【中间件】- API网关简介

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1 计算机中的网关

计算机网络中，网关（Gateway） 又称网间连接器、协议转化器。网间连接器，顾名思义，也就是连接网络的机器，它能解析处理网络通信请求，将请求转发到对应的目标主机。

例如下图中网络A和网络B，网络A中的主机A1想和网络B的主机B1通信，那么A1必须先将数据发到网络A的网关A，网关A再发到网络B的网关B，接着网关B再将数据发到主机B1。

2 微服务环境中的API网关

2.1 背景

随着软件架构由传统的单体架构逐渐拆分为微服务架构，一个单体应用的业务系统被拆为多个服务，每个服务进行独立维护和部署。这样做降低了服务的耦合度，但是同时也带来了一些新的问题。

（1）服务通用功能冗余：鉴权、限流、日志、监控等通用功能在每个服务内单独实现，系统维护者没有全局视图管理这类通用功能。

（2）服务使用多种协议：例如公司中最常见的两种协议HTTP，GRPC。

（3）服务实例动态变化：服务独立部署后，部署的实例Ip、端口在每次部署前后会发生动态变化。

为了解决上述问题，出现了Api网关。

2.2 API网关是什么

(1) 流量入口

类比计算机网络中的网关来说，在微服务环境中，Api网关是所有服务的流量入口，网关在接收到请求后进行处理，再转发到对应的服务；服务处理请求并返回给网关数据后，网关再将数据返回给原始请求方。

从设计模式上来说，Api网关的设计理念类似于外观模式。Api网关封装了系统内部架构，为调用方提供一个定制的Api，提供了如鉴权、监控、负载均衡、协议转化等非业务功能的服务。

使用Api网关前，流量直接访问各个Web应用，每个应用都需要进行鉴权、限流等操作。在使用Api网关后，流量统一从网关进入，由Api网关转发到各个服务，Api网关拦截请求集中处理，进行如鉴权、协议转化、监控等功能，再转发到不同服务上。

2.3 API网关的主要功能

1、路由转发

通过路由功能将请求转发到目标服务。在微服务架构中，网关结合服务注册中心，调用方只需要知道网关对外暴露的Api即可访问到后端服务。

2、负载均衡

当服务有多个实例时，根据调度策略选择调用哪个实例。

3、稳定性保障

• 限流熔断：控制客户端的访问次数和访问频率，在网关上配置一个流量阈值，当流量到达阈值后，网关能直接拦截请求。
• 可灰度可回滚可监控：网关可以对Api变更进行稳定性控制，实现Api变更发布的可灰度可回滚可监控。

4、安全管控

• 统一鉴权： 无论是内网接口还是外网接口，都需要进行用户身份认证。网关可以实现身份认证鉴权逻辑，统一管理用户安全认证。
• 数据安全：网关可进行数据加解密，实现敏感数据的脱敏处理。

5、协议转换

Api网关作为流量入口，通过协议转换可以整合基于不同风格不同技术实现的微服务，对外部客户端提供统一服务。

6、Api配置管理

对不同业务的Api和服务进行配置和管理，提供基本信息配置和Api文档生成等后台管理能力。

3 常见的API网关

市面上常见Api网关有以下这些：

3.1 Nginx

Nginx是一个高性能的HTTP和反向代理服务器。Nginx一方面可以做反向代理，另外一方面可以做静态资源服务器，接口使用Lua动态语言可以完成灵活的定制功能。并且Nginx采用异步非阻塞方式来处理请求，这样的机制使得Nginx能够轻松应对百万级的并发请求。

3.2 Zuul

Zuul 是 Netflix 开源的一个API网关组件，它可以和 Eureka、Ribbon、Hystrix 等组件配合使用。社区活跃，融合于 SpringCloud 完整生态，是构建微服务体系前置网关服务的最佳选型之一。

Zuul 的核心是一系列的过滤器，这些过滤器可以完成以下功能：

• 统一鉴权 + 动态路由 + 负载均衡 + 压力测试
• 审查与监控：与边缘位置追踪有意义的数据和统计结果，从而带来精确的生产视图。
• 多区域弹性：跨越 AWS Region 进行请求路由，旨在实现 ELB（Elastic Load Balancing，弹性负载均衡）使用的多样化，以及让系统的边缘更贴近系统的使用者。

Zuul 目前有两个大的版本：Zuul1 和 Zuul2

Zuul1 ：基于 Servlet 框架构建，采用的是阻塞和多线程方式，即一个线程处理一次连接请求，这种方式在内部延迟严重、设备故障较多情况下会引起存活的连接增多和线程增加的情况发生。

Zuul2：运行在异步和无阻塞框架上，每个 CPU 核一个线程，处理所有的请求和响应，请求和响应的生命周期是通过事件和回调来处理的，这种方式减少了线程数量，因此开销较小。

3.3 Spring Cloud Gateway

Spring Cloud Gateway 是Spring Cloud的一个全新的API网关项目，目的是为了替换掉Zuul1，它基于Spring5.0 + SpringBoot2.0 + WebFlux（基于⾼性能的Reactor模式响应式通信框架Netty，异步⾮阻塞模型）等技术开发，性能⾼于Zuul。官⽅测试，Spring Cloud GateWay是Zuul的1.6倍，旨在为微服务架构提供⼀种简单有效的统⼀的API路由管理⽅式。

Spring Cloud Gateway可以与Spring Cloud Discovery Client（如Eureka）、Ribbon、Hystrix等组件配合使用，实现路由转发、负载均衡、熔断、鉴权、路径重写、⽇志监控等，并且Gateway还内置了限流过滤器，实现了限流的功能。

3.4 Kong

Kong是一款基于OpenResty（OpenResty 是Nginx的衍生版本，是一个基于 Nginx 的可伸缩的 Web 平台）编写的高可用、易扩展的，由Mashape公司开源的API Gateway项目。Kong是基于NGINX和Apache Cassandra或PostgreSQL构建的，能提供易于使用的RESTful API来操作和配置API管理系统，所以它可以水平扩展多个Kong服务器，通过前置的负载均衡配置把请求均匀地分发到各个Server，来应对大批量的网络请求。

Kong主要有三个组件：

• Kong Server ：基于Nginx的服务器，用来接收API请求。
• Apache Cassandra/PostgreSQL ：用来存储操作数据。
• Kong dashboard：官方推荐UI管理工具，也可以使用 restfull 方式管理admin api。

Kong采用插件机制进行功能定制，插件集（可以是0或N个）在API请求响应循环的生命周期中被执行。插件使用Lua编写，目前已有几个基础功能：HTTP基本认证、密钥认证、CORS（Cross-Origin Resource Sharing，跨域资源共享）、TCP、UDP、文件日志、API请求限流、请求转发以及Nginx监控。

Kong网关具有以下的特性：

• 可扩展性: 通过简单地添加更多的服务器，可以轻松地进行横向扩展，这意味着您的平台可以在一个较低负载的情况下处理任何请求；
• 模块化: 可以通过添加新的插件进行扩展，这些插件可以通过RESTful Admin API轻松配置；
• 在任何基础架构上运行: Kong网关可以在任何地方都能运行。您可以在云或内部网络环境中部署Kong，包括单个或多个数据中心设置，以及public，private 或invite-only APIs。

3.5 Traefic

Træfɪk 是一个为了让部署微服务更加便捷而诞生的现代HTTP反向代理、负载均衡工具。 它支持多种后台 (Docker, Swarm, Kubernetes, Marathon, Mesos, Consul, Etcd, Zookeeper, BoltDB, Rest API, file…) 来自动化、动态的应用它的配置文件设置。

重要特性：

• 它非常快，无需安装其他依赖，通过Go语言编写的单一可执行文件；
• 多种后台支持：Docker, Swarm, Kubernetes, Marathon, Mesos, Consul, Etcd；
• 支持支持Rest API、Websocket、HTTP/2、Docker镜像；
• 监听后台变化进而自动化应用新的配置文件设置；
• 配置文件热更新，无需重启进程；
• 后端断路器、负载均衡、容错机制；
• 清爽的前端页面，可监控服务指标。

3.6 Tengine

Tengine是由淘宝网发起的Web服务器项目。它在Nginx的基础上，针对大访问量网站的需求，添加了很多高级功能和特性。Tengine的性能和稳定性已经在大型的网站如淘宝网，天猫商城等得到了很好的检验。它的最终目标是打造一个高效、稳定、安全、易用的Web平台。

Tengine特性

• 继承Nginx-1.18.0的所有特性，兼容Nginx的配置；
• 支持HTTP的CONNECT方法，可用于正向代理场景；
• 支持异步OpenSSL，可使用硬件如:QAT进行HTTPS的加速与卸载；
• 增强相关运维、监控能力,比如异步打印日志及回滚,本地DNS缓存,内存监控等；
• Stream模块支持server_name指令；
• 更加强大的负载均衡能力，包括一致性hash模块、会话保持模块，还可以对后端的服务器进行主动健康检查，根据服务器状态自动上线下线，以及动态解析upstream中出现的域名；