Spring Cloud Gateway夺命连环10问?

·  阅读 2007
Spring Cloud Gateway夺命连环10问?

大家好,我是不才陈某~

最近有很多小伙伴私信我催更 《Spring Cloud 进阶》,陈某也总结了一下,最终原因就是陈某之前力求一篇文章将一个组件重要知识点讲透,这样导致了文章篇幅很长,写的时间很长,小伙伴看的也累。

因此陈某决定后续的文章将每个组件拆分成不同的部分,每篇文章介绍一两个知识点,这样既能提高出文效率,小伙伴们也能更上进度及时的学习。

这是《Spring Cloud 进阶》篇文章,往期文章如下:

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?

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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>
复制代码

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:

内置的断言

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:docs.spring.io/spring-clou…

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
复制代码

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。

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
复制代码

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:docs.spring.io/spring-clou…

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;
    }
}
复制代码

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
复制代码

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);
        }));
    }
}
复制代码

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
复制代码

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>
复制代码

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
复制代码

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
复制代码

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>
复制代码

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
复制代码

在nacos中的public命名空间中创建dataIdcloud-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]);
			}
		}));
	}
}
复制代码

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

你认为Spring Cloud Gateway就介绍完了?不可能,后续还有更深入以及实战的介绍,下篇文章介绍.....

项目源码已经上传Github,公众号【码猿技术专栏】回复关键词:9528获取!

最后说一句(求关注,别白嫖我)

陈某每一篇原创文章都是精心输出,尤其是《Spring Cloud 进阶》专栏的文章,知识点太多,要想讲的细,必须要花很多时间准备,从知识点到源码demo。

如果这篇文章对你有所帮助,或者有所启发的话,帮忙点赞在看转发收藏,你的支持就是我坚持下去的最大动力!

分类:
后端
标签:
分类:
后端
标签: