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Spring Cloud Gateway夺命连环10问?

ztj100 2024-10-29 18:18 25 浏览 0 评论

这篇文章介绍下微服务中的一个重要角色：网关，对于网关如何选择，由于阿里系暂时未出网关，当然是选择了Spring cloud Gateway，毕竟是亲儿子。

文章目录如下：

为什么需要网关？

传统的单体架构中只有一个服务开放给客户端调用，但是微服务架构中是将一个系统拆分成多个微服务，那么作为客户端如何去调用这些微服务呢？如果没有网关的存在，只能在本地记录每个微服务的调用地址。

无网关的微服务架构往往存在以下问题：

客户端多次请求不同的微服务，增加客户端代码或配置编写的复杂性。
认证复杂，每个服务都需要独立认证。
存在跨域请求，在一定场景下处理相对复杂。

网关的基本功能？

网关是所有微服务的门户，路由转发仅仅是最基本的功能，除此之外还有其他的一些功能，比如：认证、鉴权、熔断、限流、日志监控等等.........

以上这些应用场景会在后续的文章详细介绍，不是今天的重点。

为什么选择Spring cloud Gateway？

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，Spring Cloud最后自己研发了一个网关替代Zuul，那就是Spring Cloud Gateway。

肯定选择亲儿子Spring Cloud Gateway，它的很多思想都是借鉴zuul，所谓青出于蓝而胜于蓝，功能和性能肯定是优于zuul，不然Spring Cloud 为嘛要发布它？

重要的一点原因：

Spring Cloud Gateway 基于Spring Boot 2.x、Spring WebFlux和[Project Reactor构建。

对于Spring Boot 的整合方便兼容性以及性能方面不必担心。

Spring Cloud Gateway几个必知的术语？

路由（route）：gateway的基本构建模块。它由ID、目标URI、断言集合和过滤器集合组成。如果聚合断言结果为真，则匹配到该路由。
断言（Predicate ）：参照Java8的新特性Predicate，允许开发人员匹配HTTP请求中的任何内容，比如头或参数。
过滤器（filter）：可以在返回请求之前或之后修改请求和响应的内容。

网关如何搭建？

为什么要放这张图？

一定要按照上图中的版本进行适配，否则会出现意想不到的BUG，陈某遇到过，都是泪............

新建cloud-gateway9023，添加如下依赖：

<!--gateway-->
<dependency>
    <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-gateway</artifactId>
</dependency>

注意：一定要去掉spring-boot-starter-web依赖，否则启动报错

好了，项目搭建完成，其实就添加这么一个依赖，关于详细的配置下文介绍。

什么是Predict（断言）？

Predicate来自于java8的接口。Predicate接受一个输入参数，返回一个布尔值结果。该接口包含多种默认方法来将Predicate组合成其他复杂的逻辑（比如：与，或，非）。

可以用于接口请求参数校验、判断新老数据是否有变化需要进行更新操作。

Spring Cloud Gateway内置了许多Predict，这些Predict的源码在org.springframework.cloud.gateway.handler.predicate包中，有兴趣可以阅读一下。内置的一些断言如下图：

以上11种断言陈某这里就不再介绍如何配置了，官方文档写的很清楚。

官方文档：https://docs.spring.io/spring-cloud-gateway/docs/2.2.9.RELEASE/reference/html/

下面就以最后一种权重断言为例介绍一下如何配置。配置如下：

spring:
  cloud:
    gateway:
      ## 路由
      routes:
        ## id只要唯一即可，名称任意
        - id: gateway-provider_1
          uri: http://localhost:9024
          ## 配置断言
          predicates:
            ## Path Route Predicate Factory断言，满足/gateway/provider/**这个请求路径的都会被路由到http://localhost:9024这个uri中
            - Path=/gateway/provider/**
            ## Weight Route Predicate Factory，同一分组按照权重进行分配流量，这里分配了80%
            ## 第一个group1是分组名，第二个参数是权重
            - Weight=group1, 8
            
        ## id必须唯一
        - id: gateway-provider_2
          ## 路由转发的uri
          uri: http://localhost:9025
          ## 配置断言
          predicates:
            ## Path Route Predicate Factory断言，满足/gateway/provider/**这个请求路径的都会被路由到http://localhost:9024这个uri中
            - Path=/gateway/provider/**
            ## Weight Route Predicate Factory，同一分组按照权重进行分配流量，这里分配了20%
            ## 第一个group1是分组名，第二个参数是权重
            - Weight=group1, 2

routes下就是配置的路由策略，各个组件如下：

id：路由的唯一id，名称任意
uri：路由转发的uri
predicates：断言配置，可以配置多个

Spring Cloud Gateway中的断言命名都是有规范的，格式：xxxRoutePredicateFactory。

比如权重的断言：WeightRoutePredicateFactory，那么配置时直接取前面的Weight。

默认的路由转发如果路由到了两个，则是的按照配置先后顺序转发，上面都配置了路径：Path=/gateway/provider/**，如果没有配置权重，则肯定是转发到http://localhost:9024。

但是既然配置配置了权重并且相同的分组，则按照权重比例进行分配流量。

什么是过滤器？

过滤器这个概念很熟悉，在Spring mvc 就接触过，Gateway的过滤器的作用以及生命周期都是类似的。

Gateway的生命周期：

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。

Gateway 的Filter从作用范围可分为两种:

GatewayFilter：应用到单个路由或者一个分组的路由上（需要在配置文件中配置）。
GlobalFilter：应用到所有的路由上（无需配置，全局生效）

GatewayFilter（局部过滤器）

Spring Cloud Gateway中内置了许多的局部过滤器，如下图：

局部过滤器需要在指定路由配置才能生效，默认是不生效的。

以AddResponseHeaderGatewayFilterFactory这个过滤器为例，为原始响应添加Header，配置如下：

spring:
  cloud:
    gateway:
      ## 路由
      routes:
        ## id只要唯一即可，名称任意
        - id: gateway-provider_1
          uri: http://localhost:9024
          ## 配置断言
          predicates:
            ## Path Route Predicate Factory断言，满足/gateway/provider/**这个请求路径的都会被路由到http://localhost:9024这个uri中
            - Path=/gateway/provider/**
          ## 配置过滤器（局部）
          filters:
            - AddResponseHeader=X-Response-Foo, Bar

浏览器请求，发现响应头中已经有了X-Response-Foo=Bar这个键值对，如下图：

注意：过滤器的名称只需要写前缀，过滤器命名必须是xxxGatewayFilterFactory（包括自定义）。

更多过滤器的配置可以看官方文档：https://docs.spring.io/spring-cloud-gateway/docs/2.2.9.RELEASE/reference/html/#gatewayfilter-factories

虽说内置的过滤器能够解决很多场景，但是难免还是有些特殊需求需要定制一个过滤器，下面就来介绍一下如何自定义局部过滤器。

场景：模拟一个授权验证的过程，如果请求头或者请求参数中携带token则放行，否则直接拦截返回401，代码如下：

/**
 * 名称必须是xxxGatewayFilterFactory形式
 * todo：模拟授权的验证，具体逻辑根据业务完善
 */
@Component
@Slf4j
public class AuthorizeGatewayFilterFactory extends AbstractGatewayFilterFactory<AuthorizeGatewayFilterFactory.Config> {

    private static final String AUTHORIZE_TOKEN = "token";

    //构造函数，加载Config
    public AuthorizeGatewayFilterFactory() {
        //固定写法
        super(AuthorizeGatewayFilterFactory.Config.class);
        log.info("Loaded GatewayFilterFactory [Authorize]");
    }

    //读取配置文件中的参数 赋值到 配置类中
    @Override
    public List<String> shortcutFieldOrder() {
        //Config.enabled
        return Arrays.asList("enabled");
    }

    @Override
    public GatewayFilter apply(AuthorizeGatewayFilterFactory.Config config) {
        return (exchange, chain) -> {
            //判断是否开启授权验证
            if (!config.isEnabled()) {
                return chain.filter(exchange);
            }

            ServerHttpRequest request = exchange.getRequest();
            HttpHeaders headers = request.getHeaders();
            //从请求头中获取token
            String token = headers.getFirst(AUTHORIZE_TOKEN);
            if (token == null) {
                //从请求头参数中获取token
                token = request.getQueryParams().getFirst(AUTHORIZE_TOKEN);
            }

            ServerHttpResponse response = exchange.getResponse();
            //如果token为空，直接返回401，未授权
            if (StringUtils.isEmpty(token)) {
                response.setStatusCode(HttpStatus.UNAUTHORIZED);
                //处理完成，直接拦截，不再进行下去
                return response.setComplete();
            }
            /**
             * todo chain.filter(exchange) 之前的都是过滤器的前置处理
             *
             * chain.filter().then(
             *  过滤器的后置处理...........
             * )
             */
            //授权正常，继续下一个过滤器链的调用
            return chain.filter(exchange);
        };
    }

    @Data
    @AllArgsConstructor
    @NoArgsConstructor
    public static class Config {
        // 控制是否开启认证
        private boolean enabled;
    }
}

局部过滤器需要在路由中配置才能生效，配置如下：

spring:
  cloud:
    gateway:
      ## 路由
      routes:
        ## id只要唯一即可，名称任意
        - id: gateway-provider_1
          uri: http://localhost:9024
          ## 配置断言
          predicates:
            ## Path Route Predicate Factory断言，满足/gateway/provider/**这个请求路径的都会被路由到http://localhost:9024这个uri中
            - Path=/gateway/provider/**
          ## 配置过滤器（局部）
          filters:
            - AddResponseHeader=X-Response-Foo, Bar
            ## AuthorizeGatewayFilterFactory自定义过滤器配置，值为true需要验证授权，false不需要
            - Authorize=true

此时直接访问：http://localhost:9023/gateway/provider/port，不携带token，返回如下图：

请求参数带上token：http://localhost:9023/gateway/provider/port?token=abcdcdecd-ddcdeicd12，成功返回，如下图：

上述的AuthorizeGatewayFilterFactory只是涉及到了过滤器的前置处理，后置处理是在chain.filter().then()中的then()方法中完成的，具体可以看下项目源码中的TimeGatewayFilterFactory，代码就不再贴出来了，如下图：

GlobalFilter（全局过滤器）

全局过滤器应用到全部路由上，无需开发者配置，Spring Cloud Gateway也内置了一些全局过滤器，如下图：

GlobalFilter的功能其实和GatewayFilter是相同的，只是GlobalFilter的作用域是所有的路由配置，而不是绑定在指定的路由配置上。多个GlobalFilter可以通过@Order或者getOrder()方法指定每个GlobalFilter的执行顺序，order值越小，GlobalFilter执行的优先级越高。

注意，由于过滤器有pre和post两种类型，pre类型过滤器如果order值越小，那么它就应该在pre过滤器链的顶层，post类型过滤器如果order值越小，那么它就应该在pre过滤器链的底层。示意图如下：

当然除了内置的全局过滤器，实际工作中还需要定制过滤器，下面来介绍一下如何自定义。

场景：模拟Nginx的Access Log 功能，记录每次请求的相关信息。代码如下：

/**
 * 实现GlobalFilter
 */
@Slf4j
@Component
@Order(value = Integer.MIN_VALUE)
public class AccessLogGlobalFilter implements GlobalFilter {

    @Override
    public Mono<Void> filter(ServerWebExchange exchange, GatewayFilterChain chain) {
        //filter的前置处理
        ServerHttpRequest request = exchange.getRequest();
        String path = request.getPath().pathWithinApplication().value();
        InetSocketAddress remoteAddress = request.getRemoteAddress();
        return chain
                //继续调用filter
                .filter(exchange)
                //filter的后置处理
                .then(Mono.fromRunnable(() -> {
            ServerHttpResponse response = exchange.getResponse();
            HttpStatus statusCode = response.getStatusCode();
            log.info("请求路径:{},远程IP地址:{},响应码:{}", path, remoteAddress, statusCode);
        }));
    }
}

好了，全局过滤器不必在路由上配置，注入到IOC容器中即可全局生效。

此时发出一个请求，控制台打印信息如下：

请求路径:/gateway/provider/port,远程IP地址:/0:0:0:0:0:0:0:1:64114,响应码:200 OK

如何集成注册中心？

上述demo中并没有集成注册中心，每次路由配置都是指定固定的服务uri，如下图：

这样做有什么坏处呢？

服务的IP的地址一旦修改了，路由配置中的uri必须修改
服务集群中无法实现负载均衡

此时就需要集成的注册中心，使得网关能够从注册中心自动获取uri（负载均衡）。

这里的注册中心当然选择Nacos，又不熟悉的小伙伴请看陈某《Spring Cloud 进阶》专栏的第一篇文章：五十五张图告诉你微服务的灵魂摆渡者Nacos究竟有多强？

pom文件中新增Nacos依赖，如下：

<!--nacos注册中心-->
    <dependency>
      <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
      <artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-nacos-discovery</artifactId>
    </dependency>

启动类上开启注册中心功能，如下图：

配置文件中指定nacos注册中心的地址：

spring:
  application:
    ## 指定服务名称，在nacos中的名字
    name: cloud-gateway
  cloud:
    nacos:
      discovery:
        # nacos的服务地址，nacos-server中IP地址:端口号
        server-addr: 127.0.0.1:8848

路由配置中唯一不同的就是路由的uri，格式：lb://service-name，这是固定写法：

lb：固定格式，指的是从nacos中按照名称获取微服务,并遵循负载均衡策略
service-name：nacos注册中心的服务名称，这里并不是IP地址形式的

集成Nacos注册中心完整的配置demo如下：

spring:
  application:
    ## 指定服务名称，在nacos中的名字
    name: cloud-gateway
  cloud:
    nacos:
      discovery:
        # nacos的服务地址，nacos-server中IP地址:端口号
        server-addr: 127.0.0.1:8848
    gateway:
      ## 路由
      routes:
        ## id只要唯一即可，名称任意
        - id: gateway-provider_1
        ## 使用了lb形式，从注册中心负载均衡的获取uri
          uri: lb://gateway-provider
          ## 配置断言
          predicates:
            ## Path Route Predicate Factory断言，满足/gateway/provider/**这个请求路径的都会被路由到http://localhost:9024这个uri中
            - Path=/gateway/provider/**
          ## 配置过滤器（局部）
          filters:
            - AddResponseHeader=X-Response-Foo, Bar

为什么指定了lb就可以开启负载均衡，前面说过全局过滤器LoadBalancerClientFilter就是负责路由寻址和负载均衡的，可以看到如下源码：

如何实现动态路由？

上述例子都是将网关的一系列配置写到项目的配置文件中，一旦路由发生改变必须要重新项目，这样维护成本很高。

其实我们可以将网关的配置存放到配置中心中，这样由配置中心统一管理，一旦路由发生改变，只需要在配置中心修改，这样便能达到一处修改，多出生效的目的。

这里当然要使用Nacos作为配置中心了，添加依赖如下：

<!--    nacos配置中心的依赖-->
    <dependency>
      <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
      <artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-nacos-config</artifactId>
    </dependency>

在bootstrap.yml文件中指定Nacos作为配置中心的一些相关配置：

spring:
  application:
    ## 指定服务名称，在nacos中的名字
    name: cloud-gateway
  cloud:
    nacos:
      ## todo 此处作为演示，仅仅配置了后缀，其他分组，命名空间根据需要自己配置
      config:
        server-addr: 127.0.0.1:8848
        ## 指定文件后缀未yaml
        file-extension: yaml

在nacos中的public命名空间中创建dataId为cloud-gateway.yaml的配置（未指定环境），配置内容如下：

到这里已经配置完成了。至于效果自己动动小手试试吧...............

如何自定义全局异常处理？

通过前面的测试可以看到一个现象：一旦路由的微服务下线或者失联了，Spring Cloud Gateway直接返回了一个错误页面，如下图：

显然这种异常信息不友好，前后端分离架构中必须定制返回的异常信息。

传统的Spring Boot 服务中都是使用@ControllerAdvice 来包装全局异常处理的，但是由于服务下线，请求并没有到达。

因此必须在网关中也要定制一层全局异常处理，这样才能更加友好的和客户端交互。

Spring Cloud Gateway提供了多种全局处理的方式，今天陈某只介绍其中一种方式，实现还算比较优雅。

直接创建一个类GlobalErrorExceptionHandler，实现ErrorWebExceptionHandler，重写其中的handle方法，代码如下：

/**
 * 用于网关的全局异常处理
 * @Order(-1)：优先级一定要比ResponseStatusExceptionHandler低
 */
@Slf4j
@Order(-1)
@Component
@RequiredArgsConstructor
public class GlobalErrorExceptionHandler implements ErrorWebExceptionHandler {

	private final ObjectMapper objectMapper;

	@SuppressWarnings({"rawtypes", "unchecked", "NullableProblems"})
	@Override
	public Mono<Void> handle(ServerWebExchange exchange, Throwable ex) {
		ServerHttpResponse response = exchange.getResponse();
		if (response.isCommitted()) {
			return Mono.error(ex);
		}

		// JOSN格式返回
		response.getHeaders().setContentType(MediaType.APPLICATION_JSON);
		if (ex instanceof ResponseStatusException) {
			response.setStatusCode(((ResponseStatusException) ex).getStatus());
		}

		return response.writeWith(Mono.fromSupplier(() -> {
			DataBufferFactory bufferFactory = response.bufferFactory();
			try {
				//todo 返回响应结果，根据业务需求，自己定制
				CommonResponse resultMsg = new CommonResponse("500",ex.getMessage(),null);
				return bufferFactory.wrap(objectMapper.writeValueAsBytes(resultMsg));
			}
			catch (JsonProcessingException e) {
				log.error("Error writing response", ex);
				return bufferFactory.wrap(new byte[0]);
			}
		}));
	}
}

好了，全局异常处理已经定制完成了，在测试一下，此时正常返回JSON数据了，如下图：

JSON的样式根据架构需要自己定制。

总结

Spring Cloud Gateway今天就分享到这里，主要介绍了以下几个知识点：

为什么需要网关？网关的基本功能
如何从零搭建一个微服务网关
Predict（断言）的概念
过滤器的概念、Spring Cloud Gateway内置的过滤器以及如何自定义
如何集成Nacos注册中心并且实现负载均衡
如何集成Nacos实现动态路由，达到一处修改，多出生效的作用
全局异常的处理

spring gateway

上一篇：深入理解SpringCloud之Gateway，小白都能看懂的保姆级教学
下一篇：Spring Cloud Gateway一次请求调用源码解析

Spring Cloud Gateway夺命连环10问?

为什么需要网关？

网关的基本功能？

为什么选择Spring cloud Gateway？

Spring Cloud Gateway几个必知的术语？

网关如何搭建？

什么是Predict（断言）？

什么是过滤器？

GatewayFilter（局部过滤器）

GlobalFilter（全局过滤器）

如何集成注册中心？

如何实现动态路由？

如何自定义全局异常处理？

总结

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