Spring Cloud Gateway夺命连环10问？

码猿技术专栏

发布于 2023-05-01 15:13:07

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发布于 2023-05-01 15:13:07

文章被收录于专栏：码农那些事！！！

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。

已经阅读过该篇文章的朋友可以直接跳过

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？

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。
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。
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>

“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）。关注公z号：码猿技术专栏，回复关键词：1111 获取阿里内部性能调优手册！

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：https://docs.spring.io/spring-cloud-gateway/docs/2.2.9.RELEASE/reference/html/ ”

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

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。

以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

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：https://docs.spring.io/spring-cloud-gateway/docs/2.2.9.RELEASE/reference/html/#gatewayfilter-factories ”

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;
    }
}

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

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);
        }));
    }
}

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

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>

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

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

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>

在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

在nacos中的public命名空间中创建dataId为cloud-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]);
   }
  }));
 }
}

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：