐藏了内部微服务的复杂性，提供了一致的访问方式。

        1.路由转发

        微服务网关负责根据不同的路由规则将客户端的请求路由到不同的微服务上。规则可以是根据请求路径的、请求头内容的等等。甚至可以实现路由管理，动态路由等。

        2.认证授权

        对于所有过来的请求，进行认证校验，并对于请求的权限进行控制，通常可以用JWT的方式实现只有登录的用户才有访问受保护的资源

        3.负载均衡

        将请求分发到多个微服务实例，确保每个实例负载均衡，提高系统的可扩展性和性能。参考我之前的博文《面试题-springcloud中的负载均衡是如何实现的？_天国的囚徒的博客-CSDN博客》

        4.限流和熔断

        微服务网关可以限制客户端的请求速率，并在出现故障时自动熔断该服务的调用。这可以帮助保护微服务免受过度负载和故障的影响。

        5.协议转换

        处理不同协议之间的转换，例如将HTTP请求转换为gRPC请求。

        6.监控和日志

        微服务网关可以收集和分析来自各个微服务的指标和日志数据。这可以帮助开发人员了解系统的运行状况，并及时发现和解决问题。

        7.网络隔离

        网关可以部署在DMZ区域，可以和外网、内网互通，而具体的服务实例则部署在内网中，不直接对外网提供服务，而是通过网关实现内外网互通。

二、微服务网关的设计原则

        1.统一入口

        微服务网关作为统一的入口，将外部请求路由到不同的微服务，隐藏了内部服务的复杂性。

        2.可扩展性强

        微服务网关应该能够水平扩展，以支持高并发请求和大量的微服务实例。

        3.高可靠性

        微服务网关应该具有高可用性和容错能力，以确保其始终可用并能够处理故障。

        4.高安全性

        微服务网关应该具有强大的安全机制，包括身份验证、授权、加密和防护等措施，以保护微服务免受攻击和未经授权的访问。

        5.易于维护

        微服务网关应该是易于维护和配置的，以便开发人员可以快速更改其行为和规则。

三、微服务网关设计的挑战

        1.复杂性管理

        微服务架构本身就具有一定的复杂性，微服务网关作为入口，需要管理多个微服务的通信、路由和负载均衡，增加了系统的复杂性。

        2.性能瓶颈

        微服务网关可能成为性能瓶颈，特别是在高流量情况下。不恰当的设计可能导致网关成为单点故障，影响整个系统的性能。

        3.灵活性与可扩展性

        微服务网关需要在保持灵活性的同时支持高并发和可扩展性。需要设计弹性架构，以应对不断变化的负载。

        4.安全性

微服务网关需要处理认证、授权和数据保护等安全性问题。设计合适的安全策略，确保外部请求不会影响内部系统的安全性。

        5.服务发现与注册

        微服务网关需要了解和管理各个微服务的位置和状态。与服务发现和注册组件集成，确保路由的准确性和可用性。

        6.维护与管理

        随着微服务的增加和演化，微服务网关的配置和管理可能变得复杂。需要合适的工具和流程来管理配置和变更。

        7.错误处理与监控

        微服务网关需要处理请求失败、超时等情况，并提供监控和日志功能，以便及时发现和解决问题。

        8.版本控制

        微服务的升级和演化可能会影响接口和通信方式，微服务网关需要支持不同版本的微服务，确保平稳的升级过程。

        9.API 管理

        如果微服务网关还充当API管理层，需要考虑API的生命周期管理、文档生成、版本控制等功能。

        10.技术选型

        选择合适的微服务网关框架和技术栈是一个挑战，需要考虑性能、功能、社区支持等因素。

四、微服务网关的设计实践

        在springcloud中，服务网关的实现是用的Springcloud gateway，它可以处理http请求，并充当微服务架构系统的入口。它是一个基于Spring Framework 5和Spring Boot 2.x的开源项目，采用响应式编程模型，旨在提供高性能、高可靠性和易于使用的API网关解决方案 。

        1.创建一个springboot项目作为微服务网关

        2.添加pom依赖

    org.springframework.cloud
    spring-cloud-starter-gateway

        3.配置路由信息

        在application.yml中配置如下信息，Springcloud gateway 集成了Ribbon作为负载均衡的客户端，路由配置文件中uri后面的lb://前缀就是标识负载均衡的

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
        - id: user-service
          uri: lb://user-service 
          predicates:
            - Path=/users/**

        4.添加过滤器

        实现认证、鉴权、日志记录等。实现“GatewayFilter”接口，并注册到过滤器链中

@Component
public class CustomFilter implements GatewayFilter {
    @Override
    public Mono filter(ServerWebExchange exchange, GatewayFilterChain chain) {
        // 实现过滤器逻辑
    }
}

        5.添加限流和熔断机制

        pom文件要添加如下依赖

    org.springframework.cloud
    spring-cloud-starter-circuitbreaker


    org.springframework.cloud
    spring-cloud-starter-netflix-hystrix

        6.配置熔断

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
        - id: user-service
          uri: lb://user-service
          predicates:
            - Path=/users/**
          filters:
            - name: Hystrix
              args:
                name: fallbackCmd
                fallbackUri: forward:/fallback

在上述示例中，当user-service微服务不可用时，网关会将请求转发到fallback路径，实现熔断的回退机制。

        7.配置限流机制

可以使用RequestRateLimiter来实现请求的限流。在application.yml（或application.properties）配置文件中添加以下配置：

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
        - id: user-service
          uri: lb://user-service
          predicates:
            - Path=/users/**
          filters:
            - name: RequestRateLimiter
              args:
                key-resolver: '#{@remoteAddressKeyResolver}'
                redis-rate-limiter.replenishRate: 10
                redis-rate-limiter.burstCapacity: 20

在上述示例中，使用了RequestRateLimiter来实现基于Redis的限流，每秒最多允许10个请求通过。

        8.编写熔断回退逻辑

         创建一个回退逻辑的处理器类，实现FallbackProvider接口，用于处理熔断时的回退逻辑。

@Component
public class MyFallbackProvider implements FallbackProvider {
    @Override
    public String getRoute() {
        return "user-service"; // 路由ID，需要与路由配置中的一致
    }

    @Override
    public ClientHttpResponse fallbackResponse(String route, Throwable cause) {
        // 实现回退逻辑
    }
}