（一）背景介紹

目前，隨著微服務(wù)架構(gòu)的流行，大家紛紛采用微服務(wù)來實(shí)現(xiàn)新的系統(tǒng)或者進(jìn)行老系統(tǒng)的改造。而微服務(wù)架構(gòu)的優(yōu)勢正是讓敏捷開發(fā)和復(fù)雜的企業(yè)應(yīng)用持續(xù)交付成為可能。

雖然微服務(wù)架構(gòu)沒有公認(rèn)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范草案，但業(yè)界已經(jīng)有一些很有影響力的開源微服務(wù)架構(gòu)平臺。根據(jù)公司的業(yè)務(wù)系統(tǒng)項(xiàng)目現(xiàn)狀及公司的技術(shù)優(yōu)勢，統(tǒng)一開發(fā)框架團(tuán)隊(duì)采用了Spring-Cloud作為微服務(wù)的架構(gòu)平臺。Spring-Cloud作為一系列JAVA系統(tǒng)框架的有序集合，通過利用Spring-Boot的開發(fā)便利性簡化了分布式系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的開發(fā)，成為微服務(wù)架構(gòu)的集大成者和云計(jì)算的最佳業(yè)務(wù)實(shí)踐。

當(dāng)然，微服務(wù)在帶給我們太多好處的同時(shí)， 同時(shí)也帶給我們許多問題需要解決。采用微服務(wù)后，所有的服務(wù)都變成了一個個細(xì)小的API。那么這些服務(wù)API該怎么正確的管理？API認(rèn)證授權(quán)如何實(shí)現(xiàn)？如何實(shí)現(xiàn)服務(wù)的負(fù)載均衡，熔斷，灰度發(fā)布，限流流控？如何合理的治理這些API服務(wù)尤其重要。在微服務(wù)架構(gòu)中，API Gateway作為整體架構(gòu)的重要組件，它抽象了微服務(wù)中都需要的公共功能，同時(shí)提供了客戶端負(fù)載均衡，服務(wù)自動熔斷，灰度發(fā)布，統(tǒng)一認(rèn)證，限流流控，日志統(tǒng)計(jì)等豐富的功能，幫助我們解決很多API管理難題。

（二）API網(wǎng)關(guān)及主要功能

2.1 什么是API網(wǎng)關(guān)

API Gateway 是微服務(wù)架構(gòu)體系中的一類型特殊服務(wù)，它是所有微服務(wù)的入口，它的職責(zé)是執(zhí)行路由請求、協(xié)議轉(zhuǎn)換、聚合數(shù)據(jù)、認(rèn)證、限流、熔斷等公共基礎(chǔ)服務(wù)。

從部署結(jié)構(gòu)上說，上圖是不采用API Gateway的微服務(wù)部署模式，我們可以清晰看到，這種部署模式下，客戶端與負(fù)載均衡器（一般是Nginx）直接交互，完成服務(wù)的調(diào)用。但這是這種模式下，也有它的不足。

• 不支持動態(tài)擴(kuò)展，系統(tǒng)每多一個服務(wù)，就需要部署或修改負(fù)載均衡器。
• 無法做到動態(tài)的開關(guān)服務(wù)，若要下線某個服務(wù)，需要運(yùn)維人員將服務(wù)地址從負(fù)載均衡器中移除。
• 對于API的限流，安全等控制，需要每個微服務(wù)去自己實(shí)現(xiàn)，增加了微服務(wù)的復(fù)雜性，同時(shí)也違反了微服務(wù)設(shè)計(jì)的單一職責(zé)原則。

Chris Richardson在http:///中也提及到，在微服務(wù)的架構(gòu)模式下，API Gateway是微服務(wù)架構(gòu)中一個非常通用的模式，利用API Gateway可以解決調(diào)用方如何調(diào)用獨(dú)立的微服務(wù)這個問題。

上圖為采用API Gateway模式，我們通過上圖可以看到，API Gateway做為系統(tǒng)統(tǒng)一入口，實(shí)現(xiàn)了對各個微服務(wù)間的整合，同時(shí)又做到了對客戶端友好，屏蔽系統(tǒng)了復(fù)雜性和差異性。對比之前無API Gateway模式，API Gateway具有幾個比較重要的優(yōu)點(diǎn)：

• 采用API Gateway可以與微服務(wù)注冊中心連接，實(shí)現(xiàn)微服務(wù)無感知動態(tài)擴(kuò)容。
• API Gateway對于無法訪問的服務(wù)，可以做到自動熔斷，無需人工參與。
• API Gateway可以方便的實(shí)現(xiàn)藍(lán)綠部署，金絲雀發(fā)布或A/B發(fā)布。
• API Gateway做為系統(tǒng)統(tǒng)一入口，我們可以將各個微服務(wù)公共功能放在API Gateway中實(shí)現(xiàn)以盡可能減少各服務(wù)的職責(zé)。
• 幫助我們實(shí)現(xiàn)客戶端的負(fù)載均衡策略。

2.2 API的網(wǎng)關(guān)分類

Chris Richardson 在他的博客中把 API 網(wǎng)關(guān)劃分為以下兩種：

• 單節(jié)點(diǎn) API 網(wǎng)關(guān)
• Backends for frontends 網(wǎng)關(guān)（BFF模式）

單節(jié)點(diǎn)網(wǎng)關(guān)：單節(jié)點(diǎn)的 API網(wǎng)關(guān)為每個客戶端提供不同的API，而不是提供一種萬能風(fēng)格的API。

Backends for frontends 網(wǎng)關(guān)：這種模式是針對不同的客戶端來實(shí)現(xiàn)一個不同的API網(wǎng)關(guān)。

2.3 API Gateway中的主要功能

下面我們用圖來說明API Gateway中一些重要的功能：

Gateway 職責(zé)之1 ：負(fù)載均衡

API Gateway可以幫助我們輕松的實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，利用服務(wù)發(fā)現(xiàn)知道所有Service的地址和位置，通過在API Gateway中實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡算法，ZUUL默認(rèn)使用RR算法實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡效果。

Gateway 職責(zé)之2 ：接口路由

需要根據(jù)各種條件將請求路由到正確的目的地。在實(shí)現(xiàn)上采用了路由服務(wù)，Gateway定期從路由服務(wù)獲取路由表，達(dá)到了解耦、實(shí)時(shí)更新的效果；經(jīng)過通用邏輯預(yù)處理后，無線接口請求將進(jìn)一步分發(fā)給后端處理。URL或者ServiceID在配置文件或者系統(tǒng)里做映射，分發(fā)邏輯根據(jù)請求中的URL信息，找到對應(yīng)的業(yè)務(wù)后端ServiceID或者URL，然后把請求交給業(yè)務(wù)后端做相應(yīng)處理。

Gateway 職責(zé)之3： 服務(wù)熔斷

在實(shí)際生產(chǎn)中，一些服務(wù)很有可能因?yàn)槟承┰虬l(fā)生故障，如果此時(shí)不采取一些手段，會導(dǎo)致整個系統(tǒng)“雪崩”?；蛞蛳到y(tǒng)整體負(fù)載的考慮，會對服務(wù)訪問次數(shù)進(jìn)行限制。服務(wù)熔斷、服務(wù)降級就是解決上述問題的主要方式。API Gateway可以幫助我們實(shí)現(xiàn)這些功能，對于服務(wù)的調(diào)用次數(shù)的限制，當(dāng)某服務(wù)達(dá)到上限時(shí)，API Gateway會自動停止向上游服務(wù)發(fā)送請求，并像客戶端返回錯誤提示信息或一個統(tǒng)一的響應(yīng)，進(jìn)行服務(wù)降級。對于需要臨時(shí)發(fā)生故障的服務(wù)，API Gateway自動可以打開對應(yīng)服務(wù)的斷路器，進(jìn)行服務(wù)熔斷，防止整個系統(tǒng)“雪崩”。

Gateway 職責(zé)之4 ： 灰度發(fā)布

服務(wù)發(fā)布上線過程中，我們不可能將新版本全部部署在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，因?yàn)樾掳姹静]有接受真實(shí)用戶、真實(shí)數(shù)據(jù)、真實(shí)環(huán)境的考驗(yàn)，此時(shí)我們需要進(jìn)行灰度發(fā)布，灰度發(fā)布可以保證整體系統(tǒng)的穩(wěn)定，在初始灰度的時(shí)候就可以發(fā)現(xiàn)、調(diào)整問題，同時(shí)影響小。API Gateway可以幫助我們輕松的完成灰度發(fā)布，只需要在API Gateway中配置我們需要的規(guī)則，按版本，API Gateway會自動為我們完成實(shí)際的請求分流。

Gateway 職責(zé)之5： 權(quán)限認(rèn)證

不同的服務(wù)之間常常有一些共有的邏輯需要處理，比如權(quán)限認(rèn)證，由于 Gateway 恰巧在各個微服務(wù)的前端，可以在 Gateway 實(shí)現(xiàn)權(quán)限的認(rèn)證，比如可以在 Gateway 層實(shí)現(xiàn) cookie 或 token 的認(rèn)證。

Gateway 職責(zé)之6：限流

對于任何一類請求，都設(shè)置了容量上限，并不能無限制處理。Gateway可以為每類請求設(shè)置并發(fā)上限，當(dāng)?shù)竭_(dá)上限時(shí)，Gateway將不在轉(zhuǎn)發(fā)請求，而是直接返回，保護(hù)后端服務(wù)。如果在后端服務(wù)過載的情況下，仍然轉(zhuǎn)發(fā)請求，只會惡化問題。

Gateway 職責(zé)之7： 服務(wù)演進(jìn)

借助 Gateway 你可以很方便的在 Gateway 之后部署不同的服務(wù)，也就是可以同時(shí)存在兩種不同的服務(wù)，這樣可以幫助單體應(yīng)用向微服務(wù)漸進(jìn)式的演化.

Gateway 職責(zé)之8：數(shù)據(jù)聚合

由于不同的客戶端往往需要的數(shù)據(jù)完全不同，而這些數(shù)據(jù)又是不同的 service 提供的，借助 Gateway 我們可以方便完成來自不同 service 的數(shù)據(jù)聚合，以達(dá)到根據(jù)不同 client 進(jìn)行數(shù)據(jù)定制的目的

Gateway 職責(zé)之9：協(xié)議轉(zhuǎn)換

鑒于不同的團(tuán)隊(duì)采用的數(shù)據(jù)協(xié)議可能完全不同，Gateway 可以根據(jù)場景需要對不同的微服務(wù)之間進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，上圖是HTTP協(xié)議與Dubbo協(xié)議轉(zhuǎn)換的架構(gòu)圖實(shí)現(xiàn)。

Gateway 職責(zé)之10：監(jiān)控報(bào)警

Gateway可以對接運(yùn)維報(bào)警工具。當(dāng)出現(xiàn)問題時(shí)，會及時(shí)報(bào)警，盡早發(fā)現(xiàn)問題，減少損失。

（三）API網(wǎng)關(guān)技術(shù)選型

主流API網(wǎng)關(guān)技術(shù)棧比較：

主流API網(wǎng)關(guān)技術(shù)說明：

目前比較成熟以及用的比較廣泛的網(wǎng)關(guān)有以下幾種：

• Kong/kong：基于 OpenResty 那一套做的，依賴于 Nginx 強(qiáng)悍的性能，添加了動態(tài)服務(wù)管理功能，以及插件機(jī)制，語言是 lua.
• Tyk：Tyk是一個開放源碼的API網(wǎng)關(guān)，它是快速、可擴(kuò)展和現(xiàn)代的。Tyk提供了一個API管理平臺，其中包括API網(wǎng)關(guān)、API分析、開發(fā)人員門戶和API管理面板。Try 是一個基于Go實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)關(guān)服務(wù)。
• apiaxle: Nodejs 實(shí)現(xiàn)的一個 API 網(wǎng)關(guān),適合非阻塞IO處理
• Netflix zuul：Zuul是一種提供動態(tài)路由、監(jiān)視、彈性、安全性等功能的邊緣服務(wù)。Zuul是Netflix出品的一個基于JVM路由和服務(wù)端的負(fù)載均衡器。
• SpringCloud gateway：SpringCloud社區(qū)推出的一個網(wǎng)關(guān)解決方案，成熟度上相比ZUUL來說還是差很多，沒有經(jīng)過像ZUUL在Netflix的商用驗(yàn)證。

選型考慮：

業(yè)務(wù)場景支持：

• ZUUL作為一個網(wǎng)關(guān)平臺集，支持標(biāo)準(zhǔn)的Filter機(jī)制更容易和業(yè)務(wù)系統(tǒng)做集成，作為路由和過濾的公共功能機(jī)制更容易支持業(yè)務(wù)場景，更容易實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯在網(wǎng)關(guān)平臺的落地。

技術(shù)成熟度及生態(tài)：

• ZUUL1,X基于Nefilx微服體系，本身經(jīng)過Netflix商用，相對成熟，在加入SpringCloud微服務(wù)體系后如虎添翼，得到了SpringCloud/SpringBoot周邊基礎(chǔ)設(shè)施及生態(tài)體系在開發(fā)及運(yùn)行時(shí)的大力支持。并且諸多互聯(lián)網(wǎng)公司采用ZUUL做API- 網(wǎng)關(guān)二次開發(fā)， 例如：攜程，阿里巴巴等互聯(lián)網(wǎng)公司

成本效率：

• ZUUL1在編程模型上基于消息線程1V1映射模型，相對控制邏輯比較簡單，在二次開發(fā)成本及與業(yè)務(wù)集成成本都是非常低的。

性能：

• 在單機(jī)多核情況下ZUUL原始性能非常接近Nginx. 并且可以通過ZUUL集群水平擴(kuò)展網(wǎng)關(guān)性能。

綜上我們采用了ZUUL作為我們的二次開發(fā)平臺。

（四）API網(wǎng)關(guān)架構(gòu)與設(shè)計(jì)

4.1 物理架構(gòu)部署圖：

網(wǎng)關(guān)的調(diào)用方主要包括瀏覽器，應(yīng)用服務(wù)，App應(yīng)用，以及三方開發(fā)者和其他業(yè)務(wù)調(diào)用方。通過LVS做負(fù)載均衡，網(wǎng)關(guān)應(yīng)用調(diào)用到實(shí)際的業(yè)務(wù)集群。

4.2 網(wǎng)關(guān)邏輯架構(gòu)圖：

API網(wǎng)關(guān)基于ZUUL-Core及SpringCloud體系架構(gòu)，對Zuul-Core中的FilterLoader及基于ZUUL中的Locator機(jī)制都做了相應(yīng)的二次開發(fā)，支持相應(yīng)的特性功能。下圖是API-GateWay的整體架構(gòu)圖。

4.3 網(wǎng)關(guān)業(yè)務(wù)模塊圖：

網(wǎng)關(guān)生態(tài)基于統(tǒng)一開發(fā)框架，內(nèi)部主要包含控制臺、網(wǎng)關(guān)核心、網(wǎng)關(guān)統(tǒng)計(jì)與監(jiān)控三大模塊：

• 控制臺主要對API生命周期進(jìn)行管理，以及ACL、流量管控等功能；
• 網(wǎng)關(guān)核心主要處理API調(diào)用，包含鑒權(quán)、限流、路由、第三方Filter動態(tài)加載等功能；

統(tǒng)計(jì)與監(jiān)控模塊主要完成API調(diào)用的統(tǒng)計(jì)和監(jiān)控報(bào)警

4.5 網(wǎng)關(guān)核心設(shè)計(jì)

• 動態(tài)路由：實(shí)現(xiàn)路由表的動態(tài)創(chuàng)建，動態(tài)加載，動態(tài)發(fā)布，下線等服務(wù)。

動態(tài)Filter：改變了ZUUL默認(rèn)基于Groovy的Filter加載機(jī)制，采用基于JAVA-jar包的動態(tài)Filter加載，對業(yè)務(wù)邏輯集成到網(wǎng)關(guān)平臺更加方便友好，業(yè)務(wù)同事只需要關(guān)注業(yè)務(wù)邏輯，屏蔽了網(wǎng)關(guān)底層的技術(shù)實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。

• 靈活的路由綁定： 實(shí)現(xiàn)可視化的路由ID與服務(wù)組件的動態(tài)綁定功能

二級緩存：網(wǎng)關(guān)高性能特性要求，需要一個高性能的本地緩存負(fù)責(zé)一些配置關(guān)鍵信息：例如；路由表；黑白名單等等。

藍(lán)綠部署：在服務(wù)不停機(jī)的情況下， 實(shí)現(xiàn)根據(jù)版本信息的流量切換，增加系統(tǒng)的SLA水平。目前可以實(shí)現(xiàn)基于相同服務(wù)名下，不同版本服務(wù)注冊在同一個Eureka注冊中心的新舊版本服務(wù)切換。

控制臺：控制臺功能是API網(wǎng)關(guān)的一個主要功能， 開發(fā)人員只需要通過控制臺就可以自助的完成路由的創(chuàng)建，公共組件的路由綁定等服務(wù)。

• 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，預(yù)警，日志：這些是網(wǎng)關(guān)OLAP方面的服務(wù)，通過網(wǎng)關(guān)可以增強(qiáng)對業(yè)務(wù)系統(tǒng)的監(jiān)控預(yù)警和輔助管理等功能。

此外，我們還會對ZUUL自帶的線程池隔離機(jī)制；鏈?zhǔn)教幚頇C(jī)制做進(jìn)一步的深度開發(fā)整合，以及后續(xù)我們陸續(xù)會開發(fā)和SLA相關(guān)的一些功能包括熔斷降級；限流保護(hù)等等功能

（五）總結(jié)

API Gateway在微服務(wù)架構(gòu)中起到了至關(guān)重要的作用。在文章中我們介紹了什么是API Gateway以及為什么需要API Gateway。API Gateway它作為微服務(wù)系統(tǒng)的大門，向我們提供了請求轉(zhuǎn)發(fā)，服務(wù)熔斷，限流流控等公共功能，它又統(tǒng)一整合了各個微服務(wù)，對外屏蔽了系統(tǒng)的復(fù)雜性和差異性。

介紹了我們在網(wǎng)關(guān)技術(shù)選型主要基于什么考慮做技術(shù)選型方面的工作，以及API網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)，及主要功能模塊等內(nèi)容。

隨后我們會給業(yè)務(wù)系統(tǒng)開發(fā)同事提供接入網(wǎng)關(guān)平臺的第三方組件開發(fā)規(guī)范；以及后續(xù)在測試環(huán)境，生產(chǎn)環(huán)境部署發(fā)布服務(wù)流程及使用文檔說明，使網(wǎng)關(guān)平臺逐漸工具化，幫助業(yè)務(wù)系統(tǒng)更好實(shí)踐微服務(wù)及提升整體SLA水準(zhǔn)。