前言

由于互聯網的高速發(fā)展，網絡數據請求數激增，使得服務器承受的壓力越來越大。在早期的系統(tǒng)架構中，為減輕單臺服務器的壓力，通常使用 Load Balancer 來將網絡流量平攤到多個服務器中。如今后端服務的種類和數量在不斷變多，傳統(tǒng)的 Load Balancer 為主的系統(tǒng)架構的局限性就變得明顯起來，于是一款主要工作在七層且具有豐富擴展能力的基礎設施便應運而生，那便是API Gateway。

什么是API網關

API網關簡單來說是一種主要工作在七層、專門用于 API 的管理和流量轉發(fā)的基礎設施，并擁有強大的擴展性。

網關的角色是作為一個API架構，用來保護、增強和控制對于API服務的訪問。它是一個處于應用程序或服務（提供REST API接口服務）之前的系統(tǒng)，用來管理授權、訪問控制和流量限制等。這樣REST API接口服務就被網關保護起來，對所有的調用者透明。因此，隱藏在API網關后面的業(yè)務系統(tǒng)就可以專注于創(chuàng)建和管理服務，無需關心這些策略性的請求。

網關工作流程如下圖：

網關必須具備的特點

1.高性能

對于高性能而言，網關不應該也不能成為性能的瓶頸，最好使用高性能的編程語言來實現，如 C、C++、Go 和 Java。網關對后端的請求，以及對前端的請求的服務一定要使用異步非阻塞的 I/O 來確保后端延遲不會導致應用程序中出現性能問題。C 和 C++ 可以參看 Linux 下的 epoll 和 Windows 的 I/O Completion Port 的異步 IO 模型，Java 下如 Netty、Spring Reactor 的 NIO 框架。

2.高可用

所有的流量或調用都要經過網關，所以網關必須成為一個高可用的組件，它的穩(wěn)定直接關系到了所有服務的穩(wěn)定。不能出現單點故障，因此，一個好的網關至少做到以下幾點。

集群化。網關要成為一個集群，并可以自己同步集群數據，而不需要依賴于第三方系統(tǒng)來同步數據。

服務化。網關還需要做到在不間斷的情況下修改配置，一種是像 Nginx reload 配置那樣，可以做到不停服務，另一種是最好做到服務化。也就是說，得要有自己的 Admin API 來在運行時修改配置。

持續(xù)化。比如重啟，就是像 Nginx 那樣優(yōu)雅地重啟。有一個主管請求分發(fā)的主進程。當我們需要重啟時，新的請求被分配到新的進程中，而老的進程處理完正在處理的請求后就退出。

3.高擴展

網關要承接所有的業(yè)務流量和請求，所以一定存在或多或少的業(yè)務邏輯。而業(yè)務邏輯是多變和不確定的，比如，需要在網關上加入一些和業(yè)務相關的東西。因此一個好的網關還需要是可以擴展的，并能進行二次開發(fā)。當然，像 Nginx 那樣通過 Module 進行二次開發(fā)的也是可以的。

網關主要功能

路由功能：路由是微服務網關的核心能力。通過路由功能微服務網關可以將請求轉發(fā)到目標微服務。在微服務架構中，網關可以結合注冊中心的動態(tài)服務發(fā)現，實現對后端服務的發(fā)現，調用方只需要知道網關對外暴露的服務API就可以透明地訪問后端微服務。

負載均衡：API網關結合負載均衡技術，利用Eureka或者Consul等服務發(fā)現工具，通過輪詢、指定權重、IP地址哈希等機制實現下游服務的負載均衡。

統(tǒng)一鑒權：一般而言，無論對內網還是外網的接口都需要做用戶身份認證，而用戶認證在一些規(guī)模較大的系統(tǒng)中都會采用統(tǒng)一的單點登錄（Single Sign On）系統(tǒng)，如果每個微服務都要對接單點登錄系統(tǒng)，那么顯然比較浪費資源且開發(fā)效率低。API網關是統(tǒng)一管理安全性的絕佳場所，可以將認證的部分抽取到網關層，微服務系統(tǒng)無須關注認證的邏輯，只關注自身業(yè)務即可。

限流熔斷：在某些場景下需要控制客戶端的訪問次數和訪問頻率，一些高并發(fā)系統(tǒng)有時還會有限流的需求。在網關上可以配置一個閾值，當請求數超過閾值時就直接返回錯誤而不繼續(xù)訪問后臺服務。當出現流量洪峰或者后端服務出現延遲或故障時，網關能夠主動進行熔斷，保護后端服務，并保持前端用戶體驗良好。

灰度發(fā)布：微服務網關可以根據HTTP請求中的特殊標記和后端服務列表元數據標識進行流量控制，實現在用戶無感知的情況下完成灰度發(fā)布。

日志審計：微服務網關可以作為統(tǒng)一的日志記錄和收集器，對服務URL粒度的日志請求信息和響應信息進行攔截。

指標監(jiān)控：網關可以統(tǒng)計后端服務的請求次數，并且可以實時地更新當前的流量健康狀態(tài)，可以對URL粒度的服務進行延遲統(tǒng)計，也可以使用Hystrix Dashboard查看后端服務的流量狀態(tài)及是否有熔斷發(fā)生。

協(xié)議轉換：API網關的一大作用在于構建異構系統(tǒng)，API網關作為單一入口，通過協(xié)議轉換整合后臺基于REST、AMQP、Dubbo等不同風格和實現技術的微服務，面向Web Mobile、開放平臺等特定客戶端提供統(tǒng)一服務。

黑白名單：微服務網關可以使用系統(tǒng)黑名單，過濾HTTP請求特征，攔截異?？蛻舳说恼埱?，例如DDoS攻擊等侵蝕帶寬或資源迫使服務中斷等行為，可以在網關層面進行攔截過濾。比較常見的攔截策略是根據IP地址增加黑名單。在存在鑒權管理的路由服務中可以通過設置白名單跳過鑒權管理而直接訪問后端服務資源。

文檔中心：網關結合Swagger，可以將后端的微服務暴露給網關，網關作為統(tǒng)一的入口給接口的使用方提供查看后端服務的API規(guī)范，不需要知道每一個后端微服務的Swagger地址，這樣網關起到了對后端API聚合的效果。

目前主流的網關

Spring Cloud Gateway：是springcloud的全新API網關項目，旨在替換zuul的網關服務，基于spring framework5.0+springboot 2.0+webFlux開發(fā)，其也實現了異步非阻塞的特性，有較高的性能，其有豐富的過濾器類型，可以根據自身需求來自定義過濾器。

Zuul 2.0: 采用Netty實現異步非阻塞編程模型，一個CPU一個線程，能夠處理所有的請求和響應，請求響應的生命周期通過事件和回調進行處理，減少線程數量，開銷較小。相比于zuul 1.0，zuul 2.0實現的異步非阻塞的特性，在性能上有較大提升。

OpenResty: OpenResty基于 Nginx與 Lua 的高性能 Web 平臺，其內部集成了大量精良的 Lua 庫、第三方模塊以及大多數的依賴項。用于方便地搭建能夠處理超高并發(fā)、擴展性極高的動態(tài) Web 應用、Web 服務和動態(tài)網關。

Kong: 基于OpenResty（Nginx + Lua模塊）編寫的高可用、易擴展的，性能高效且穩(wěn)定，支持多個可用插件（限流、鑒權）等，開箱即可用，只支持HTTP協(xié)議，且二次開發(fā)擴展難，缺乏更易用的管理和配置方式

網關之間的對比如下圖：

總結

總體而言，API Gateway 主要用于作為后端的 API 接口代理，提供對外訪問不同種類 API 的一個單獨入口，并且可以提供獨立于后端服務的限流、認證、監(jiān)控等功能。

在合理的架構設計下，一般都將 API Gateway 和 Load Balancer 配合使用，使用 Load Balancer 作為整個系統(tǒng)的網絡出入口，將流量分發(fā)到多個 API Gateway 實例，然后每個 API Gateway 實例分別對請求進行路由、認證、鑒權等操作，這樣可以使得整個網絡更加穩(wěn)健、可靠、可擴展。

審核編輯：劉清