微服务架构开发实战：API网关意义和常见API网关的实现方式

API网关意义

API网关旨在用一套单一且统一的API入口点，来组合一个或多个内部API。

API网关定位为应用系统服务接口的网关，区别于网络技术的网关，但是原理是一样的。API网关统一服务入口，可方便实现对平台众多服务接口进行管控，如对访问服务的身份认证、防报文重放与防数据篡改、功能调用的业务鉴权，以及响应数据的脱敏、流量与并发控制，甚至基于API调用的计量或计费等。

API并不能适用于所有场景

在基于微服务的架构设计中，往往包含多个服务，这些服务并不能适用于所有场景。例如，在一个面向PC的Web应用中，服务所要提供的API是要返回一个页面，而非单纯的数据，那么这样的API只能适用于Web应用，而不能适用于移动APP。

又如，在移动APP的架构设计中，由于网络带宽的限制，在设计API时，往往会考虑较少的网络传输次数及更少的传输数据。而面向PC的Web应用却无须考虑这些限制。

图10-1展示了不同场景下的API网关使用情况。

API网关常用于以下场景。

• 黑白名单:实现通过IP地址控制禁止访问网关功能。
• 日志:实现访问日志的记录，可用于分析访问、处理性能指标，同时将分析结果支持其他模块功能应用。
• 协议适配:实现通信协议校验、适配转换的功能。
• 身份认证:负责网关访问身份认证验证。
• 计流限流:实现微服务访问流量计算，基于流量计算分析进行限流，可以定义多种限流规则。
• 路由:是API网关很核心的模块功能，此模块实现根据请求锁定目标微服务，并将请求进行转发。

API网关所带来的好处

API网关能够为外部消费方提供一套统一的入口点，且不会受到内部微服务的具体数量与组成的影响。

API网关为微服务架构系统带来了如下好处。

1.避免将内部信息泄露给外部

在数据安全方面，API网关能够将外部公共API与内部微服务API区分开来，使各项微服务在添加或变更时，能有明确的安全边界。这样，微服务架构就能随时间推移而始终通过重组来保证系统安全，且不会对外部绑定客户造成影响。另外，其还能够为全部微服务提供单一入口点，从而避免外部客户进行服务发现及版本控制信息查看。

2.为微服务添加额外的安全层

API网关能够提供─套额外的保护层，足以应对SQL注入、XML解析攻击及拒绝服务(DoS)攻击等常见威胁因素，从而实现额外的保护层效果。系统的权限控制也可以在这一层来实施。

3.支持混合通信协议

面向外部的API，由于考虑到平台和语言的无关性，往往向外提供基于HTTP或REST的API。但内部微服务往往会采用不同的通信协议。此类协议包括ProtoBuf、AMQP或其他集成有SOAP、JSON-RPC或XML-RPC的系统。API网关可跨越这些协议，提供一个外部统一的、基于REST的API，并允许各团队以此为基础选择最适合内部架构的协议方案。

4.降低构建微服务的复杂性

微服务架构系统往往拥有比单个架构更多的管理复杂度，如API令牌验证、访问控制及速率限制等。每一项功能的实施，都会给相关实现服务带来影响，进而会延长微服务的开发时间。API网关能够从代码层面隔离这些功能项，使开发人员在构建单个微服务时，能够专注于实际的核心业务。

5.微服务模拟与虚拟化

通过将微服务内部API与外部API加以区分，大家可以模拟或虚拟化自己的服务，从而满足设

计要求或配合集成测试。

API网关的弊端

虽然使用API网关会给微服务架构带来一定的好处，但同时仍然要考虑如下的弊端。

• 由于额外API网关的加入，会使整个开发在架构上考虑更多的编排与管理工作。
• 在开发过程中，对路由逻辑配置要进行统一的管理，从而能够确保以合理的路由方式对接外部API与专用微服务。
• 除非架构本身充分适应高可用性与规模化要求，否则API网关往往会成为一项限制性因素，甚至引发单点故障。

常见API网关的实现方式

业界常用的API网关方式有很多，技术方案也很成熟，其中也不乏很多开源的产品，如NG-INX、Tyk、Kong、API Umbrella、ApiAxle、Zuul、WSO2 API Manager等。下面介绍三种常见的API网关方案。

NGINX

NGINX是一个免费的、开源的、高性能的HTTP服务器和反向代理，以及一个IMAP/POP3代理服务器。NGINX以其高性能、稳定性、丰富的功能集、简单的配置和低资源消耗而闻名。

NGINX是为解决C10K问题而编写的少数服务器之一。与传统服务器不同，NGINX不依赖于线程来处理请求。相反，它使用可扩展的事件驱动(异步）架构。这种架构在负载下使用小的但更重要的可预测的内存量。即使用户不希望处理数千个并发请求，仍然可以从NGINX的高性能和小内存中获益。NGINX在各个方向扩展:从最小的VPS一直到大型服务器集群。

NGINX拥有诸如Netflix、Hulu、Pinterest、CloudFlare、Airbnb、WordPress.com、GitHub、SoundCloud、Zynga、Eventbrite、Zappos、Media Temple、Heroku、RightScale、Engine、Yard,MaxCDN等众多高知名度网站。

NGINX具有很多非常优越的特性。

• 作为Web服务器;相比Apache，NGINX使用更少的资源，支持更多的并发连接，体现更高的效率，这点使NGINX尤其受到虚拟主机提供商的欢迎。
• 作为负载均衡服务器:NGINX既可以在内部直接支持Rails和PHP，也可以支持作为HTTP代理服务器对外进行服务。NGINX用C语言编写，系统资源开销小，CPU使用效率高。
• 作为邮件代理服务器:NGINX同时也是一个非常优秀的邮件代理服务器（最早开发这个产品的目的之一也是作为邮件代理服务器）。

将NGINX作为API网关

NGINX用server_name来定义服务器名称，所以它可以决定哪一个server块将用来处理给定的请求，也就是实现了API网关的功能。

NGINX可以使用精确名称、通配符、正则表达式来定义服务器名称。下面是一个例子。

server{
listen
80;
server name example.org www.example.org;
server {
listen 80;
server name .example.org;
..
server{
listen
 80;
server namemail.*;
server {
listen
80;
server name~^(?.+).examplel.net$;
。。。
}

当寻找一个虚拟服务器的名称时，如果指定的名称匹配多个变量，如通配符和正则表达式都匹配，将会按照以下的顺序选择第一个匹配的变量。

• 精确名称。
• 以星号“*”开头的最长的通配符，如“*.example.org”。
• 以星号“*”结尾的最长的通配符，如“mail.*”。
• 第一个匹配的正则表达式（根据在配置文件中出现的顺序）。

Spring Cloud Zuul

Zuul是Netflix公司开源的一个API网关组件，提供了认证、鉴权、限流、动态路由、监控、弹性、安全、负载均衡、协助单点压测、静态响应等边缘服务的框架。

Zuul的基本功能如下。

• 验证与安全保障:识别面向各类资源的验证要求并拒绝那些与要求不符的请求。
• 审查与监控:在边缘位置追踪有意义的数据及统计结果，从而为用户带来准确的生产状态结论。
• 动态路由:以动态方式根据需要将请求路由至不同后端集群处。
• 压力测试:逐渐增加指向集群的负载流量，从而计算性能水平。
• 负载分配:为每一种负载类型分配对应容量，并弃用超出限定值的请求。
• 静态响应处理:在边缘位置直接建立部分响应，从而避免其流入内部集群。

Zuul处理每个请求的方式是针对每个请求使用一个线程来处理。通常情况下，为了提高性能，所有请求会被放到处理队列中，从线程池中选取空闲线程来处理该请求。2016年年底，Netlix将它们的网关服务Zuul进行了升级，全新的Zuul 2将HTTP请求的处理方式从同步变成了异步，以提升其处理性能。

Spring Cloud Zuul是基于Netflix Zuul的微服务路由和过滤器的解决方案，也用于实现API网关。

有关Zuul的内容，将会在本文后续章节中详细介绍。

Kong

Kong 是专注于提供微服务API网关的管理平台，它本身是基于NGINX的，但比NGINX提供了更为简单的配置方式，并且提供了一些优秀的插件，如验证、日志、调用频次限制等。

Kong 另外一个强大之处在于提供了大量的插件来扩展应用，通过设置不同的插件，可以为服务提供各种增强的功能。Kong 的插件平台可以访问
https://konghq.com/pluginsl。

Kong具有以下特性。

• 支持云部署:可以运行在Kubernetes管理的平台上。
• 动态负载均衡。
• 服务器发现
• webSocket。
• OAuth2.0。
• 日志。
• 安全:ACL(访问控制）、CORS（跨域资源共享）、动态SSL、IP限制、爬虫检测实现。
• 系统日志。
• SSL。
• 监控。
• 认证:HMAC、JWT、Basic等。
• 速率限制。
• 缓存。
• RESTAPI。
• 集群。
• 可扩展。

图10-2展示了Kong 的架构示意图，该图来自Kong官网。

本篇文章内容给大家讲解的是API网关的意义和常见API网关的实现方式

1. 下篇文章给大家讲解如何集成 Zuul和实现API网关；
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