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微服务架构：网关概念与 zuul

一 摘要

关于服务网关，我们在微服务架构：网关概念与 zuul这篇文章中做了一个基础介绍。包括网关概念，Spring Cloud 体系内的 zuul1.x 和 zuul2.x(gateway)之间的相似和差别之处。本篇将通过官方示例来详细分析 Spring Cloud Gateway 的工作原理和使用方式。

二 Spring Cloud Gateway

2.1 定位

这里我们还是先引用官网Spring Cloud Gateway中对网关的描述：

This project provides a library for building an API Gateway on top of Spring WebFlux. Spring Cloud Gateway aims to provide a simple, yet effective way to route to APIs and provide cross cutting concerns to them such as: security, monitoring/metrics, and resiliency.

Spring Cloud Gateway 提供一个用于为 Spring WebFlux 顶层构建 API 网关的库。旨在提供一个简单且高效的方式来路由到 API，并为它们提供横切关注点例如：安全、监控/指标，和弹性。

2.2 特性

1）基于 Spring Framework 5，Project Reactor 和 Spring Boot 2.0

2）能够匹配任意请求属性上的路由

3）谓词和过滤器特定于路由

4）断路器集成

5）Spring Cloud 服务发现客户端集成

6）易于编写谓词和过滤器

7）请求限流

8）路径重写

三 Spring Cloud Gateway 示例

3.1 官方 demo

官方代码示例：spring-guides/gs-routing-and-filtering，使用方法在 官方指南中已有描述。依赖环境：

• JDK 1.8 以上

• Gradle 4+ 或 maven 3.2+

使用方法：

git clone https://github.com/spring-guides/gs-routing-and-filtering.git

如果要从头开始编写，那么可以参考 Set up a Microservice从头编写代码；

也可以直接进入目录：gs-routing-and-filtering/complete，导入 idea，自动加载依赖后，就可以启动工程。

3.2 导入时可能遇到的小问题

导入到 idea 后，run 时，可能会报如下错误（无效的目标发行版）：

pom.xml 的 java-version 配置问题：

这两处的版本改为本地 jdk 版本即可。我这里是 jdk1.8，所以修改如下：

	<properties><!--		<java.version>11</java.version>-->		<java.version>8</java.version>	</properties>

之后启动正常。

如果还有报错，看一下 compiler，是否如下所示：

如果是，那么改为选择 8 即可。

3.3 测试-使用方式

book 服务端口为 8090，内部提供了两个接口：

  @RequestMapping(value = "/available")  public String available() {    return "Spring in Action";  }
  @RequestMapping(value = "/checked-out")  public String checkedOut() {    return "Spring Boot in Action";  }

可以通过 http://localhost:8090/available 直接访问，或者通过 gateway+服务名访问：http://localhost:8080/books/available

服务名和地址配置在 application.properties：

zuul.routes.books.url=http://localhost:8090
ribbon.eureka.enabled=false
server.port=8080

请求成功后，在 gateway 的控制台日志中能够看到请求记录：

2021-04-09 21:30:44.178 INFO 46107 --- [nio-8080-exec-1] c.e.r.filters.pre.SimpleFilter : GET request to http://localhost:8080/books/available

三 Gateway 原理及过程分析

3.1 相关代码

回过头来看一下代码，结构非常简单，

1）book 服务只有 RoutingAndFilteringBookApplication.java 一个类，启动 SpringBootApplication 并暴露两个 Rest 接口；

2）gateway 除了 RoutingAndFilteringGatewayApplication.java 外，增加了一个 SimpleFilter：

public class SimpleFilter extends ZuulFilter {  private static Logger log = LoggerFactory.getLogger(SimpleFilter.class);
  @Override  public String filterType() {    return "pre";  }
  @Override  public int filterOrder() {    return 1;  }
  @Override  public boolean shouldFilter() {    return true;  }
  @Override  public Object run() {    RequestContext ctx = RequestContext.getCurrentContext();    HttpServletRequest request = ctx.getRequest();
    log.info(String.format("%s request to %s", request.getMethod(), request.getRequestURL().toString()));
    return null;  }
}

其中，run()方法中，我们可以看到获取到了调用的请求，并做了日志打印。

3.2 注解生效过程解析

在 gateway 工程，自定义的 SimpleFilter 没有加任何注解，只是继承了 ZuulFilter，那么请求时是通过怎样的调用链走到了这里的？应用入口文件 RoutingAndFilteringGatewayApplication 只是正常的 SpringApplication.run()方法，唯一与之前的差异是有 @EnableZuulProxy 的注解，那么显然网关使用的 Filter 就是通过注解来实现的过滤了。我们接下来详细分析这个过程。

3.2.1 EnableZuulProxy 注解

@EnableCircuitBreaker@Target({ElementType.TYPE})@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)@Import({ZuulProxyMarkerConfiguration.class})public @interface EnableZuulProxy {}

注解比较简单，前面还是标准的 Target、Retention，但引入了 ZuulProxyMarkerConfiguration.class，我们继续看一下这个类：

3.2.2 ZuulProxyMarkerConfiguration

@Configuration(    proxyBeanMethods = false)public class ZuulProxyMarkerConfiguration {    public ZuulProxyMarkerConfiguration() {    }
    @Bean    public ZuulProxyMarkerConfiguration.Marker zuulProxyMarkerBean() {        return new ZuulProxyMarkerConfiguration.Marker();    }
    class Marker {        Marker() {        }    }}

这里也没有很多业务逻辑，只是 1）定义了一个内部类 Marker，而且仅有无参构造方法；2）提供 zuulProxyMarkerBean()方法用于返回 Marker 实例作为 Bean。

3.2.3 ZuulProxyAutoConfiguration

从注解只能看到上面一步，那么接下来就考虑自动装配了。我们找到了 ZuulProxyAutoConfiguration 这个类，比较直接，从名字就能看出是负责 ZuulProxy 自动装配的：

@Configuration(    proxyBeanMethods = false)@Import({RestClientRibbonConfiguration.class, OkHttpRibbonConfiguration.class, HttpClientRibbonConfiguration.class, HttpClientConfiguration.class})@ConditionalOnBean({Marker.class})public class ZuulProxyAutoConfiguration extends ZuulServerAutoConfiguration {

这里的 Marker，就是 ZuulProxyMarkerConfiguration.Marker

我们回顾一下自动装配，需要满足两个条件：1）spring.factories；2）@ConditionalOnxxx。我们在启动类加上了 @EnableZuulProxy 注解，之后 ZuulProxyAutoConfiguration 就会被自动装配。

接下来看一下 zuul 的属性配置是如何加载的，这里就涉及到了 ZuulProperties。

3.2.4 ZuulProperties

我们在.yml 或.properties 文件配置的参数都会被加载到这个类中。其中包含的大量参数和方法，这里不一一列举，重点看一下构造方法：

public ZuulProperties() {    this.ribbonIsolationStrategy = ExecutionIsolationStrategy.SEMAPHORE;    this.semaphore = new ZuulProperties.HystrixSemaphore();    this.threadPool = new ZuulProperties.HystrixThreadPool();    this.setContentLength = false;    this.includeDebugHeader = false;    this.initialStreamBufferSize = 8192;}

从中我们可以看出 zuul 和 ribbon 和 hystrix 集成的一些端倪，支持了 Hystrix 的信号量和线程池两种模式。

3.3 Filter 执行过程解析

接下来我们继续分析执行过滤器的过程。

3.3.1 ZuulServlet

ZuulServlet 在 init()中完成初始化流程并协调 ZuulFilter 的执行。

3.3.2 FilterProcessor

这是执行过滤器的核心类。

这里面定义了 4 个用来判断当前 filter 的 FilterType()返回类型的方法。

当客户端在发送请求时 Zuul 会开辟一个线程池 线程执行时 ZuulServlet.server 方法拦截到对应请求此时该方法会调用 FilterProcessor 中的方法依次初始化 zuul 的 pre，rout,post，error 各个阶段的过滤器。当过滤器执行过滤完请求后，请求响应 执行结束。

四 总结

本文基于 zuul2.2.6.RELEASE 版本，通过一个官方示例工程了解了 Spring Cloud Gateway（Zuul2）的结构、使用方法和主要执行过程。后续将结合 Spring Cloud 的配置中心、Hystrix 继续做深入分析，并加入与 nacos 等其他注册中心/网关的对比。