阅读 920

什么是微服务网关?SpringCloud Gateway保姆级入门教程|Java 开发实战

本文正在参加「Java主题月 - Java 开发实战」,详情查看 活动链接

在这里插入图片描述

什么是微服务网关

SpringCloud Gateway是Spring全家桶中一个比较新的项目,Spring社区是这么介绍它的:

该项目借助Spring WebFlux的能力,打造了一个API网关。旨在提供一种简单而有效的方法来作为API服务的路由,并为它们提供各种增强功能,例如:安全性,监控和可伸缩性。

而在真实的业务领域,我们经常用SpringCloud Gateway来做微服务网关,如果你不理解微服务网关和传统网关的区别,可以阅读此篇文章 Service Mesh和API Gateway关系深度探讨 来了解两者的定位区别。

以我粗浅的理解,传统的API网关,往往是独立于各个后端服务,请求先打到独立的网关层,再打到服务集群。而微服务网关,将流量从南北走向改为东西走向(见下图),微服务网关和后端服务是在同一个容器中的,所以也有个别名,叫做Gateway Sidecar。

img

为啥叫Sidecar,这个词应该怎么理解呢,吃鸡里的三蹦子见过没:

image-20210519001602403

摩托车是你的后端服务,而旁边挂着的额外座椅就是微服务网关,他是依附于后端服务的(一般是指两个进程在同一个容器中),是不是生动形象了一些。

由于本人才疏学浅,对于微服务相关概念理解上难免会有偏差。就不在此详细讲述原理性的文字了。

本文只探讨SpringCloud Gateway的入门搭建和实战踩坑。 如果小伙伴们对原理感兴趣,可以等后续原理分析文章。

注:本文网关项目在笔者公司已经上线运行,每天承担百万级别的请求,是经过实战验证的项目。

文章目录

  • 让我们造一个网关把
    • 引入pom依赖
    • 编写yml文件
    • 接口转义问题
    • 获取请求体(Request Body)
  • 踩坑实战
    • 获取客户端真实IP
    • 尾缀匹配
  • 总结

源代码

完整项目源代码已经收录到我的Github:

github.com/qqxx6661/sp…

让我们造一个网关把

引入pom依赖

我使用了spring-boot 2.2.5.RELEASE作为parent依赖:

<parent>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
    <version>2.2.5.RELEASE</version>
    <relativePath/> <!-- lookup parent from repository -->
</parent>
复制代码

在dependencyManagement中,我们需要指定sringcloud的版本,以便保证我们能够引入我们想要的SpringCloud Gateway版本,所以需要用到dependencyManagement:

<dependencyManagement>
    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
            <artifactId>spring-cloud-dependencies</artifactId>
            <version>Hoxton.SR8</version>
            <type>pom</type>
            <scope>import</scope>
        </dependency>
    </dependencies>
</dependencyManagement>
复制代码

最后,是在dependency中引入spring-cloud-starter-gateway:

<dependency>
    <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-gateway</artifactId>
</dependency>
复制代码

如此一来,我们便引入了2.2.5.RELEASE版本的网关:

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。

<dependency>
	<groupId>org.springframework.boot</groupId>
	<artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
</dependency>
复制代码

做到这里,实际上你的项目就已经可以启动了,运行SpringcloudGatewayApplication,得到结果如图:

image-20210518192253579

编写yml文件

SpringBoot的核心概念是约定优先于配置,在以前初学Spring时,一直不理解这句话的意思,在使用SpringCloud Gateway时,更加深入的理解了这句话。在默认情况下,你不需要任何的配置,就能够运行起来最基本的网关。针对你之后特定的需求,再去追加配置。

而SpringCloud Gateway更强大的一点就是内置了非常多的默认功能实现,你需要的大部分功能,比如在请求中添加一个header,添加一个参数,都只需要在yml中引入相应的内置过滤器即可。

可以说,yml是整个SpringCloud Gateway的灵魂。

一个网关最基本的功能,就是配置路由,在这方面,SpringCloud Gateway支持非常多方式。比如:

  • 通过时间匹配
  • 通过 Cookie 匹配
  • 通过 Header 属性匹配
  • 通过 Host 匹配
  • 通过请求方式匹配
  • 通过请求路径匹配
  • 通过请求参数匹配
  • 通过请求 ip 地址进行匹配

这些在官网教程中,都有详细的介绍,就算你百度下,也会有很多民间翻译的入门教程,我就不再赘述了,我只用一个请求路径做一个简单的例子。

在公司的项目中,由于有新老两套后台服务,我们使用不同的uri路径进行区分。

  • 老服务路径为:url/api/xxxxxx,服务端口号为8001
  • 新服务路径为:url/api/v2/xxxxx,服务端口号为8002

那么可以直接在yml里面配置:

logging:
  level:
    org.springframework.cloud.gateway: DEBUG
    reactor.netty.http.client: DEBUG

spring:
  cloud:
    gateway:
      default-filters:
        - AddRequestHeader=gateway-env, springcloud-gateway
      routes:
        - id: "server_v2"
          uri: "http://127.0.0.1:8002"
          predicates:
            - Path=/api/v2/**
        - id: "server_v1"
          uri: "http://127.0.0.1:8001"
          predicates:
            - Path=/api/**
复制代码

上面的代码解释如下:

  • logging:由于文章需要,我们打开gateway和netty的Debug模式,可以看清楚请求进来后执行的流程,方便后续说明。
  • default-filters:我们可以方便的使用default-filters,在请求中加入一个自定义的header,我们加入一个KV为gateway-env:springcloud-gateway,来注明我们这个请求经过了此网关。这样做的好处是后续服务端也能够看到。
  • routes:路由是网关的重点,相信读者们看代码也能理解,我配置了两个路由,一个是server_v1的老服务,一个是server_v2的新服务。**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。**由于我们老服务的路由是/xx,所以需要将老服务放在后面,优先匹配词缀/v2的新服务,不满足的再匹配到/xx。

来看一下http://localhost:8080/api/xxxxx的结果:

image-20210519104944910

来看一下http://localhost:8080/api/v2/xxxxx的结果:

image-20210519105037416

可以看到两个请求被正确的路由了。由于我们真正并没有开启后端服务,所以最后一句error请忽略。

接口转义问题

在公司实际的项目中,我在搭建好网关后,遇到了一个接口转义问题,相信很多读者可能也会碰到,所以在这里我们最好是防患于未然,优先处理下。

问题是这样的,很多老项目在url上并没有进行转义,导致会出现如下接口请求,http://xxxxxxxxx/api/b3d56a6fa19975ba520189f3f55de7f6/140x140.jpg?t=1"

这样请求过来,网关会报错:

java.lang.IllegalArgumentException: Invalid character '=' for QUERY_PARAM in "http://pic1.ajkimg.com/display/anjuke/b3d56a6fa19975ba520189f3f55de7f6/140x140.jpg?t=1"

在不修改服务代码逻辑的前提下,网关其实已经可以解决这件事情,解决办法就是升级到2.1.1.RELEASE以上的版本。

The issue was fixed in version spring-cloud-gateway 2.1.1.RELEASE.

所以我们一开始就是用了高版本2.2.5.RELEASE,避免了这个问题,如果小伙伴发现之前使用的版本低于 2.1.1.RELEASE,请升级。

获取请求体(Request Body)

在网关的使用中,有时候会需要拿到请求body里面的数据,比如验证签名,body可能需要参与签名校验。

但是SpringCloud Gateway由于底层采用了webflux,其请求是流式响应的,即 Reactor 编程,要读取 Request Body 中的请求参数就没那么容易了。

网上谷歌了很久,很多解决方案要么是彻底过时,要么是版本不兼容,好在最后参考了这篇文章,终于有了思路:

www.jianshu.com/p/db3b15aec…

首先我们需要将body从请求中拿出来,由于是流式处理,Request的Body是只能读取一次的,如果直接通过在Filter中读取,会导致后面的服务无法读取数据。

SpringCloud Gateway 内部提供了一个断言工厂类ReadBodyPredicateFactory,这个类实现了读取Request的Body内容并放入缓存,我们可以通过从缓存中获取body内容来实现我们的目的。

首先新建一个CustomReadBodyRoutePredicateFactory类,这里只贴出关键代码,完整代码请看可运行的Github仓库

@Component
public class CustomReadBodyRoutePredicateFactory extends AbstractRoutePredicateFactory<CustomReadBodyRoutePredicateFactory.Config> {

    protected static final Log log = LogFactory.getLog(CustomReadBodyRoutePredicateFactory.class);
    private List<HttpMessageReader<?>> messageReaders;

    @Value("${spring.codec.max-in-memory-size}")
    private DataSize maxInMemory;

    public CustomReadBodyRoutePredicateFactory() {
        super(Config.class);
        this.messageReaders = HandlerStrategies.withDefaults().messageReaders();
    }

    public CustomReadBodyRoutePredicateFactory(List<HttpMessageReader<?>> messageReaders) {
        super(Config.class);
        this.messageReaders = messageReaders;
    }

    @PostConstruct
    private void overrideMsgReaders() {
        this.messageReaders = HandlerStrategies.builder().codecs((c) -> c.defaultCodecs().maxInMemorySize((int) maxInMemory.toBytes())).build().messageReaders();
    }

    @Override
    public AsyncPredicate<ServerWebExchange> applyAsync(Config config) {
        return new AsyncPredicate<ServerWebExchange>() {
            @Override
            public Publisher<Boolean> apply(ServerWebExchange exchange) {
                Class inClass = config.getInClass();
                Object cachedBody = exchange.getAttribute("cachedRequestBodyObject");
                if (cachedBody != null) {
                    try {
                        boolean test = config.predicate.test(cachedBody);
                        exchange.getAttributes().put("read_body_predicate_test_attribute", test);
                        return Mono.just(test);
                    } catch (ClassCastException var6) {
                        if (CustomReadBodyRoutePredicateFactory.log.isDebugEnabled()) {
                            CustomReadBodyRoutePredicateFactory.log.debug("Predicate test failed because class in predicate does not match the cached body object", var6);
                        }
                        return Mono.just(false);
                    }
                } else {
                    return ServerWebExchangeUtils.cacheRequestBodyAndRequest(exchange, (serverHttpRequest) -> {
                        return ServerRequest.create(exchange.mutate().request(serverHttpRequest).build(), CustomReadBodyRoutePredicateFactory.this.messageReaders).bodyToMono(inClass).doOnNext((objectValue) -> {
                            exchange.getAttributes().put("cachedRequestBodyObject", objectValue);
                        }).map((objectValue) -> {
                            return config.getPredicate().test(objectValue);
                        }).thenReturn(true);
                    });
                }
            }

            @Override
            public String toString() {
                return String.format("ReadBody: %s", config.getInClass());
            }
        };
    }

    @Override
    public Predicate<ServerWebExchange> apply(Config config) {
        throw new UnsupportedOperationException("ReadBodyPredicateFactory is only async.");
    }
}
复制代码

代码主要作用:在有body的请求到来时,将body读取出来放到内存缓存中。若没有body,则不作任何操作。

这样我们便可以在拦截器里使用exchange.getAttribute("cachedRequestBodyObject")得到body体。

对了,我们还没有演示一个filter是如何写的,在这里就先写一个完整的demofilter。

让我们新建类DemoGatewayFilterFactory:

@Component
public class DemoGatewayFilterFactory extends AbstractGatewayFilterFactory<DemoGatewayFilterFactory.Config> {

    private static final String CACHE_REQUEST_BODY_OBJECT_KEY = "cachedRequestBodyObject";

    public DemoGatewayFilterFactory() {
        super(Config.class);
        log.info("Loaded GatewayFilterFactory [DemoFilter]");
    }

    @Override
    public List<String> shortcutFieldOrder() {
        return Collections.singletonList("enabled");
    }

    @Override
    public GatewayFilter apply(DemoGatewayFilterFactory.Config config) {
        return (exchange, chain) -> {
            if (!config.isEnabled()) {
                return chain.filter(exchange);
            }
            log.info("-----DemoGatewayFilterFactory start-----");
            ServerHttpRequest request = exchange.getRequest();
            log.info("RemoteAddress: [{}]", request.getRemoteAddress());
            log.info("Path: [{}]", request.getURI().getPath());
            log.info("Method: [{}]", request.getMethod());
            log.info("Body: [{}]", (String) exchange.getAttribute(CACHE_REQUEST_BODY_OBJECT_KEY));
            log.info("-----DemoGatewayFilterFactory end-----");
            return chain.filter(exchange);
        };
    }

    public static class Config {

        private boolean enabled;

        public Config() {}

        public boolean isEnabled() {
            return enabled;
        }

        public void setEnabled(boolean enabled) {
            this.enabled = enabled;
        }
    }
}
复制代码

这个filter里,我们拿到了新鲜的请求,并且打印出了他的path,method,body等。

我们发送一个post请求,body就写一个“我是body”,运行网关,得到结果:

image-20210520162659562

是不是非常清晰明了!

你以为这就结束了吗?这里有两个非常大的坑。

1. body为空时处理

上面贴出的CustomReadBodyRoutePredicateFactory类其实已经是我修复过的代码,里面有一行.thenReturn(true)是需要加上的。这才能保证当body为空时,不会报出异常。至于为啥一开始写的有问题,显然因为我偷懒了,直接copy网上的代码了,哈哈哈哈哈。

2. body大小超过了buffer的最大限制

这个情况是在公司项目上线后才发现的,我们的请求里body有时候会比较大,但是网关会有默认大小限制。所以上线后发现了频繁的报错:

org.springframework.core.io.buffer.DataBufferLimitException: Exceeded limit on max bytes to buffer : 262144

谷歌后,找到了解决方案,需要在配置中增加了如下配置

spring: 
  codec:
    max-in-memory-size: 5MB
复制代码

把buffer大小改到了5M。

你以为这就又双叕结束了,太天真了,你会发现可能没有生效。

问题的根源在这里:我们在spring配置了上面的参数,但是我们自定义的拦截器是会初始化ServerRequest,这个DefaultServerRequest中的HttpMessageReader会使用默认的262144

所以我们在此处需要从Spring中取出CodecConfigurer, 并将里面的Reader传给serverRequest。

详细的debug过程可以看这篇参考文献:

theclouds.io/tag/spring-…

OK,找到问题后,就可以修改我们的代码,在CustomReadBodyRoutePredicateFactory里,增加:

@Value("${spring.codec.max-in-memory-size}")
private DataSize maxInMemory;

@PostConstruct
private void overrideMsgReaders() {
  this.messageReaders = HandlerStrategies.builder().codecs((c) -> c.defaultCodecs().maxInMemorySize((int) maxInMemory.toBytes())).build().messageReaders();
}
复制代码

这样每次就会使用我们的5MB来作为最大缓存限制了。

依然提醒一下,完整的代码可以请看可运行的Github仓库

讲到这里,入门实战就差不多了,你的网关已经可以上线使用了,你要做的就是加上你需要的业务功能,比如日志,延签,统计等。

踩坑实战

获取客户端真实IP

很多时候,我们的后端服务会去通过host拿到用户的真实IP,但是通过外层反向代理nginx的转发,很可能就需要从header里拿X-Forward-XXX类似这样的参数,才能拿到真实IP。

在我们加入了微服务网关后,这个复杂的链路中又增加了一环。

这不,如果你不做任何设置,由于你的网关和后端服务在同一个容器中,你的后端服务很有可能就会拿到localhost:8080(你的网关端口)这样的IP。

这时候,你需要在yml里配置PreserveHostHeader,这是SpringCloud Gateway自带的实现:

filters:
  - PreserveHostHeader # 防止host被修改为localhost
复制代码

字面意思,就是将Host的Header保留起来,透传给后端服务。

filter里面的源码贴出来给大家:

public GatewayFilter apply(Object config) {
    return new GatewayFilter() {
        public Mono<Void> filter(ServerWebExchange exchange, GatewayFilterChain chain) {
            exchange.getAttributes().put(ServerWebExchangeUtils.PRESERVE_HOST_HEADER_ATTRIBUTE, true);
            return chain.filter(exchange);
        }

        public String toString() {
            return GatewayToStringStyler.filterToStringCreator(PreserveHostHeaderGatewayFilterFactory.this).toString();
        }
    };
}
复制代码

尾缀匹配

公司的项目中,老的后端仓库api都以.json结尾(/api/xxxxxx.json),这就催生了一个需求,当我们对老接口进行了重构后,希望其打到我们的新服务,我们就要将.json这个尾缀切除。可以在filters里设置:

filters:
  - RewritePath=(?<segment>/?.*).json, $\{segment} # 重构接口抹去.json尾缀
复制代码

这样就可以实现打到后端的接口去除了.json后缀。

总结

本文带领读者一步步完成了一个微服务网关的搭建,并且将许多可能隐藏的坑进行了解决。最后的成品项目在笔者公司已经上线运行,并且增加了签名验证,日志记录等业务,每天承担百万级别的请求,是经过实战验证过的项目。

最后再发一次项目源码仓库:

github.com/qqxx6661/sp…

感谢大家的支持,如果文章对你起到了一丁点帮助,请点赞转发支持一下!

你们的反馈是我持续更新的动力,谢谢~

参考

cloud.tencent.com/developer/a…

juejin.cn/post/684490…

segmentfault.com/a/119000001…

cloud.spring.io/spring-clou…

www.cnblogs.com/savorboard/…

www.servicemesher.com/blog/servic…

www.cnblogs.com/hyf-huangyo…

www.codercto.com/a/52970.htm…

github.com/spring-clou…

blog.csdn.net/zhangzhen02…

关注我

我是一名奋斗在一线的互联网后端开发工程师。

平时主要关注后端开发,数据安全,边缘计算等方向,欢迎交流。

个人公众号:后端技术漫谈

如果文章对你有帮助,请各位老板点赞在看转发支持一下,你的支持对我非常重要~

文章分类
后端