十六.SpringCloud极简入门-服务网关Gateway

老鸟很过，只做学习使用，欢迎交流

1.基本概念

1.1.Zuul与Gateway

Zuul是Netflix的开源项目，Spring Cloud将其收纳成为自己的一个子组件。zuul用的是多线程阻塞模型，它本质上就是一个同步 Servlet，这样的模型比较简单，他都问题是多线程之间上下文切换是有开销的，线程越多开销就越大。线程池数量固定意味着能力接受的请求数固定，当后台请求变慢，面对大量的请求，线程池中的线程容易被耗尽，后续的请求会被拒绝。

在Zuul 2.0中它采用了 Netty 实现异步非阻塞编程模型，异步非阻塞模式对线程的消耗比较少，对线程上线文切换的消耗也比较小，并且可以接受更多的请求。它的问题就是线程模型比较复杂，要求深究底层原理需要花一些功夫。

Spring Cloud Gateway是Spring Cloud自己的产物，基于Spring 5 和Spring Boot 2.0 开发，Spring Cloud Gateway的出现是为了代替zuul,在Spring Cloud 高版本中没有对zuul 2.0进行集成，SpringCloud Gateway使用了高性能的Reactor模式通信框架Netty。

Spring Cloud Gateway 的目标，不仅提供统一的路由方式，并且基于 Filter 链的方式提供了网关基本的功能，例如：安全，监控/指标，和限流。

所以说其实Gateway和zuul 2.0差别不是特别大，都是采用Netty高性能通信框架，性能都挺不错。

1.2.Spring Cloud Gataway的特点

在Spring Cloud官方定义了SpringCloud Gateway 的如下特点：

• 基于 Spring 5，Project Reactor , Spring Boot 2.0

• 默认集成 Hystrix 断路器

• 默认集成 Spring Cloud DiscoveryClient

• Predicates 和 Filters 作用于特定路由，易于编写的 Predicates 和 Filters

• 支持动态路由、限流、路径重写

1.3.Spring Cloud Gataway的核心概念

Spring Cloud Gataway有几个核心组成：

• Filter（过滤器）：

Spring Cloud Gateway的Filter和Zuul的过滤器类似，可以在请求发出前后进行一些业务上的处理 ,这里分为两种类型的Filter，分别是Gateway Filter网关filter和Global Filter全局Filter, 他们的区别在后续会讲到。

• Route（路由）：

网关配置的基本组成模块，和Zuul的路由配置模块类似。一个Route模块由一个 ID，一个目标 URI，一组断言和一组过滤器定义。如果断言为真，则路由匹配，目标URI会被访问。说白了就是把url请求路由到对应的资源(服务)，或者说是一个请求过来Gateway应该怎么把这个请求转发给下游的微服务，转发给谁。

• Predicate（断言）：

这是一个 Java 8 的 Predicate，可以使用它来匹配来自 HTTP 请求的任何内容，例如 headers 或参数。断言的输入类型是一个 ServerWebExchange。简单理解就是处理HTTP请求的匹配规则，在什么样的请情况下才能命中资源继续访问。

1.3.Spring Cloud Gateway的工作方式：

Spring Cloud Gateway 的工作原理跟 Zuul 的差不多，最大的区别就是 Gateway 的 Filter 只有 pre 和 post 两种，下面是官方的执行流程图：

客户端向Spring Cloud Gateway发出请求。如果网关处理程序映射确定请求与路由匹配，则将其发送到网关Web处理程序。该处理程序通过特定于请求的过滤器链来运行请求。筛选器由虚线分隔的原因是，筛选器可以在发送代理请求之前和之后运行逻辑。所有“前置”过滤器逻辑均被执行。然后发出代理请求。发出代理请求后，将运行“后”过滤器逻辑。

2. Spring Cloud Gataway入门

2.1.创建工程导入依赖

工程名：springcloud-gateway-server-1110 ，导入gataway基础依赖

 <dependency>
     <groupId>org.springframework.cloudgroupId>
     <artifactId>spring-cloud-starter-netflix-eureka-clientartifactId>
 dependency>
 
<dependency>
  <groupId>org.springframework.cloudgroupId>
  <artifactId>spring-cloud-starter-gatewayartifactId>
dependency>

2.2.主配置类

//服务注册与发现
@SpringBootApplication
@EnableDiscoveryClient
public class GatewayServerApplication1110 {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(GatewayServerApplication1110 .class);
    }
}

2.3.yml配置

eureka:
  client:
    serviceUrl:
      defaultZone: http://peer1:1010/eureka/,http://peer2:1011/eureka/,http://peer3:1012/eureka/
  instance:
    prefer-ip-address: true  #使用ip注册到Eureka
    instance-id: gateway-server:1110  #指定客户端实例的ID
spring:
  application:
    name: gateway-server
  cloud:
    gateway:
      discovery:
        locator:
          enabled: false #开放服务名访问方式
          lower-case-service-id: true #服务名小写
      routes:
        - id : application-user #指定服务名
          uri: lb://user-server #去注册中心找这个服务名
          predicates:    #断言，匹配访问的路径
          - Path=/user/**	#服务访问路径
          filters:
            - StripPrefix=1	#请求转发的时候会去掉 /user访问路径
server:
  port: 1110

这里除了要注册到Eureak以外，还需要配置Gataway的路由

• spring.cloud.gateway.discovery.locator.enabled=false: 不开放服务名访问方式
• spring.cloud.gateway.discovery.locator.lower-case-service-id: true 忽略服务名大小写，大写小写都可以匹配
• spring.cloud.gateway.routes.id : 指定了路由的服务名，可以自己定义
• spring.cloud.gateway.routes.uri=lb://user-server : 去注册中心找服务，采用负载均衡的方式请求。其实就是找要调用的服务。
• spring.cloud.gateway.routes.predicates: 断言，这里使用的Path=/user/**，即匹配访问的路径如果匹配/user/就可以将请求路由(分发)到user-server这个服务上。
• spring.cloud.gateway.routes.filters :这里使用StripPrefix=1主要是处理前缀 /user ,访问目标服务的时候会去掉前缀访问。这个需要根据url情况来定义。

2.5.访问测试

启动注册中心，启动用户服务，启动网关访问：http://localhost:1110/user/user/1,请求将会打到用户服务上，并返回用户数据。

3. predicate断言工厂

3.1.什么是断言工厂

什么是断言工程，在Spring Cloud Gateway官方文档有如下解释：

Spring Cloud Gateway将路由作为Spring WebFlux HandlerMapping基础架构的一部分进行匹配。Spring Cloud Gateway包括许多内置的路由断言工厂。所有这些断言都与HTTP请求的不同属性匹配。您可以将多个路由断言工厂与逻辑and语句结合使用。

这里不难理解，其实断言工厂就是用来判断http请求的匹配方式。比如我们再上面案例中配置的：“Path=/user/**” ，就是使用的是 “Path Route Predicate Factory” 路径匹配工厂，意思是http请求的资源地址必须是 /user 才会被匹配到对应的路由，然后继续执行对应的服务获取资源。

在Spring Cloud Gateway中，针对不同的场景内置的路由断言工厂，比如

• Query Route Predicate Factory：根据查询参数来做路由匹配
• RemoteAddr Route Predicate Factory：根据ip来做路由匹配
• Header Route Predicate Factory：根据请求头中的参数来路由匹配
• Host Route Predicate Factory：根据主机名来进行路由匹配
• Method Route Predicate Factory ：根据方法来路由匹配
• Cookie Route Predicate Factory：根据cookie中的属性值来匹配
• Before Route Predicate Factory：指定时间之间才能匹配
• After Route Predicate Factory： 指定时间之前才能匹配
• Weight Route Predicate Factory： 根据权重把流量分发到不同的主机

3.2.根据查询参数断言- Query Route Predicate Factory

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: query_route
        uri: https://example.org
        predicates:
        - Query=green

上面配置表达的试试是如果请求参数中包含了 green，那么就会断言成功，从而执行uri后面的地址。

3.3.根据path断言-Path Route Predicate Factory

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: path_route
        uri: https://example.org
        predicates:
        - Path=/red/{segment},/blue/{segment}

请求路径如: /red/1或/red/blue或/blue/green 就可以断言成功

3.4.根据权重比例断言-Weight Route Predicate Factory

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: weight_high
        uri: https://weighthigh.org
        predicates:
        - Weight=group1, 8
      - id: weight_low
        uri: https://weightlow.org
        predicates:
        - Weight=group1, 2

大约80％的请求转发到weighthigh.org，将大约20％的流量转发到weightlow.org。

3.5.根据远程ip断言 - RemoteAddr Route Predicate Factory

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: remoteaddr_route
        uri: https://example.org
        predicates:
        - RemoteAddr=192.168.1.1/24

如果请求的远程地址为 192.168.1.1到192.168.1.24之间，则此路由匹配

3.6.指定时间之后断言-After Route Predicate Factory

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: after_route
        uri: https://example.org
        predicates:
        - After=2017-01-20T17:42:47.789-07:00[America/Denver]

在atfer配置的时间之后才能访问

3.7.在指定时间之前断言-Before Route Predicate Factory

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: before_route
        uri: https://example.org
        predicates:
        - Before=2017-01-20T17:42:47.789-07:00[America/Denver]

在before配置的时间之前才能访问

3.8.在指定时间段之间断言-Between Route Predicate Factory

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: between_route
        uri: https://example.org
        predicates:
        - Between=2017-01-20T17:42:47.789-07:00[America/Denver], 2017-01-21T17:42:47.789-07:00[America/Denver]

请求时间在两个时间之内者允许访问

3.9.根据cookie断言-Cookie Route Predicate Factory

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: cookie_route
        uri: https://example.org
        predicates:
        - Cookie=chocolate, ch.p

cookies中必须有Cookie配置的属性才能匹配

3.10.根据请求头断言-Header Route Predicate Factory

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: header_route
        uri: https://example.org
        predicates:
        - Header=X-Request-Id, \d+

请求头必须出现 X-Request-Id 才可以访问

3.11.根据主机断言-Host Route Predicate Factory

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: host_route
        uri: https://example.org
        predicates:
        - Host=**.somehost.org,**.anotherhost.org

如果请求的主机头具有值**.somehost.org,或者**.anotherhost.org这匹配路由

3.12.根据请求方式断言-Method Route Predicate Factory

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: method_route
        uri: https://example.org
        predicates:
        - Method=GET,POST

只允许 GET和POST请求

4.Spring Cloud Gateway 的 Filter 过滤器

Gateway的Filter的zuul的Filter有相似之处，与zuul不同的是，Gateway的filter从生命周期上可以分为“pre”和“post”类型。根据作用范围可分为针对于单个路由的gateway filter，和针对于所有路由的Global Filer。 官网文档

4.1.Gateway filter

针对单个路由的Filter, 它允许以某种方式修改HTTP请求或HTTP响应。过滤器可以作用在某些特定的请求路径上。Gateway内置了很多的GatewayFilter工厂。如果要使用这些Filter只需要在配置文件配置GatewayFilter Factory的名称。下面拿一个内置的Gateway Filter举例：

AddRequestHeader GatewayFilter Factory
该Filter是Gateway内置的，它的作用是在请求头加上指定的属性。配置如下：

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: add_request_header_route
        uri: https://example.org
        filters:
        - AddRequestHeader=X-Request-red, blue

在spring.cloud.gateway.routes.filters配置项配置了一个AddRequestHeader ,他是“AddRequestHeader GatewayFilter Factory”的名称，意思是在请求头中添加一个“X-Request-red”的属性，值为blue 。

其他的Filter可以去看 AbstractGatewayFilterFactory 的实现类。

4.2.自定义Gateway Filter

在Spring Cloud Gateway自定义过滤器，过滤器需要实现GatewayFilter和Ordered这两个接口。我们下面来演示自定义filter计算请求的耗时。

public class RequestTimeFilter implements GatewayFilter, Ordered {
    private static final Log log = LogFactory.getLog(GatewayFilter.class);
    private static final String COUNT_Start_TIME = "countStartTime";

    @Override
    public Mono<Void> filter(ServerWebExchange exchange, GatewayFilterChain chain) {
        //开始时间
        exchange.getAttributes().put(COUNT_Start_TIME, System.currentTimeMillis());
        //执行完成之后
        return chain.filter(exchange).then(
                Mono.fromRunnable(() -> {
                    //开始时间
                    Long startTime = exchange.getAttribute(COUNT_Start_TIME);
                    //结束时间
                    Long endTime=(System.currentTimeMillis() - startTime);
                    if (startTime != null) {
                        log.info(exchange.getRequest().getURI().getRawPath() + ": " + endTime + "ms");
                    }
                })
        );
    }

    @Override
    public int getOrder() {
        return Ordered.LOWEST_PRECEDENCE;
    }
}

提示： getOrder返回filter的优先级，越大的值优先级越低 ， 在filterI方法中计算了请求的开始时间和结束时间

最后我们还需要把该Filter配置在对应的路由上，配置如下：

@Configuration
public class FilterConfig {

    //配置TokenCheckFilter作用于那个访问规则上
    @Bean
    public RouteLocator customerRouteLocator(RouteLocatorBuilder builder) {
        return builder.routes()
                .route(r -> r.path("/user/**")
                        .filters(f -> f.stripPrefix(1)
                                .filter(new RequestTimeFilter())
                                .addResponseHeader("X-Response-test", "test"))
                        .uri("lb://user-server")
                        .order(0)
                        .id("test-RequestTimeFilter")
                )
                .build();
    }
}

提示：这里将 RequestTimeFilter 添加到 “/user/**”这里路由上，当请求包含/user就会触发Filter的执行。

4.3.自定义GlobalFilter

GlobalFilter:全局过滤器，不需要在配置文件中配置，作用在所有的路由上，最终通过GatewayFilterAdapter包装成GatewayFilterChain可识别的过滤器，它为请求业务以及路由的URI转换为真实业务服务的请求地址的核心过滤器，不需要配置，系统初始化时加载，并作用在每个路由上。
这里我们模拟了一个登陆检查的Filter.

@Component
public class TokenFilter implements GlobalFilter , Ordered {

    @Override
    public Mono<Void> filter(ServerWebExchange exchange, GatewayFilterChain chain) {
        //获取请求中的token
        String token = exchange.getRequest().getQueryParams().getFirst("authToken");
        if (token == null || token.isEmpty()) {
            //访问没有权限
            exchange.getResponse().setStatusCode(HttpStatus.UNAUTHORIZED);
            //返回结果，不会继续往后执行
            return exchange.getResponse().setComplete();
        }
        //放行
        return chain.filter(exchange);
    }

    @Override
    public int getOrder() {
        return -200;
    }
}

如果请求参数中没有 authToken ，就返回咩有权限的状态吗。

5.Gateway跨域配置

所谓的跨域是因为浏览器的同源(同一个域)策略限制，其实就是同源策略会阻止一个域的javascript脚本和另外一个域的内容进行交互 ，在前后端分离的项目架构中就会出现跨域问题，因为Gateway 网关是微服务的访问入口，所以我们只需要在Gateway配置跨域即可：官方文档

spring:
  cloud:
    globalcors: #跨域配置
            cors-configurations:
              '[/**]':
                allowedOrigins: "https://docs.spring.io" #允许的站点
                allowedMethods:	#允许的请求方式
                  - GET
                  - POST
                  - DELETE
                  - PUT
                  - HEAD
                  - CONNECT
                  - TRACE
                  - OPTIONS
                allowHeaders:	#允许的请求头
                  - Content-Type

提示：运行跨域访问的站点：https://docs.spring.io ，同时把常见的请求方式都开放。

6.Spring Cloud Gateway配置Hystrix熔断

我们再《Spring Cloud极简入门》中有学习到Hystrix的熔断，在zuul中也有去开启Hystrix熔断，Hystrix作为微服务的安全保护机制，而Gateway作为微服务的访问入口和出口，集成Hystrix熔断机制也是必要的。

6.1.导入Hysxtrix依赖

<dependency>
  <groupId>org.springframework.cloudgroupId>
  <artifactId>spring-cloud-starter-netflix-hystrixartifactId>
dependency>   

6.2.yml配置

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: hystrix_route	#路由的ID，没有固定规则，但是要唯一
        uri: lb://user-server	#跳转的服务
        predicates:
        - Path=/user/**	#path路径
        filters:
        - name: Hystrix
          args:
            name: fallbackcmd
            fallbackUri: forward:/fallback
        - StripPrefix=1
hystrix:  
  command:
    fallbackcmd:
      execution:
        isolation:
          thread:
            timeoutInMilliseconds: 5000 #超时时间，熔断

这里的name:hystrix其实是对应了HystrixGatewayFilterFactory，它是一个Hystrix熔断的filter工厂。

配置了两个参数，一个是 name: fallbackcmd作为名称生成HystrixCommand对象进行熔断处理

fallbackUri: forward:/fallback ： 是熔断后的回调方法，其实就是降级方法。

6.3.编写回调

对应了配置中的fallbackUri

@RestController
public class GatewayController {
    @RequestMapping(value = "/fallback")
    public String fallback(){
        return "fallback 。。。。。。";
    }
}

7.Spring Cloud Gateway 使用Hystrix限流

当流量过大时，Gateway对服务进行限流可以提升服务的稳定性和可用性，其目的是现在对请求/并发数进行限制，一旦请求达到限定的速率就可以进行请求的拒绝，排队，或降级。

在Spring Cloud Gateway中提供了 RequestRateLimiterGatewayFilterFactory 用来做限流，适用在 Redis 内的通过执行 Lua 脚本实现了令牌桶的方式。限流配置如下：

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: application-user
        uri: lb://application-user
        predicates:	
        - Path=/user/**
        filters:
        - name: RequestRateLimiter
          args:
            key-resolver: "#{@hostAddrKeyResolver}"
            redis-rate-limiter.replenishRate: 1	#令牌通每秒填充平均速率
            redis-rate-limiter.burstCapacity: 3	#令牌桶总数量
        - StripPrefix=1
   
  redis:
    host: localhost
    port: 6379

提示：这里了Redis的主机和端口，filters.name=RequestRateLimiter 指向的是RequestRateLimiterGatewayFilterFactory 限流filter, 配置了三个参数

• key-resolver: "#{@hostAddrKeyResolver}：用于限流的键的解析器的 Bean 对象的名字。它使用 SpEL 表达式根据#{@beanName}从 Spring 容器中获取 Bean 对象。
• edis-rate-limiter.replenishRate：令牌通每秒填充平均速率
• redis-rate-limiter.burstCapacity: 令牌桶总数量，

Key-resolver参数跟的是IOC容器中bean的名字，是需要我们自己定义一个Bean,例如以ip限流为例，添加以下代码：

public class HostAddrKeyResolver implements KeyResolver {
 
    @Override
    public Mono<String> resolve(ServerWebExchange exchange) {
        //获取返回ip地址，根据ip限流 ， 其他的限流方式也是一样
        return Mono.just(exchange.getRequest().getRemoteAddress().getAddress().getHostAddress());	

    }
 
    public HostAddrKeyResolver hostAddrKeyResolver() {
        return new HostAddrKeyResolver();
    }
}

将该类注册到Spirng的IOC容器中

@Bean
public HostAddrKeyResolver hostAddrKeyResolver(){
	return new HostAddrKeyResolver();
}

这里的Bean的名字为 hostAddrKeyResolver ,对应配置中“#{@hostAddrKeyResolver}”

8.Gateway重试路由器

通过简单的配置，Spring Cloud Gateway就可以支持请求重试功能。

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: user-server-retry
        uri: lb://user-server
        predicates:
        - Path=/user/**
        filters:
        - name: Retry
          args:
           retries: 3
           series:
            - SERVER_ERROR
           statuses:
            - OK
           methods:
            - GET
            - POST
           exceptions:
            - java.io.IOException

这里通过四个参数来控制重试机制：

• retries：重试次数默认是3 次

• statuses：HTTP 的状态返回码，见：HttpStatus

• methods：需要重试的请求方式，默认值是 GET 方法，见：HttpMethod

• series：一些列的状态码配置，见：HttpStatus.Series。符合的某段状态码才会进行重试逻辑，默认值是 SERVER_ERROR，值是 5，也就是 5XX(5 开头的状态码)，共有5个值。

• exceptions : 指定哪些异常需要进行重试逻辑，默认值是java.io.IOException

9.Gateway超时

超时配置在微服务调用和数据读取的时候显得尤为重要，线面演示Gateway中的全局超时设置：

spring:
  cloud:
    gateway:
      httpclient:
        connect-timeout: 1000
        response-timeout: 5s

指定路由超时配置：

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: per_route_timeouts
        uri: https://example.org
        predicates:
          - name: Path
            args:
              pattern: /delay/{timeout}
        metadata:
          response-timeout: 200
          connect-timeout: 200

做个小结

本篇文章介绍了Spring Cloud Gateway的一些常用技能，希望对小伙伴有帮助。