SpringCloud集成Gateway

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Gateway是什么

Cloud全家桶中有个很重要的组件就是网关,在1.x版本中都是采用的Zuul网关;

但在2.x版本中,zuul的升级一直跳票,SpringCloud最后自己研发了一个网关替代Zuul,那就是SpringCloud Gateway—句话:gateway是原zuul1.x版的替代

Gateway是在Spring生态系统之上构建的API网关服务,基于Spring 5,Spring Boot 2和Project Reactor等技术。

Gateway旨在提供一种简单而有效的方式来对API进行路由,以及提供一些强大的过滤器功能,例如:熔断、限流、重试等。

SpringCloud Gateway是Spring Cloud的一个全新项目,基于Spring 5.0+Spring Boot 2.0和Project Reactor等技术开发的网关,它旨在为微服务架构提供—种简单有效的统一的API路由管理方式。

SpringCloud Gateway作为Spring Cloud 生态系统中的网关,目标是替代Zuul,在Spring Cloud 2.0以上版本中,没有对新版本的Zul 2.0以上最新高性能版本进行集成,仍然还是使用的Zuul 1.x非Reactor模式的老版本。而为了提升网关的性能,SpringCloud Gateway是基于WebFlux框架实现的,而WebFlux框架底层则使用了高性能的Reactor模式通信框架Netty。

Spring Cloud Gateway的目标提供统一的路由方式且基于 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。

作用

  • 方向代理
  • 鉴权
  • 流量控制
  • 熔断
  • 日志监控

微服务架构中网关的位置

GateWay非阻塞异步模型

有Zuull了怎么又出来Gateway?我们为什么选择Gateway?

1.netflix不太靠谱,zuul2.0一直跳票,迟迟不发布。

  • 一方面因为Zuul1.0已经进入了维护阶段,而且Gateway是SpringCloud团队研发的,是亲儿子产品,值得信赖。而且很多功能Zuul都没有用起来也非常的简单便捷。
  • Gateway是基于异步非阻塞模型上进行开发的,性能方面不需要担心。虽然Netflix早就发布了最新的Zuul 2.x,但Spring Cloud貌似没有整合计划。而且Netflix相关组件都宣布进入维护期;不知前景如何?
  • 多方面综合考虑Gateway是很理想的网关选择。

2.SpringCloud Gateway具有如下特性

  • 基于Spring Framework 5,Project Reactor和Spring Boot 2.0进行构建;
  • 动态路由:能够匹配任何请求属性
  • 可以对路由指定Predicate (断言)和Filter(过滤器);
  • 集成Hystrix的断路器功能;
  • 集成Spring Cloud 服务发现功能;
  • 易于编写的Predicate (断言)和Filter (过滤器);
  • 请求限流功能;
  • 支持路径重写

3.SpringCloud Gateway与Zuul的区别

  • 在SpringCloud Finchley正式版之前,Spring Cloud推荐的网关是Netflix提供的Zuul。
  • Zuul 1.x,是一个基于阻塞I/O的API Gateway。
  • Zuul 1.x基于Servlet 2.5使用阻塞架构它不支持任何长连接(如WebSocket)Zuul的设计模式和Nginx较像,每次I/О操作都是从工作线程中选择一个执行,请求线程被阻塞到工作线程完成,但是差别是Nginx用C++实现,Zuul用Java实现,而JVM本身会有第-次加载较慢的情况,使得Zuul的性能相对较差。
  • Zuul 2.x理念更先进,想基于Netty非阻塞和支持长连接,但SpringCloud目前还没有整合。Zuul.x的性能较Zuul 1.x有较大提升。在性能方面,根据官方提供的基准测试,Spring Cloud Gateway的RPS(每秒请求数)是Zuul的1.6倍。
  • Spring Cloud Gateway建立在Spring Framework 5、Project Reactor和SpringBoot2之上,使用非阻塞API。
  • Spring Cloud Gateway还支持WebSocket,并且与Spring紧密集成拥有更好的开发体验

Zuul1.x模型

Springcloud中所集成的Zuul版本,采用的是Tomcat容器,使用的是传统的Serviet IO处理模型。

Servlet的生命周期?servlet由servlet container进行生命周期管理。

  • container启动时构造servlet对象并调用servlet init()进行初始化;
  • container运行时接受请求,并为每个请求分配一个线程(一般从线程池中获取空闲线程)然后调用service);
  • container关闭时调用servlet destory()销毁servlet。

上述模式的缺点:

Servlet是一个简单的网络IO模型,当请求进入Servlet container时,Servlet container就会为其绑定一个线程,在并发不高的场景下这种模型是适用的。但是一旦高并发(如抽风用Jmeter压),线程数量就会上涨,而线程资源代价是昂贵的(上线文切换,内存消耗大)严重影响请求的处理时间。在一些简单业务场景下,不希望为每个request分配一个线程,只需要1个或几个线程就能应对极大并发的请求,这种业务场景下servlet模型没有优势。

所以Zuul 1.X是基于servlet之上的一个阻塞式处理模型,即Spring实现了处理所有request请求的一个servlet (DispatcherServlet)并由该servlet阻塞式处理处理。所以SpringCloud Zuul无法摆脱servlet模型的弊端。

Gateway模型

传统的Web框架,比如说: Struts2,SpringMVC等都是基于Servlet APl与Servlet容器基础之上运行的。

但是在Servlet3.1之后有了异步非阻塞的支持。而WebFlux是一个典型非阻塞异步的框架,它的核心是基于Reactor的相关API实现的。相对于传统的web框架来说,它可以运行在诸如Netty,Undertow及支持Servlet3.1的容器上。非阻塞式+函数式编程(Spring 5必须让你使用Java 8)。

Spring WebFlux是Spring 5.0 引入的新的响应式框架,区别于Spring MVC,它不需要依赖Servlet APl,它是完全异步非阻塞的,并且基于Reactor来实现响应式流规范。

Gateway工作流程

三大核心概念

  • Route(路由) - 路由是构建网关的基本模块,它由ID,目标URI,一系列的断言和过滤器组成,如断言为true则匹配该路由;
  • Predicate(断言) -参考的是Java8的java.util.function.Predicate,开发人员可以匹配HTTP请求中的所有内容(例如请求头或请求参数),如果请求与断言相匹配则进行路由;
  • Filter(过滤) -指的是Spring框架中GatewayFilter的实例,使用过滤器,可以在请求被路由前或者之后对请求进行修改。

web请求,通过一些匹配条件,定位到真正的服务节点。并在这个转发过程的前后,进行一些精细化控制。

predicate就是我们的匹配条件;而fliter,就可以理解为一个无所不能的拦截器。有了这两个元素,再加上目标uri,就可以实现一个具体的路由了

Gateway工作流程

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GatewayWeb 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。

核心逻辑:路由转发 + 执行过滤器链。

Gateway9527搭建

1.新建Module - cloud-gateway-gateway9527

2.POM

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <parent>
        <artifactId>cloud_Parent</artifactId>
        <groupId>dhy.xpy</groupId>
        <version>520.521.finally</version>
    </parent>
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>

    <artifactId>cloud-gateway-gateway9527</artifactId>

    <properties>
        <maven.compiler.source>8</maven.compiler.source>
        <maven.compiler.target>8</maven.compiler.target>
    </properties>

    <dependencies>
        <!--gateway-->
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
            <artifactId>spring-cloud-starter-gateway</artifactId>
        </dependency>
        <!--eureka-client-->
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
            <artifactId>spring-cloud-starter-netflix-eureka-client</artifactId>
        </dependency>
        <!-- 引入自己定义的api通用包,可以使用Payment支付Entity -->
        <dependency>
            <groupId>dhy.xpy</groupId>
            <artifactId>cloud-api-commons</artifactId>
            <version>520.521.finally</version>
        </dependency>
        <!--一般基础配置类-->
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-devtools</artifactId>
            <scope>runtime</scope>
            <optional>true</optional>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.projectlombok</groupId>
            <artifactId>lombok</artifactId>
            <optional>true</optional>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
            <scope>test</scope>
        </dependency>
    </dependencies>
</project>

gateway网关的pom文件配置,不需要web和actuor的依赖,否则会报错

3.YML

server:
  port: 9527

spring:
  application:
    name: cloud-gateway

eureka:
  instance:
    hostname: cloud-gateway-service
  client: #服务提供者provider注册进eureka服务列表内
    service-url:
      register-with-eureka: true
      fetch-registry: true
      defaultZone: http://eureka7001.com:7001/eureka

4.业务类

5.主启动类

@SpringBootApplication
@EnableEurekaClient
public class GateWayMain9527
{
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(GateWayMain9527.class, args);
    }
}

6.9527网关如何做路由映射?

cloud-provider-payment8001看看controller的访问地址

  • get
  • lb

我们目前不想暴露8001端口,希望在8001外面套一层9527

7.YML新增网关配置

server:
  port: 9527

spring:
  application:
    name: cloud-gateway
  #############################新增网关配置###########################
  cloud:
    gateway:
      routes:
        - id: payment_routh #payment_route #路由的ID,没有固定规则但要求唯一,建议配合服务名
          uri: http://localhost:8001          #匹配后提供服务的路由地址
          #uri: lb://cloud-payment-service #匹配后提供服务的路由地址
          predicates:
            - Path=/payment/get/**         # 断言,路径相匹配的进行路由

        - id: payment_routh2 #payment_route #路由的ID,没有固定规则但要求唯一,建议配合服务名
          uri: http://localhost:8001          #匹配后提供服务的路由地址
          #uri: lb://cloud-payment-service #匹配后提供服务的路由地址
          predicates:
            - Path=/payment/lb/**         # 断言,路径相匹配的进行路由
####################################################################

eureka:
  instance:
    hostname: cloud-gateway-service
  client: #服务提供者provider注册进eureka服务列表内
    service-url:
      register-with-eureka: true
      fetch-registry: true
      defaultZone: http://eureka7001.com:7001/eureka

8.测试

  • 启动7001
  • 启动8001-cloud-provider-payment8001
  • 启动9527网关

访问说明

添加网关前 - http://localhost:8001/payment/get/1

添加网关后 - http://localhost:9527/payment/get/1

两者访问成功,返回相同结果

Gateway配置路由的两种方式

在配置文件yml中配置,见上一章节

代码中注入RouteLocator的Bean

官网

RemoteAddressResolver resolver = XForwardedRemoteAddressResolver
    .maxTrustedIndex(1);

...

.route("direct-route",
    r -> r.remoteAddr("10.1.1.1", "10.10.1.1/24")
        .uri("https://downstream1")
.route("proxied-route",
    r -> r.remoteAddr(resolver, "10.10.1.1", "10.10.1.1/24")
        .uri("https://downstream2")
)

百度国内新闻网址,需要外网 - http://news.baidu.com/guonei

自己写一个

业务需求 - 通过9527网关访问到外网的百度新闻网址

编码

cloud-gateway-gateway9527业务实现

@Configuration
public class GateWayConfig
{
    @Bean
    public RouteLocator customRouteLocator(RouteLocatorBuilder routeLocatorBuilder)
    {
        RouteLocatorBuilder.Builder routes = routeLocatorBuilder.routes();
        //第一个参数是路由的id
        //第二个参数是路由请求转发到的对应的地址
        //这里就是: http://localhost:9527/guonei ---->路由到http://news.baidu.com/guonei
        routes.route("path_route_dhy",
                r -> r.path("/guonei")
                        .uri("http://news.baidu.com/guonei")).build();

        return routes.build();
    }
}

测试

浏览器输入http://localhost:9527/guonei,返回http://news.baidu.com/guonei相同的页面。

这里在yaml和编码方式配置路由,两者之间不会覆盖,而是累加关系,只有出现请求相同时,才会有覆盖

GateWay配置动态路由

默认情况下Gateway会根据注册中心注册的服务列表,以注册中心上微服务名为路径创建动态路由进行转发,从而实现动态路由的功能(不写死一个地址)。

启动

eureka7001

payment8001/8002

POM

服务网关注册到注册中心

<!--eureka-client-->
<dependency>
    <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-netflix-eureka-client</artifactId>
</dependency>

YML

需要注意的是uri的协议为lb,表示启用Gateway的负载均衡功能。

lb://serviceName是spring cloud gateway在微服务中自动为我们创建的负载均衡uri。

server:
  port: 9527

spring:
  application:
    name: cloud-gateway
  #############################新增网关配置###########################
  cloud:
    gateway:
      discovery:
        locator:
          enabled: true #开启从注册中心动态创建路由的功能,利用微服务名进行路由
      routes:
        - id: payment_routh #payment_route #路由的ID,没有固定规则但要求唯一,建议配合服务名
          #uri: http://localhost:8001 #匹配后提供服务的路由地址
          uri: lb://cloud-payment-service #匹配后提供服务的路由地址
          predicates:
            - Path=/payment/get/**         # 断言,路径相匹配的进行路由

        - id: payment_routh2 #payment_route #路由的ID,没有固定规则但要求唯一,建议配合服务名
          #uri: http://localhost:8001 #匹配后提供服务的路由地址
          uri: lb://cloud-payment-service #匹配后提供服务的路由地址
          predicates:
            - Path=/payment/lb/**         # 断言,路径相匹配的进行路由
####################################################################

eureka:
  instance:
    hostname: cloud-gateway-service
  client: #服务提供者provider注册进eureka服务列表内
    service-url:
      register-with-eureka: true
      fetch-registry: true
      defaultZone: http://eureka7001.com:7001/eureka

spring.cloud.gateway.discovery.locator.enabled:开启 Gateway的注册中心发现配置,开启后可自动从服务注册中心拉取服务列表,通过各个服务的 spring.application.name作为前缀进行转发,该配置默认为 false。

eureka.client.service-url.defaultZone指定注册中心的地址,以便使用服务发现功能

uri格式:

#格式为:lb://应用注册服务名
uri: lb://spring-cloud-producer

测试

浏览器输入 - http://localhost:9527/payment/lb

结果

不停刷新页面,8001/8002两个端口切换。

gateway使用及负载均衡原理

springcloud-gateway源码-(八)负载均衡处理流程分析
gateway使用及负载均衡原理

GateWay常用的Predicate

Spring Cloud Gateway将路由匹配作为Spring WebFlux HandlerMapping基础架构的一部分。

Spring Cloud Gateway包括许多内置的Route Predicate工厂。所有这些Predicate都与HTTP请求的不同属性匹配。多个RoutePredicate工厂可以进行组合。

Spring Cloud Gateway创建Route 对象时,使用RoutePredicateFactory 创建 Predicate对象,Predicate 对象可以赋值给Route。Spring Cloud Gateway包含许多内置的Route Predicate Factories。

所有这些谓词都匹配HTTP请求的不同属性。多种谓词工厂可以组合,并通过逻辑and。

常用的Route Predicate Factory

  • The After Route Predicate Factory
  • The Before Route Predicate Factory
  • The Between Route Predicate Factory
  • The Cookie Route Predicate Factory
  • The Header Route Predicate Factory
  • The Host Route Predicate Factory
  • The Method Route Predicate Factory
  • The Path Route Predicate Factory
  • The Query Route Predicate Factory
  • The RemoteAddr Route Predicate Factory
  • The weight Route Predicate Factory

The After Route Predicate Factory

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: after_route
        uri: https://example.org
        predicates:
        # 这个时间后才能起效
        - After=2017-01-20T17:42:47.789-07:00[America/Denver]

可以通过下述方法获得上述格式的时间戳字符串

public class T2
{
    public static void main(String[] args)
    {
        ZonedDateTime zbj = ZonedDateTime.now(); // 默认时区
        System.out.println(zbj);

       //2021-02-22T15:51:37.485+08:00[Asia/Shanghai]
    }
}

Java.time.ZonedDateTime带时区的日期与时间信息的类

The Between Route Predicate Factory

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: between_route
        uri: https://example.org
        # 两个时间点之间
        predicates:
        - Between=2017-01-20T17:42:47.789-07:00[America/Denver], 2017-01-21T17:42:47.789-07:00[America/Denver]
spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: cookie_route
        uri: https://example.org
        predicates:
        - Cookie=chocolate, chip

The cookie route predicate factory takes two parameters, the cookie name and a regular expression.

This predicate matches cookies that have the given name and whose values match the regular expression.

规定只有满足cookie key和value都相同的情况下,才会进行路由

测试

# 该命令相当于发get请求,且没带cookie
curl http://localhost:9527/payment/lb

# 带cookie的
curl http://localhost:9527/payment/lb --cookie "chocolate=chip"

The Header Route Predicate Factory

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

The header route predicate factory takes two parameters, the header name and a regular expression.

This predicate matches with a header that has the given name whose value matches the regular expression.

必须携带指定的请求头,并且请求头的值必须满足指定的正则表达式

测试:

# 带指定请求头的参数的CURL命令
curl http://localhost:9527/payment/lb -H "X-Request-Id:123"

小结

说白了,Predicate就是为了实现一组匹配规则,让请求过来找到对应的Route进行处理。

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详细使用推荐这篇文章

GateWay的Filter

官网

路由过滤器可用于修改进入的HTTP请求和返回的HTTP响应,路由过滤器只能指定路由进行使用。Spring Cloud Gateway内置了多种路由过滤器,他们都由GatewayFilter的工厂类来产生。

Spring Cloud Gateway的Filter:

生命周期:

  • pre
  • post

PRE : 这种过滤器在请求被路由之前调用。我们可利用这种过滤器实现身份验证、在集群中选择
请求的微服务、记录调试信息等。

POST :这种过滤器在路由到微服务以后执行。这种过滤器可用来为响应添加标准的 HTTP
Header、收集统计信息和指标、将响应从微服务发送给客户端等。

种类(具体看官方文档):

  • GatewayFilter - 有31种 ----应用到单个路由或者一个分组的路由上。
  • GlobalFilter - 有10种 ----应用到所有的路由上。

局部过滤器(GatewayFilter),是针对单个路由的过滤器。可以对访问的URL过滤,进行切面处理。在Spring Cloud Gateway中通过GatewayFilter的形式内置了很多不同类型的局部过滤器

全局过滤器(GlobalFilter)作用于所有路由,Spring Cloud Gateway 定义了Global Filter接口,用户可以自定义实现自己的Global Filter。通过全局过滤器可以实现对权限的统一校验,安全性验证等功能,并且全局过滤器也是程序员使用比较多的过滤器。

常用的GatewayFilter:AddRequestParameter GatewayFilter

自定义全局GlobalFilter:

两个主要接口介绍:

  • GlobalFilter
  • Ordered

能干什么:

  • 全局日志记录
  • 统一网关鉴权

Spring Cloud Gateway同zuul类似,有“pre”和“post”两种方式的filter。客户端的请求先经过“pre”类型的filter,然后将请求转发到具体的业务服务,比如上图中的user-service,收到业务服务的响应之后,再经过“post”类型的filter处理,最后返回响应到客户端。

与zuul不同的是,filter除了分为“pre”和“post”两种方式的filter外,在Spring Cloud Gateway中,filter从作用范围可分为另外两种,一种是针对于单个路由的gateway filter,它在配置文件中的写法同predict类似;另外一种是针对于所有路由的global gateway filer。

代码案例:

GateWay9527项目添加MyLogGateWayFilter类:

@Component
@Slf4j
public class MyLogGateWayFilter implements GlobalFilter,Ordered
{

    @Override
    public Mono<Void> filter(ServerWebExchange exchange, GatewayFilterChain chain)
    {
        log.info("***********come in MyLogGateWayFilter: "+new Date());
         
        //获取指定请求参数
        String uname = exchange.getRequest().getQueryParams().getFirst("uname");

        //如果请求参数为空,则停止当前过滤器链的执行,直接作出响应
        if(uname == null)
        {
            log.info("*******用户名为null,非法用户,o(╥﹏╥)o");
            exchange.getResponse().setStatusCode(HttpStatus.NOT_ACCEPTABLE);
            return exchange.getResponse().setComplete();
        }
       //继续执行其他过滤器链
        return chain.filter(exchange);
    }

    //加载过滤器的顺序,数字越小优先级越高
    @Override
    public int getOrder()
    {
        return 0;
    }
}

测试:

启动:

EurekaMain7001
PaymentMain8001
GateWayMain9527
PaymentMain8002

浏览器输入:

http://localhost:9527/payment/lb/1 - 访问异常

http://localhost:9527/payment/lb/1?uname=abc - 正常访问

默认全局过滤器

注意:过滤器先于断言执行,只有过滤器执行成功了,才会再进行断言检测

补充知识点

SpringCloud Gateway 修改请求路径的过滤器(StripPrefix Filter和PrefixPath Filter)

SpringCloud Gateway 修改请求路径的过滤器(StripPrefix Filter和PrefixPath Filter)

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