微服务网关的设计与实现（微服务网关开发）

网友投稿 279 2023-01-12

本篇文章给大家谈谈微服务网关的设计与实现，以及微服务网关开发对应的知识点，希望对各位有所帮助，不要忘了收藏本站喔。今天给各位分享微服务网关的设计与实现的知识，其中也会对微服务网关开发进行解释，如果能碰巧解决你现在面临的问题，别忘了关注本站，现在开始吧！

本文目录一览：

1、微服务入门｜微服务架构怎么设计
2、微服务之网关聚合模式
3、什么是微服务架构？主流的微服务如何实现？
4、Spring Cloud——微服务网关介绍
5、微服务方式实现双重网关
6、微服务网关

微服务入门｜微服务架构怎么设计

将一个单体应用拆分成一组微小的服务组件，每个微小的服务组件运行在自己的进程上，组件之间通过如RESTful API这样的轻量级机制进行交互，这些服务以业务能力为核心，用自动化部署机制独立部署，另外，这些服务可以用不同的语言进行研发，用不同技术来存储数据。

通过以上的定义描述，我们可以基本确定给出微服务的节特征：

用微服务来进行实践到生产项目中，首先要考虑一些问题。比如下图的微服务业务架构：

在上图图表展示的架构图中，我们假设将业务商户服务A、订单服务B和产品服务C分别拆分为一个微服务应用，单独进行部署。此时，我们面临很多要可能出现的问题要解决，比如：

1、客户端如何访问这些服务？

2、每个服务之间如何进行通信？

3、多个微服务，应如何实现？

4、如果服务出现异常宕机，该如何解决？

以上这些都是问题，需要一个个解决。

在单体应用开发中，所有的服务都是本地的，前端UI界面，移动端APP程序可以直接访问后端服务器程序。

现在按功能拆分成独立的服务，跑在独立的进程中。如下图所示：

此时，后台有N个服务，前台就需要记住管理N个服务，一个服务下线、更新、升级，前台和移动端APP就要重新部署或者重新发包，这明显不服务我们拆分的理念。尤其是对当下业务需求的飞速发展，业务的变更是非常频繁的。

除了访问管理出现困难以外，N个小服务的调用也是一个不小的网络开销。另外，一般微服务在系统内部，通常是无状态的，而我们的用户在进行业务操作时，往往是跨业务模块进行操作，且需要是有状态的，在此时的这个系统架构中，也无法解决这个问题。传统的用来解决用户登录信息和权限管理通常有一个统一的地方维护管理（OAuth），我们称之为授权管理。

基于以上列出的问题，我们采用一种叫做网关（英文为API Gateway）的技术方案来解决这些问题，网关的作用主要包括：

网关(API Gateway)可以有很多广义的实现办法，可以是一个软硬一体的盒子，也可以是一个简单的MVC框架，甚至是一个Node.js的服务端。他们最重要的作用是为前台（通常是移动应用）提供后台服务的聚合，提供一个统一的服务出口，解除他们之间的耦合，不过API Gateway也有可能成为单点故障点或者性能的瓶颈。

最终，添加了网关(API Gateway)的业务架构图变更为如下所示：

所有的微服务都是独立部署，运行在自己的进程容器中，所以微服务与微服务之间的通信就是IPC（Inter Process Communication），翻译为进程间通信。进程间通信的方案已经比较成熟了，现在最常见的有两大类：同步调用、异步消息调用。

同步调用

同步调用比较简单，一致性强，但是容易出调用问题，性能体验上也会差些，特别是调用层次多的时候。同步调用的有两种实现方式：分别是 REST 和 RPC

基于REST和RPC的特点，我们通常采用的原则为：向系统外部暴露采用REST，向系统内部暴露调用采用RPC方式。

异步消息的方式在分布式系统中有特别广泛的应用，他既能减低调用服务之间的耦合，又能成为调用之间的缓冲，确保消息积压不会冲垮被调用方，同时能保证调用方的服务体验，继续干自己该干的活，不至于被后台性能拖慢。需要付出的代价是一致性的减弱，需要接受数据最终一致性，所谓的最终一致性就是只可能不会立刻同步完成，会有延时，但是最终会完成数据同步；还有就是后台服务一般要实现幂等性，因为消息发送由于性能的考虑一般会有重复（保证消息的被收到且仅收到一次对性能是很大的考验）。最后就是必须引入一个独立的 Broker，作为中间代理池。

常见的异步消息调用的框架有：Kafaka、Notify、MessageQueue。

最终，大部分的服务间的调用架构实现如下所示：

在微服务架构中，一般每一个服务都是有多个拷贝，来做负载均衡。一个服务随时可能下线，也可能应对临时访问压力增加新的服务节点。这就出现了新的问题：

这就是服务的发现、识别与管理问题。解决多服务之间的识别，发现的问题一般是通过注册的方式来进行。

具体来说：当服务上线时，服务提供者将自己的服务注册信息注册到某个专门的框架中，并通过心跳维持长链接，实时更新链接信息。服务调用者通过服务管理框架进行寻址，根据特定的算法，找到对应的服务，或者将服务的注册信息缓存到本地，这样提高性能。当服务下线时，服务管理框架会发送服务下线的通知给其他服务。

常见的服务管理框架有：Zookeeper等框架。

如上的问题解决方案有两种具体的实现，分别是：基于客户端的服务注册与发现、基于服务端的服务注册与发现。

优点是架构简单，扩展灵活，只对服务注册器依赖。缺点是客户端要维护所有调用服务的地址，有技术难度，一般大公司都有成熟的内部框架支持。

优点是所有服务对于前台调用方透明，一般小公司在云服务上部署的应用采用的比较多。

前面提到，单体应用开发中一个很大的风险是，把所有鸡蛋放在一个篮子里，一荣俱荣，一损俱损。而分布式最大的特性就是网络是不可靠的。通过微服务拆分能降低这个风险，不过如果没有特别的保障，结局肯定是噩梦。

因此，当我们的系统是由一系列的服务调用链组成的时候，我们必须确保任一环节出问题都不至于影响整体链路。相应的手段有很多，比如说：

微服务网关的设计与实现（微服务网关开发）

微服务之网关聚合模式

使用网关可以将多个单独的请求聚合到一个请求中。当客户端必须对多个不同的后端系统进行多次调用操作时，此模式很有用。

有时候执行单个任务时，客户端可能必须对不同的各个后端服务进行多次调用。因为他们依赖于多个服务，那么客户端必须调用不同的服务接口以完成这次请求，这样就会导致请求过多而浪费很多的资源。当任何新功能或服务添加到应用程序时，从而会进一步增加资源需求和网络调用。客户端和后端之间的这种混乱调用可能会对应用程序的性能和规模产生负面影响。微服务架构使这个问题变得更加普遍，因为围绕许多小型服务构建的应用程序自然会有更多的跨服务调用。

在下图中，客户端向每个服务发送请求（1,2,3）。每个服务处理请求并将响应发送回应用程序（4,5,6）。通常具有高延迟的蜂窝网络上，以这种方式使用单独的请求是低效的并且可能导致连接中断或请求不完整。虽然每个请求可以并行完成，但应用程序必须为每个请求发送，等待和处理数据，所有这些都在不同的连接上，从而增加了失败的可能性。

使用网关来减少客户端和服务之间的干扰。网关接收客户端请求，将请求分派给各种后端系统，然后聚合结果并将它们发送回请求客户端。
这种模式可以有效减少应用程序对后端服务的调用请求数，而且在高延迟网络上的应用程序的性能有大的提升。

在下图中，应用程序向网关发送请求（1）。该请求包含一组附加请求。网关分解这些请求并通过将每个请求发送到相关服务来处理每个请求（2）。每个服务都返回对网关的响应（3）。网关聚合每个服务的响应并将响应发送到应用程序（4）。应用程序发出单个请求，并且只从网关接收一个响应。

1.网关不应该在后端服务中引入服务耦合
2.网关应该和后端服务位置很近，以尽可能减少延迟。
3.网关服务可能须要做ha。确保网关设计合理，以满足您的应用程序的可用性要求。
4.网关可能是性能瓶颈。确保网关具有足够的性能来处理负载，并且可以扩展以满足您的预期增长。
5.对网关执行负载测试，以确保不会导致服务的级联故障。
6.使用隔板，断路，重试和超时等技术实现弹性设计。
7.如果一个或多个服务调用花费的时间太长，则可以接受超时并返回部分数据集。考虑您的应用程序将如何处理此方案。
8.使用异步I / O来提升程序的吞吐量。
9.通过分布式跟踪对全链路进行监控。
10.监控请求指标和响应大小。
11.考虑将缓存数据作为故障转移策略来处理故障。
12.不要将聚合构建到网关中，而是考虑在网关后面放置聚合服务。请求聚合可能具有与网关中的其他服务不同的资源要求，并且可能影响网关的路由和卸载功能。

1.客户端需要与多个后端服务通信才能完成操作
2.客户端可以使用具有明显延迟的网络，例如蜂窝网络。

1.您希望客户端对单个服务的请求次数（比如获取10个学生的信息，你只有一个单个查询学生信息的接口）。在这种情况下，最好向服务添加批处理操作。
2.客户端或应用程序位于后端服务附近，延迟不是一个重要因素。

以下示例是教你如何使用Lua创建简单的网关聚合NGINX服务。

什么是微服务架构？主流的微服务如何实现？

简单地说微服务网关的设计与实现，微服务架构就是以业务域或业务功能为边界，将一个大而全的应用拆分为可以独立开发，独立部署，独立测试，独立运行的一组小的应用，并且使用轻量级，通用的机制在这组应用间进行通信。
主流的微服务包括微服务网关的设计与实现：
1、SpringCloud
Spring Cloud , 来自Spring，具有Spring 社区的强大支撑，还有Netflix强大的后盾与技术输出。Netflix作为一家成功实践微服务架构的互联网公司在几年前就把几乎整个微服务框架栈开源贡献给了社区，这些框架开源的整套服务架构套件是Spring Cloud的核心。
- Eureka:服务注册发现框架；
- Zuul:服务网关；
- Karyon：服务端框架；
- Ribbon：客户端框架；
- Hystrix：服务容错组件；
- Archaius：服务配置组件；
- Servo：Metrics组件；
- Blitz4j：日志组件；
2、Dubbo
Dobbo是一个分布式服务框架，是阿里开放的微服务化治理框架，致力于提高性能和透明化的RPC远程服务调用方案，以及SOA服务治理方案。其核心部分(官网)
- 远程通讯: 提供对多种基于长连接的NIO框架抽象封装，包括多种线程模型，序列化，以及“请求-响应”模式的信息交换方式；
- 集群容错: 提供基于接口方法的透明远程过程调用，包括多协议支持，以及软负载均衡，失败容错，地址路由，动态配置等集群支持；
- 自动发现: 基于注册中心目录服务，使服务消费方能动态的查找服务提供方，使地址透明，使服务提供方可以平滑增加或减少机器。
Dubbo 也是采用全 Spring 配置方式，透明化接入应用，对应用没有任何 API 侵入，只需用 Spring 加载 Dubbo的配置即可，Dubbo 基于 Spring 的 Schema 扩展进行加载。当然也支持官方不推荐的 API 调用方式。
3、lstio
lstio 作为用于微服务聚合层管理的新锐项目，是Google、IBM、Lyft（海外共享出行公司、Uber劲敌），首个共同联合开源的项目，提供了统一的连接，安全，管理和监控微服务的方案。
目前首个测试版是针对Kubernetes环境的，社区宣称在未来几个月内会为虚拟机和Cloud Foundry 等其他环境增加支持。lstio将流量管理添加到微服务中，并为增值功能（如安全性、监控、路由、连接管理和策略）创造了基础。
- HTTP、gRPC 和 TCP 网络流量自动负载均衡；
- 提供了丰富的路由规则，实现细颗粒度的网络流量行为控制；
- 流量加密、服务件认证，以及强身份声明；
- 全范围（Fleet-wide）的策略执行；
- 深度遥测和报告。

Spring Cloud——微服务网关介绍

为了解决以上微服务网关的设计与实现的问题，API网关应运而生，加入网关后应用架构变为下图所示。

当引入API网关后，在用户端与微服务之间建立了一道屏障，通过API网关对微服务提供了统一的访问入口，所有用户端的请求被API网关拦截，并在此基础上可以实现额外的功能微服务网关的设计与实现：

OpenResty是一个强大的Web应用服务器，web开发人员可以使用Lua脚本语言调用Nginx支持的各种以C以及Lua模块。

在性能方面，OpenResty可以快速构造出足以胜任10K以上并发连接响应的超高性能Web应用系统。

在国内，360、阿里云、腾讯网、去哪儿、酷狗音乐、新浪等都是OpenResty的深度用户。

但OpenResty是一款独立的产品，与主流的注册中心，存在一定的兼容问题，需要架构师独立实现其服务注册、发现功能。

Zuul是Netflix开源的微服务网关，主要职责是对用户请求进行路由转发与过滤。早期Spring Cloud与Netflix合作，使用Zuul作为微服务架构网关首选产品。

Zuul是基于J2EE Servlet实现路由转发，网络通信采用同步方式。

zuul 是netflix开源的一个API Gateway 服务器，本质上是一个web servlet应用。

Zuul可以通过加载动态过滤机制，从而实现以下各项功能：

Zuul的核心是一系列的filters，其作用可以类比Servlet框架的Filter，或者AOP。工作原理如下图所示：

Zuul可以对Groovy过滤器进行动态的加载，编译，运行。

Zuul2.x设计更为先进，基于Netty 非阻塞和支持长连接，但是 SpringCloud 目前没有整合。 Zuul2.x 的性能较 Zuul1.x 有较大的提升。

Zuul2.x引入了Netty和RxJava，正如之前的 ZuulFilter 分为了 Pre、Post、Route、Error，Zuul2的Filter分为三种类型：

Spring 自己开发的新一代API网关产品，基于NIO异步处理，摒弃了Zuul基于Servlet同步通信的设计。

Spring Cloud Gateway 作为 Spring Cloud 生态系统中的网关，目标是替代 Netflix Zuul，其不仅提供统一的路由方式，并且基于 Filter 链的方式提供了网关基本的功能，例如：安全，监控/指标，和限流。

关键特征：

在性能方面，根据官方提供的基准测试， Spring Cloud Gateway 的 RPS（每秒请求数）是Zuul 的 1.6 倍。

Spring Cloud Gateway十分优秀，Spring Cloud Alibaba也默认选用该组件作为网关产品。

客户端向 Spring Cloud Gateway 发出请求。如果 Gateway Handler Mapping 中找到与请求相匹配的路由，将其发送到 Gateway Web Handler。Handler 再通过指定的过滤器链来将请求发送到我们实际的服务执行业务逻辑，然后返回。过滤器之间用虚线分开是因为过滤器可能会在发送代理请求之前（“pre”）或之后（“post”）执行业务逻辑。

Spring Cloud Gateway 的特征：

参考：
http://www.ityouknow.com/springcloud/2018/12/12/spring-cloud-gateway-start.html

http://www.likecs.com/show-50293.html

https://zhuanlan.zhihu.com/p/299608850?utm_source=wechat_session

https://juejin.cn/post/6844903965352525838

https://blog.csdn.net/weixin_38361347/article/details/114108368

http://www.zyiz.net/tech/detail-98256.html

微服务方式实现双重网关

最近在做一个多项目整合微服务网关的设计与实现的工作，因为每个项目都有自己微服务网关的设计与实现的一套网关，每个网关都有自己微服务网关的设计与实现的加解密算法，整合到一起要求对外提供统一的用户鉴权，而且不对原有系统做大规模的重构，基于这些现实考虑使用两重API网关架构来构建新系统的统一网关体系。

备注：其中的统一网关、业务网关、业务微服务都是微服务的模式注册到微服务中心。

这个网关采用zuul来进行网关过滤及路由，其中过滤规则由各个业务网关以微服务方式提供，通过Feign来调用，这个方式也是区别于传统网关的，也是实现双重网关的关键所在。
这里要遵循的基本原则是：授权/鉴权一体化，即授权策略和鉴权方法都是由各个业务网关自己维护，这样就确保微服务网关的设计与实现了功能的封闭性和一致性，在开发和后期维护中都非常的方便高效。

备注：这个类是zuul的主类实现微服务网关的设计与实现了过滤/路由，其中的鉴权部分调用了相关的微服务，这些微服务以@Autowired的方式注入进来。
接口定义如下：

路由策略通过配置实现，因为是微服务所以直接指定路由到的微服务id即可，配置文件可以存储到微服务治理中心的配置中心。

备注：其中的user-base、user-org分别是两个业务微服务。

这个网关集群按照业务划分，每个网关实现了授权和鉴权的策略算法，并以微服务的方式提供，其中授权是对相关敏感信息做加密并以token的方式存储到cookie中，鉴权是将存储在客户端的token通过相应的解密算法进行核验和鉴权，确保该token的合法性、有效性，只有有效的token才能够通过鉴权并解析出敏感信息传递到指定的路由服务中。

备注：该网关使用JWT进行敏感数据加密

备注：该网关使用RSA进行敏感数据加密
H5业务网关以微服务方式提供了授权/鉴权服务，其中授权服务直接暴露给客户端，客户端调用后将业务类型app_type和授权token写入cookie，鉴权服务暴露给统一网关，对传递的token进行鉴权，鉴权成功后将token中的加密信息解析出来后返回给统一网关，由统一网关路由到业务微服务并将该参数传递下去。

备注：其中register、login是生成授权token流程，readUserinfo是通过token鉴权后访问业务微服务的流程。