从零开始的Spring Cloud Gateway指南：构建强大微服务架构
目录
- 一、 什么是Gateway？
-
- 1. 网关的由来
- 2. 网关的作用
- 3. 网关的技术实现
- 二、如何搭建一个简易网关服务
-
- 1. 引入依赖
- 2. 配置yml文件
- 三、进阶话题：过滤器和路由配置
-
- 1. gateway的执行原理
- 2. 路由断言工厂: Predicate Factory
- 3. 网关过滤器：GatewayFilter
-
- 自定义网关过滤器
- 4. 默认过滤器：default Filter
- 5. 全局过滤器：GlobalFilter
- 6. 过滤器的执行顺序
- 7. GlobalFilter和GatewayFilter的区别
- 四、实战经验分享：处理微服务间通信
-
- 1. 跨域问题处理
微服务架构的兴起已经改变了软件开发的面貌，使得开发者能够更灵活地构建、部署和维护应用程序。而在这个微服务的时代，强大而灵活的网关是确保微服务之间通信顺畅的关键之一。在本文中，我们将深入研究Spring Cloud Gateway，一款开源的、基于Spring Framework的微服务网关，带领你从零开始构建强大的微服务架构。
一、 什么是Gateway？
1. 网关的由来
单体应用拆分成多个服务后，对外需要一个统一入口，解耦客户端与内部服务
注：图片来自网络
2. 网关的作用
Spring Cloud Gateway是Spring Cloud生态系统中的一员，它被设计用于处理所有微服务的入口流量。作为一个反向代理，它不仅提供了负载均衡和路由功能，还支持灵活的过滤器机制，过滤器可以在请求进入网关和离开网关时执行，用于处理各种逻辑，如身份验证、日志记录和性能监测，使得开发者能够定制和扩展其功能。
网关核心功能是路由转发，因此不要有耗时操作在网关上处理，让请求快速转发到后端服务上。
注：图片来自网络
3. 网关的技术实现
在SpringCloud中网关的实现包括两种:
- gateway
- zuul
Zuul 是基于Servlet的实现，在1.x版本属于阻塞式编程，在2.x后是基于netty，是非阻塞的。而SpringCloudGateway则是基于Spring5中提供的WebFlux，属于响应式编程的实现，具备更好的性能。
目前一般都选用SpringCloudGateway，毕竟都是Spring家族一员，支持性更好。
二、如何搭建一个简易网关服务
1. 引入依赖
需要先搭建一个SpringBoot项目，在父pom中引入依赖
<properties>
<spring-cloud.version>2021.0.1spring-cloud.version>
<spring-cloud-alibaba.version>2021.0.1.0spring-cloud-alibaba.version>
properties>
<dependencyManagement>
<dependencies>
<dependency>
<groupId>org.springframework.cloudgroupId>
<artifactId>spring-cloud-dependenciesartifactId>
<version>${spring-cloud.version}version>
<type>pomtype>
<scope>importscope>
dependency>
<dependency>
<groupId>com.alibaba.cloudgroupId>
<artifactId>spring-cloud-alibaba-dependenciesartifactId>
<version>${spring-cloud-alibaba.version}version>
<type>pomtype>
<scope>importscope>
dependency>
dependencyManagement>
在gateway服务中引入相关依赖
<dependencies>
<dependency>
<groupId>org.springframework.cloudgroupId>
<artifactId>spring-cloud-starter-gatewayartifactId>
dependency>
<dependency>
<groupId>com.alibaba.cloudgroupId>
<artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-nacos-discoveryartifactId>
dependency>
dependencies>
此外，请检查一下你的依赖中是否含有spring-boot-starter-web，如果有， 请干掉它 。因为我们的SpringCloud Gateway是一个netty+webflux实现的web服务器，和Springboot Web本身就是冲突的。
2. 配置yml文件
server:
port: 8081 # 网关端口
spring:
application:
name: gateway # 服务名称
cloud:
nacos:
server-addr: 127.0.0.1:8848 # nacos地址
gateway:
routes: # 网关路由配置
- id: baidu # 路由id, 自定义，唯一即可
# uri: 127.0.0.1:/order # - 路由目的地，支持lb和http两种
uri: lb://orderService # 路由的目的地，lb是负载均衡，后面跟服务名称
predicates: # 路由断言，也就是判断是否符合路由规则的条件
- Path=/order-service/** # path 按照路径进行匹配，只要以/order-service/开头就符合规则
filters:
- StripPrefix=1 # 过滤器，去除请求的前缀路径，StripPrefix=1 表示去除请求路径的第一个路径片段
网关路由可以配置的内容包括：
- 路由id:路由唯一标示
- uri: 路由目的地，支持lb和http两种
- predicates: 路由断言，判断请求是否符合要求，符合则转发到路由目的地
- filters:路由过滤器，处理请求或响应
做到这里，一个简易的路由转发网关服务就搭建成功了，直接运行GatewayApplication服务，得到结果如图：
接下来在网页直接访问：http://127.0.0.1:8081/order-service/xx，网关就会将路由转发到orderService服务。
如果你是通过负载均衡路由到其他服务，这时候可能会报问题：
Whitelabel Error Page
This application has no configured error view, so you are seeing this as a fallback.
这是由于缺少一个相关的依赖
<dependency>
<groupId>org.springframework.cloudgroupId>
<artifactId>spring-cloud-starter-loadbalancerartifactId>
dependency>
原因：
由于springcloud2020弃用了Ribbon，因此Alibaba在2021版本nacos中删除了Ribbon的jar包，因此无法通过lb路由到指定微服务，出现了503情况。
所以只需要引入springcloud loadbalancer包即可
引入依赖重新运行，OK！
三、进阶话题：过滤器和路由配置
网关服务一个主要作用就是路由配置，通过不同的路由配置实现相应的功能。
1）Route：路由是网关的基本构件。它由ID、目标URI、路由断言工厂（谓语动词）和过滤器集合定义。如果断言工厂判断为真，则匹配路由。
2）Predicate：路由断言工厂，参照Java8的新特性Predicate。这允许开发人员匹配HTTP请求中的任何内容，比如请求头或参数。
3）Filter：路由过滤器。可以在发送下游请求之前或之后修改请求和响应。
下面看一个案例：
spring:
application:
name: gateway # 服务名称
cloud:
nacos:
server-addr: 127.0.0.1:8848 # nacos地址
gateway:
routes: # 网关路由配置
- id: order# 路由id, 自定义，唯一即可
# uri: 127.0.0.1:/order # - 路由目的地，支持lb和http两种
uri: lb://orderService # 路由的目的地，lb是负载均衡，后面跟服务名称
predicates: # 路由断言，也就是判断是否符合路由规则的条件
- Path=/order-service/** # path 按照路径进行匹配，只要以/order-service/开头就符合规则
filters: # 过滤器，对请求和响应进行处理
- StripPrefix=1 # 过滤器，去除请求的前缀路径，StripPrefix=1 表示去除请求路径的第一个路径片段
注：图片来自网络
1. gateway的执行原理
网关的核心逻辑就是路由转发，执行过滤器链。在下面的处理过程中，Gateway Handler Mapping将请求和路由进行匹配，这时候就需要用到predicate，它是决定了一个请求是否走哪一个路由。
客户端向 Spring Cloud Gateway 发出请求。然后在 Gateway Handler Mapping 中找到与请求相匹配的路由，将其发送到 Gateway Web Handler。Handler 再通过指 定的过滤器链来将请求发送到我们实际的服务执行业务逻辑，然后返回。过滤器之间用虚线分开是因为过滤器可能会在发送代理请求之前（“pre”）或之后（“post”）执行业务逻辑。
Filter在“pre”类型的过滤器可以做参数校验、权限校验、流量监控、日志输出、协议转换等，在“post”类型的过滤器中可以做响应内容、响应头的修改，日志的输出，流量监控等有着非常重要的作用。
2. 路由断言工厂: Predicate Factory
我们在配置文件中写的断言规则只是字符串，这些字符串会被Predicate Factory读取并处理，转变为路由判断的条件。
例如Path=/user/**是按照路径匹配，这个规则是由org.springframework.cloud.gateway.handler.predicate.PathRoutePredicateFactory类来处理的。
像这样的断言工厂在SpringCloudGateway还有十几个：
在上图中，有很多类型的Predicate。
比如说时间类型的Predicated（AfterRoutePredicateFactory、 BeforeRoutePredicateFactory、BetweenRoutePredicateFactory），当只有满足特定时间要求的请求才会交由router处理；
spring:
cloud:
gateway:
routes: # 网关路由配置
- id: order
uri: lb://orderService
predicates:
- Before=2023-12-25T14:33:47.789+08:00
这个路由规则会在东8区的2023-12-25 14:33:47后，将请求转跳到订单服务。
cookie类型的CookieRoutePredicateFactory，cookie名字和正则表达式的value作为两个输入参数，请求的cookie需要匹配cookie名和符合其中value的正则，才会进入此router;
spring:
cloud:
gateway:
routes: # 网关路由配置
- id: order
uri: lb://orderService
predicates:
- Cookie=cookiename, cookievalue
路由匹配请求存在cookie名为cookiename，cookie内容匹配cookievalue的，将请求转发到订单服务。
以及host、method、path、querparam、remoteaddr类型的predicate，每一种predicate都会对当前的客户端请求进行判断，是否满足当前的要求，如果满足则交给当前请求处理。
如果有很多个Predicate，并且一个请求满足多个Predicate，则按照配置的顺序第一个生效。
请注意：一个请求满足多个路由的谓词条件时，请求只会被首个成功匹配的路由转发。3. 网关过滤器：GatewayFilter
GatewayFilter是网关中提供的一种过滤器，可以对进入网关的请求和微服务返回的响应做处理
针对某些特殊的场景，Spring Cloud Gateway提供了31种不同的路由过滤器工厂。例如
注：图片来自网络
案例：
- AddRequestHeader：给所有进入orderService的请求添加一个请求头: mark=specifications
spring:
cloud:
gateway:
routes: # 网关路由配置
- id: order
uri: lb://orderService
filters:
- AddRequestHeader=mark, specifications
对匹配的请求，会额外添加mark:specifications的header。
AddRequestParameter、AddResponseHeader 类似。
- RemoveRequestHeader：移除请求的header
spring:
cloud:
gateway:
routes: # 网关路由配置
- id: order
uri: lb://orderService
filters:
- RemoveRequestHeader=mark
上面路由在发送请求给订单服务时，会将请求中的mark头信息去掉。
- StripPrefix：截断请求路径前缀
spring:
cloud:
gateway:
routes: # 网关路由配置
- id: order
uri: lb://orderService
predicates:
- Path=/order-service/**
filters:
- StripPrefix=1
StripPrefix GatewayFilter Factory通过配置parts来表示截断路径前缀的数量。上面例子中，如果请求的路径为/order-service/order/1，则路径会修改为/order/1。
gateway提供的过滤器很多，这里不一一做展示。
自定义网关过滤器
定义方式是实现AbstractGatewayFilterFactory<>类。
public abstract class AbstractGatewayFilterFactory<C> extends AbstractConfigurable<C> implements GatewayFilterFactory<C>, ApplicationEventPublisherAware {
private ApplicationEventPublisher publisher;
public AbstractGatewayFilterFactory() {
super(Object.class);
}
public AbstractGatewayFilterFactory(Class<C> configClass) {
super(configClass);
}
protected ApplicationEventPublisher getPublisher() {
return this.publisher;
}
public void setApplicationEventPublisher(ApplicationEventPublisher publisher) {
this.publisher = publisher;
}
public static class NameConfig {
private String name;
public NameConfig() {
}
public String getName() {
return this.name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
}
}
自定义过滤器实现黑名单功能
@Component
public class BlackListUrlFilter extends AbstractGatewayFilterFactory<BlackListUrlFilter.Config>
{
@Override
public GatewayFilter apply(Config config)
{
return (exchange, chain) -> {
String url = exchange.getRequest().getURI().getPath();
if (config.matchBlacklist(url))
{
return ServletUtils.webFluxResponseWriter(exchange.getResponse(), "请求地址不允许访问");
}
return chain.filter(exchange);
};
}
public BlackListUrlFilter()
{
super(Config.class);
}
public static class Config
{
private List<String> blacklistUrl;
private List<Pattern> blacklistUrlPattern = new ArrayList<>();
public boolean matchBlacklist(String url)
{
return !blacklistUrlPattern.isEmpty() && blacklistUrlPattern.stream().anyMatch(p -> p.matcher(url).find());
}
public List<String> getBlacklistUrl()
{
return blacklistUrl;
}
public void setBlacklistUrl(List<String> blacklistUrl)
{
this.blacklistUrl = blacklistUrl;
this.blacklistUrlPattern.clear();
this.blacklistUrl.forEach(url -> {
this.blacklistUrlPattern.add(Pattern.compile(url.replaceAll("\\*\\*", "(.*?)"), Pattern.CASE_INSENSITIVE));
});
}
}
}
配置自定义过滤器
spring:
cloud:
gateway:
routes: # 网关路由配置
- id: order
uri: lb://orderService
filters:
- name: BlackListUrlFilter
args:
blacklistUrl:
- /user/list
- 192.168.20.1
4. 默认过滤器：default Filter
如果要对所有的路由都生效，则可以将过滤器工厂写到default下。格式如下
spring:
cloud:
gateway:
routes: # 网关路由配置
- id: order # 路由id, 自定义，唯一即可
# uri: http://www.baidu.com # - 路由目的地，支持lb和http两种
uri: lb://orderService # 路由的目的地，lb是负载均衡，后面跟服务名称
predicates: # 路由断言，也就是判断是否符合路由规则的条件
- Path=/order-service/**
filters:
- StripPrefix=1
- AddRequestHeader=mark, specifications
default-filters:
- AddRequestHeader=mark, specifications
default-filters下的过滤器将对所有的路由都生效。
5. 全局过滤器：GlobalFilter
全局过滤器的作用也是处理一切进入网关的请求和微服务响应，与GatewayFilter的作用一样。
区别在于GatewayFilter通过配置定义，处理逻辑是固定的。而GlobalFilter的逻辑需要自己写代码实现。
我们可以通过GlobalFilter实现日志记录、权限校验、流量监控等功能
定义方式是实现GlobalFilter接口：
自定义全局过滤器实现网关鉴权：
@Component
public class AuthFilter implements GlobalFilter, Ordered {
private static final Logger log = LoggerFactory.getLogger(AuthFilter.class);
// 白名单，排除过滤的 uri 地址
@Autowired
private IgnoreWhiteProperties ignoreWhite;
@Autowired
private RedisService redisService;
@Override
public Mono<Void> filter(ServerWebExchange exchange, GatewayFilterChain chain) {
ServerHttpRequest request = exchange.getRequest();
ServerHttpResponse response = exchange.getResponse();
ServerHttpRequest.Builder mutate = request.mutate();
String url = request.getURI().getPath();
// 跳过不需要验证的路径
if (StringUtils.matches(url, ignoreWhite.getWhites())) {
return chain.filter(exchange);
}
String token = getToken(request);
if (StringUtils.isEmpty(token)) {
token=getWebsocketToken(request,response);
if (StringUtils.isEmpty(token)){
return unauthorizedResponse(exchange, "令牌不能为空");
}
}
Claims claims = JwtUtils.parseToken(token);
if (claims == null) {
return unauthorizedResponse(exchange, "令牌已过期或验证不正确！");
}
String userkey = JwtUtils.getUserKey(claims);
boolean islogin = redisService.hasKey(getTokenKey(userkey));
if (!islogin) {
return unauthorizedResponse(exchange, "登录状态已过期");
}
String userid = JwtUtils.getUserId(claims);
String username = JwtUtils.getUserName(claims);
if (StringUtils.isEmpty(userid) || StringUtils.isEmpty(username)) {
return unauthorizedResponse(exchange, "令牌验证失败");
}
String nickName = JwtUtils.getNickName(claims);
// 设置用户信息到请求
addHeader(mutate, SecurityConstants.USER_KEY, userkey);
addHeader(mutate, SecurityConstants.DETAILS_USER_ID, userid);
addHeader(mutate, SecurityConstants.DETAILS_USERNAME, username);
// 内部请求来源参数清除
removeHeader(mutate, SecurityConstants.FROM_SOURCE);
return chain.filter(exchange.mutate().request(mutate.build()).build());
}
private void addHeader(ServerHttpRequest.Builder mutate, String name, Object value) {
if (value == null) {
return;
}
String valueStr = value.toString();
String valueEncode = ServletUtils.urlEncode(valueStr);
mutate.header(name, valueEncode);
}
private void removeHeader(ServerHttpRequest.Builder mutate, String name) {
mutate.headers(httpHeaders -> httpHeaders.remove(name)).build();
}
private Mono<Void> unauthorizedResponse(ServerWebExchange exchange, String msg) {
log.error("[鉴权异常处理]请求路径:{}", exchange.getRequest().getPath());
return ServletUtils.webFluxResponseWriter(exchange.getResponse(), msg, HttpStatus.UNAUTHORIZED);
}
/**
* 获取缓存key
*/
private String getTokenKey(String token) {
return CacheConstants.LOGIN_TOKEN_KEY + token;
}
/**
* 获取请求token
*/
private String getToken(ServerHttpRequest request) {
String token = request.getHeaders().getFirst(TokenConstants.AUTHENTICATION);
// 如果前端设置了令牌前缀，则裁剪掉前缀
if (StringUtils.isNotEmpty(token) && token.startsWith(TokenConstants.PREFIX)) {
token = token.replaceFirst(TokenConstants.PREFIX, StringUtils.EMPTY);
}
return token;
}
private String getWebsocketToken(ServerHttpRequest request,ServerHttpResponse response){
String token = request.getHeaders().getFirst(TokenConstants.WEBSOCKET_AUTHENTICATION);
ServerHttpRequest.Builder mutate = request.mutate();
// 如果前端设置了令牌前缀，则裁剪掉前缀
if (StringUtils.isNotEmpty(token) ) {
response.getHeaders().set(TokenConstants.WEBSOCKET_AUTHENTICATION, token);
removeHeader(mutate, TokenConstants.WEBSOCKET_AUTHENTICATION);
}
return token;
}
@Override
public int getOrder() {
return -200;
}
}
6. 过滤器的执行顺序
请求进入网关会碰到三类过滤器: 当前路由的过滤器、DefaultFilter、GlobalFilter。
请求路由后，会将当前路由过滤器和DefaultFilter、GlobalFilter，合并到一个过滤器链(集合)中，排序后依次执行每个过滤器。
- 每一个过滤器都必须指定一个int类型的order值，order值越小，优先级越高，执行顺序越靠前
- GlobalFilter通过实现Ordered接口，或者添加@Order注解来指定order值，由我们自己指定
- 路由过滤器和defaultFilter的order由Spring指定，默认是按照声明顺序从1递增
- 当过滤器的order值一样时，会按照 defaultFilter > 路由过滤器>GlobalFilter的顺序执行
可以参考下面几个类的源码查看：
7. GlobalFilter和GatewayFilter的区别
Spring Cloud Gateway 根据作用范围划分为 GatewayFilter 和 GlobalFilter，二者区别如下：
- GatewayFilter：网关过滤器，需要通过 spring.cloud.routes.filters 配置在具体路由下，只作用在当前路由上或通过 spring.cloud.default-filters 配置在全局，作用在所有路由上。
- 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。
四、实战经验分享：处理微服务间通信
1. 跨域问题处理
跨域问题：浏览器禁止请求的发起者与服务端发生跨域ajax请求，请求被浏览器拦截的问题。它是由浏览器的同源策略所造成的，是浏览器对于JavaScript所定义的安全限制策略。
同源策略：是指协议，域名，端口都要相同，其中有一个不同都会产生跨域。
- 同一协议， 如http或https
- 同一IP地址或域名, 如127.0.0.1
- 同一端口, 如8080
以上三个条件中有一个条件不同就会产生跨域问题。
例如：
- 域名不同: www.taobao.com 和 www.taobao.org 和 www.jd.com
- 域名相同，端口不同: localhost:8080和localhost:8081
解决方案：
跨源资源共享 (CORS)：（或通俗地译为跨域资源共享）是一种基于 HTTP 头的机制，该机制通过允许服务器标示除了它自己以外的其它origin（域，协议和端口），这样浏览器可以访问加载这些资源。现代浏览器支持在 API 容器中（例如 XMLHttpRequest 或 Fetch）使用 CORS，以降低跨源 HTTP 请求所带来的风险。
网关处理跨域采用的同样是CORS方案，并且只需要简单配置即可实现。
CORS跨域要配置的参数包括：
- 允许哪些域名跨域?
- 允许哪些请求头?
- 允许哪些请求方式?
- 是否允许使用cookie?
- 有效期是多久?
spring:
cloud:
gateway:
globalcors: # 全局跨域处理
add-to-simple-url-handler-mapping: true # 解决options请求被拦截问题
cors-configurations:
'[/**]':
# 允许跨域的源(网站域名/ip)，设置*为全部
# 允许跨域请求里的head字段，设置*为全部
# 允许跨域的method， 默认为GET和OPTIONS，设置*为全部
allow-credentials: true # 是否允许携带cookie
allowed-origins: # 运行的跨域请求的网站
- "http://taobao.123.com"
- "http://www.xx.com"
allowed-headers: "*" # 允许在请求中携带的头信息
allowed-methods: # 允许跨域ajax请求方式
- OPTIONS
- GET
- POST
- DELETE
- PUT
- PATCH
max-age: 36000 # 跨域检测的有效期