[Java知识库] SpringCloud GateWay 万字详解

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[Java知识库]SpringCloud GateWay 万字详解

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项目源码地址：公众号回复 sentinel，即可免费获取源码

背景

在微服务架构中，通常一个系统会被拆分为多个微服务，面对这么多微服务客户端应该如何去调用呢？如果没有其他更优方法，我们只能记录每个微服务对应的地址，分别去调用，但是这样会有很多的问题和潜在因素。

客户端多次请求不同的微服务，会增加客户端代码和配置的复杂性，维护成本比价高。
认证复杂，每个微服务可能存在不同的认证方式，客户端去调用，要去适配不同的认证，
存在跨域的请求，调用链有一定的相对复杂性（防火墙 / 浏览器不友好的协议）。
难以重构，随着项目的迭代，可能需要重新划分微服务

为了解决上面的问题，微服务引入了网关的概念，网关为微服务架构的系统提供简单、有效且统一的API路由管理，作为系统的统一入口，提供内部服务的路由中转，给客户端提供统一的服务，可以实现一些和业务没有耦合的公用逻辑，主要功能包含认证、鉴权、路由转发、安全策略、防刷、流量控制、监控日志等。

网关在微服务中的位置:

自己手绘的

官网上的

网关对比

Zuul 1.0 : Netflix开源的网关，使用Java开发，基于Servlet架构构建，便于二次开发。因为基于Servlet内部延迟严重，并发场景不友好，一个线程只能处理一次连接请求。
Zuul 2.0 : 采用Netty实现异步非阻塞编程模型，一个CPU一个线程，能够处理所有的请求和响应，请求响应的生命周期通过事件和回调进行处理，减少线程数量，开销较小

GateWay : 是Spring Cloud的一个全新的API网关项目，替换Zuul开发的网关服务，基于Spring5.0 + SpringBoot2.0 + WebFlux（基于?性能的Reactor模式响应式通信框架Netty，异步?阻塞模型）等技术开发，性能高于Zuul
Nginx+lua : 性能要比上面的强很多，使用Nginx的反向代码和负载均衡实现对API服务器的负载均衡以及高可用，lua作为一款脚本语言，可以编写一些简单的逻辑，但是无法嵌入到微服务架构中
Kong : 基于OpenResty（Nginx + Lua模块）编写的高可用、易扩展的，性能高效且稳定，支持多个可用插件（限流、鉴权）等，开箱即可用，只支持HTTP协议，且二次开发扩展难，缺乏更易用的管理和配置方式

GateWay

官方文档：https://docs.spring.io/spring-cloud-gateway/docs/current/reference/html/#gateway-starter

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?性能的Reactor模式响应式通信框架Netty，异步?阻塞模型）等技术开发，性能?于Zuul，官?测试，Spring Cloud GateWay是Zuul的1.6倍 ，旨在为微服务架构提供?种简单有效的统?的API路由管理?式。

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、?志监控等
Gateway还内置了限流过滤器，实现了限流的功能。
设计优雅，容易拓展

基本概念

路由（Route）是GateWay中最基本的组件之一，表示一个具体的路由信息载体，主要由下面几个部分组成：

id：路由唯一标识，区别于其他的route
url：路由指向的目的地URL，客户端请求最终被转发到的微服务
order：用于多个Route之间的排序，数值越小越靠前，匹配优先级越高
predicate：断言的作用是进行条件判断，只有断言为true，才执行路由
filter: 过滤器用于修改请求和响应信息

核心流程

核心概念：

Gateway Client向 Spring Cloud Gateway发送请求
请求首先会被 HttpWebHandlerAdapter进行提取组装成网关上下文
然后网关的上下文会传递到 DispatcherHandler，它负责将请求分发给 RoutePredicateHandlerMapping
RoutePredicateHandlerMapping负责路由查找，并根据路由断言判断路由是否可用
如果过断言成功，由FilteringWebHandler创建过滤器链并调用
通过特定于请求的 Fliter链运行请求，Filter被虚线分隔的原因是Filter可以在发送代理请求之前（pre）和之后（post）运行逻辑
执行所有pre过滤器逻辑。然后进行代理请求。发出代理请求后，将运行“post”过滤器逻辑。
处理完毕之后将 Response返回到 Gateway客户端

Filter过滤器：

Filter在pre类型的过滤器可以做参数效验、权限效验、流量监控、日志输出、协议转换等。
Filter在post类型的过滤器可以做响应内容、响应头的修改、日志输出、流量监控等

核心思想

当用户发出请求达到 GateWay之后，会通过一些匹配条件，定位到真正的服务节点，并且在这个转发过程前后，进行一些细粒度的控制，其中 Predicate（断言） 是我们的匹配条件，Filter 是一个拦截器，有了这两点，再加上URL，就可以实现一个具体的路由，核心思想：路由转发+执行过滤器链

这个过程就好比考试，我们考试首先要找到对应的考场，我们需要知道考场的地址和名称(id和url)，然后我们进入考场之前会有考官查看我们的准考证是否匹配（断言），如果匹配才会进入考场，我们进入考场之后，（路由之前）会进行身份的登记和考试的科目，填写考试信息，当我们考试完成之后（路由之后）会进行签字交卷，走出考场，这个就类似我们的过滤器

Route(路由) ：构建网关的基础模块，由ID、目标URL、过滤器等组成

Predicate（断言） ：开发人员可以匹配HTTP请求中的内容（请求头和请求参数），如果请求断言匹配贼进行路由

Filter（过滤） ：GateWayFilter的实例，使用过滤器，可以在请求被路由之前或者之后对请求进行修改

框架搭建

通过上述讲解已经了解了基础概念，我们来动手搭建一个GateWay项目，来看看它到底是如何运行的
新建项目：cloud-alibaba-gateway-9006

版本对应：

GateWay属于SprinigCloud且有web依赖，在我们导入对应依赖时，要注意版本关系，我们这里使用的版本是 2.2.x的版本，所以配合使用的Hoxton.SR5版本

在这里我们要注意的是引入GateWay一定要删除spring-boot-starter-web依赖，否则会有冲突无法启动

父类pom引用：

<spring-cloud-gateway-varsion>Hoxton.SR5</spring-cloud-gateway-varsion>

 <dependency>
    <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-dependencies</artifactId>
    <version>${spring-cloud-gateway-varsion}</version>
    <type>pom</type>
    <scope>import</scope>
</dependency>

子类POM引用：

<dependencies>
    <dependency>
        <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
        <artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-nacos-discovery</artifactId>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
        <artifactId>spring-cloud-starter-gateway</artifactId>
        <version>2.2.5.RELEASE</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.projectlombok</groupId>
        <artifactId>lombok</artifactId>
    </dependency>
</dependencies>

yml配置

server:
  port: 9006
spring:
  application:
    name: cloud-gateway-service
  cloud:
    nacos:
      discovery:
        server-addr: localhost:8848
    gateway:
      discovery:
        locator:
          enabled: false #开启注册中心路由功能
      routes:  # 路由
        - id: nacos-provider #路由ID，没有固定要求，但是要保证唯一，建议配合服务名
          uri: http://localhost:9001/nacos-provider # 匹配提供服务的路由地址 lb://表示开启负载均衡
          predicates: # 断言
            - Path=/mxn/** # 断言，路径相匹配进行路由

我们在之前的cloud-alibaba-nacos-9001项目中添加下面测试代码

@RestController
@RequestMapping("/mxn")
public class DemoController {

    @Value("${server.port}")
    private String serverPort;

    @GetMapping(value = "/hello")
    public String hello(){
        return "hello world ，my port is ："+serverPort;
    }

 }

启动Nacos、cloud-alibaba-nacos-9001、cloud-alibaba-gateway-9006通过gateway网关去访问9001的mxn/order看看。

首先我们在Nacos中看到我们服务是注册到Nacos中了

然后我们访问http://localhost:9001/mxn/hello，确保是成功的，在通过http://localhost:9006/mxn/hello去访问，也是OK，说明我们GateWay搭建成功，我们进入下一步

在上述方法中我们是通过YML去完成的配置，GateWay还提供了另外一种配置方式，就是通过代码的方式进行配置，@Bean注入一个 RouteLocator

import org.springframework.cloud.gateway.route.RouteLocator;
import org.springframework.cloud.gateway.route.builder.RouteLocatorBuilder;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;

@Configuration
public class GateWayConfig {

      /*
    配置了一个id为path_mxn的路由规则
    当访问地址http://localhost:9999/mxn/**
    就会转发到http://localhost:9001/nacos-provider/mxn/任何地址
     */
    @Bean
    public RouteLocator gateWayConfigInfo(RouteLocatorBuilder routeLocatorBuilder){
        // 构建多个路由routes
        RouteLocatorBuilder.Builder routes = routeLocatorBuilder.routes();
        // 具体路由地址
        routes.route("path_mxn",r -> r.path("/mxn/**").uri("http://localhost:9001/nacos-provider")).build();
        // 返回所有路由规则
        return routes.build();
    }
}

我们可以将路由注释掉之后看一下，重启9006服务，访问地址http://localhost:9006/mxn/hello就可以转发到9001中具体的接口中

这里并不推荐，使用代码的方式来进行配置gateWay，大家有个了解就可以，因为代码的配置维护的成本比较高，而且对于一些需要修改的项，需要改代码才可以完成，这样不利于维护和拓展，所以还是推荐大家使用yml进行配置。

GateWay负载均衡

在上述的讲解中，我们已经掌握了 GateWay的一些基本配置和两种使用方式，下面我们就来讲解一下 GateWay如何实现负载均衡

我们只需要在9006中添加lb://nacos-provider就可以显示负载均衡。

当我们去访问http://localhost:9006/mxn/hello的时候，就可以看到9001和9002不停的切换

Predicate 断言

在这一篇中我们来研究一下断言，我们可以理解为：当满足条件后才会进行转发路由，如果是多个，那么多个条件需要同时满足

在官方提供的断言种类有11种(最新的有12种类型)：

具体地址：https://docs.spring.io/spring-cloud-gateway/docs/current/reference/html/#gateway-request-predicates-factories

After：匹配在指定日期时间之后发生的请求。
Before：匹配在指定日期之前发生的请求。
Between：需要指定两个日期参数，设定一个时间区间，匹配此时间区间内的请求。
Cookie：需要指定两个参数，分别为name和regexp（正则表达式），也可以理解Key和Value，匹配具有给定名称且其值与正则表达式匹配的Cookie。
Header：需要两个参数header和regexp（正则表达式），也可以理解为Key和Value，匹配请求携带信息。
Host：匹配当前请求是否来自于设置的主机。
Method：可以设置一个或多个参数，匹配HTTP请求，比如GET、POST
Path：匹配指定路径下的请求，可以是多个用逗号分隔
Query：需要指定一个或者多个参数，一个必须参数和一个可选的正则表达式，匹配请求中是否包含第一个参数，如果有两个参数，则匹配请求中第一个参数的值是否符合正则表达式。
RemoteAddr：匹配指定IP或IP段，符合条件转发。
Weight：需要两个参数group和weight（int），实现了路由权重功能，按照路由权重选择同一个分组中的路由

1. After ：表示配置时间之后才进行转发

时间戳获取代码,用于时间代码的获取：

    public static void main(String[] args) {
        ZonedDateTime zbj = ZonedDateTime.now();//默认时区
        System.out.println(zbj);
    }

spring:
  application:
    name: cloud-gateway-service
  cloud:
    nacos:
      discovery:
        server-addr: localhost:8848
    gateway:
      discovery:
        locator:
          enabled: true #开启注册中心路由功能
      routes:  # 路由
        - id: nacos-provider #路由ID，没有固定要求，但是要保证唯一，建议配合服务名
          uri: lb://nacos-provider # 匹配提供服务的路由地址 lb://表示开启负载均衡
          predicates: # 断言
            - Path=/mxn/** # 断言，路径相匹配进行路由
            - After=2022-06-11T16:30:40.785+08:00[Asia/Shanghai] #在这个时间之后的请求够可以进行通过，之前的则不能进行访问

如果在时间段之前访问则404

Before

匹配ZonedDateTime类型的时间，表示匹配在指定日期时间之前的请求，之后的请求则拒绝404错误

predicates: # 断言
  - Path=/mxn/** # 断言，路径相匹配进行路由
# - After=2022-06-11T16:30:40.785+08:00[Asia/Shanghai] #在这个时间之后的请求够可以进行通过，之前的则不能进行访问
  - Before=2022-06-11T15:30:40.785+08:00[Asia/Shanghai]

Between

Between可以匹配ZonedDateTime类型的时间，由两个ZonedDateTime参数组成，第一个参数为开始时间，第二参数为结束时间，逗号进行分隔，匹配在指定的开始时间与结束时间之内的请求，配置如下：

predicates: # 断言
  - Path=/mxn/** # 断言，路径相匹配进行路由
# - After=2022-06-11T16:30:40.785+08:00[Asia/Shanghai] #在这个时间之后的请求够可以进行通过，之前的则不能进行访问
#  - Before=2022-06-11T15:30:40.785+08:00[Asia/Shanghai]
  - Between=2022-06-11T15:30:40.785+08:00[Asia/Shanghai],2022-06-11T16:30:40.785+08:00[Asia/Shanghai]

Cookie

由两个参数组成，分别为name（Key）和regexp（正则表达式）（Value），匹配具有给定名称且其值与正则表达式匹配的Cookie。

路由规则会通过获取Cookie name值和正则表达式去匹配，如果匹配上就会执行路由，如果匹配不上则不执行。

predicates: # 断言
  - Path=/mxn/** # 断言，路径相匹配进行路由
# - After=2022-06-11T16:30:40.785+08:00[Asia/Shanghai] #在这个时间之后的请求够可以进行通过，之前的则不能进行访问
#  - Before=2022-06-11T15:30:40.785+08:00[Asia/Shanghai]
#  - Between=2022-06-11T15:30:40.785+08:00[Asia/Shanghai],2022-06-11T16:30:40.785+08:00[Asia/Shanghai]
   - Cookie=muxiaonong,[a-z]+ # 匹配Cookie的key和value（正则表达式）表示任意字母

小写字母匹配成功：

数字匹配不成功：

Header

由两个参数组成，第一个参数为Header名称，第二参数为Header的Value值,指定名称的其值和正则表达式相匹配的Header的请求

predicates: # 断言
  - Path=/mxn/** # 断言，路径相匹配进行路由
# - After=2022-06-11T16:30:40.785+08:00[Asia/Shanghai] #在这个时间之后的请求够可以进行通过，之前的则不能进行访问
#  - Before=2022-06-11T15:30:40.785+08:00[Asia/Shanghai]
#  - Between=2022-06-11T15:30:40.785+08:00[Asia/Shanghai],2022-06-11T16:30:40.785+08:00[Asia/Shanghai]
#  - Cookie=muxiaonong,[a-z]+ # 匹配Cookie的key和value（正则表达式）表示任意字母
  - Header=headerName, \d+ # \d表示数字

请求头携带数字断言请求成功，

断言字母匹配失败：

Host

匹配当前请求是否来自于设置的主机。

predicates: # 断言
  - Path=/mxn/** # 断言，路径相匹配进行路由
# - After=2022-06-11T16:30:40.785+08:00[Asia/Shanghai] #在这个时间之后的请求够可以进行通过，之前的则不能进行访问
#  - Before=2022-06-11T15:30:40.785+08:00[Asia/Shanghai]
#  - Between=2022-06-11T15:30:40.785+08:00[Asia/Shanghai],2022-06-11T16:30:40.785+08:00[Asia/Shanghai]
#  - Cookie=muxiaonong,[a-z]+ # 匹配Cookie的key和value（正则表达式）表示任意字母
#  - Header=headerName, \d+ # \d表示数字
  - Host=**.muxiaonong.com #匹配当前的主机地址发出的请求

满足Host断言，请求成功

不满足Host断言失败

**Method **

可以设置一个或多个参数，匹配HTTP请求，比如POST,PUT,GET,DELETE

predicates: # 断言
  - Path=/mxn/** # 断言，路径相匹配进行路由
# - After=2022-06-11T16:30:40.785+08:00[Asia/Shanghai] #在这个时间之后的请求够可以进行通过，之前的则不能进行访问
#  - Before=2022-06-11T15:30:40.785+08:00[Asia/Shanghai]
#  - Between=2022-06-11T15:30:40.785+08:00[Asia/Shanghai],2022-06-11T16:30:40.785+08:00[Asia/Shanghai]
#  - Cookie=muxiaonong,[a-z]+ # 匹配Cookie的key和value（正则表达式）表示任意字母
#  - Header=headerName, \d+ # \d表示数字
#  - Host=**.muxiaonong.com #匹配当前的主机地址发出的请求
  - Method=POST,GET

GET断言成功

PUT断言请求失败

Query

由两个参数组成，第一个为参数名称(必须)，第二个为参数值(可选-正则表达式)，匹配请求中是否包含第一个参数，如果有两个参数，则匹配请求中第一个参数的值是否符合第二个正则表达式。

predicates: # 断言
  - Path=/mxn/** # 断言，路径相匹配进行路由
# - After=2022-06-11T16:30:40.785+08:00[Asia/Shanghai] #在这个时间之后的请求够可以进行通过，之前的则不能进行访问
#  - Before=2022-06-11T15:30:40.785+08:00[Asia/Shanghai]
#  - Between=2022-06-11T15:30:40.785+08:00[Asia/Shanghai],2022-06-11T16:30:40.785+08:00[Asia/Shanghai]
#  - Cookie=muxiaonong,[a-z]+ # 匹配Cookie的key和value（正则表达式）表示任意字母
#  - Header=headerName, \d+ # \d表示数字
#  - Host=**.muxiaonong.com #匹配当前的主机地址发出的请求
#  - Method=POST,GET
  - Query=id,.+ # 匹配任意请求参数，这里如果需要匹配多个参数，可以写多个- Query=

断言匹配请求成功

RemoteAddr

参数由CIDR 表示法（IPv4 或 IPv6）字符串组成，也就是匹配的ID地址，配置如下：

predicates: # 断言
  - Path=/mxn/** # 断言，路径相匹配进行路由
# - After=2022-06-11T16:30:40.785+08:00[Asia/Shanghai] #在这个时间之后的请求够可以进行通过，之前的则不能进行访问
#  - Before=2022-06-11T15:30:40.785+08:00[Asia/Shanghai]
#  - Between=2022-06-11T15:30:40.785+08:00[Asia/Shanghai],2022-06-11T16:30:40.785+08:00[Asia/Shanghai]
#  - Cookie=muxiaonong,[a-z]+ # 匹配Cookie的key和value（正则表达式）表示任意字母
#  - Header=headerName, \d+ # \d表示数字
#  - Host=**.muxiaonong.com #匹配当前的主机地址发出的请求
#  - Method=POST,GET
#  - Query=id,.+ # 匹配任意请求参数，这里如果需要匹配多个参数，可以写多个Query
  - RemoteAddr=192.168.1.1/24

RemoteAddr

需要两个参数group和weight（int）权重数值，实现了路由权重功能，表示将相同的请求根据权重跳转到不同的uri地址，要求group的名称必须一致

routes:  # 路由
  - id: weight_high #路由ID，没有固定要求，但是要保证唯一，建议配合服务名
    uri: https://blog.csdn.net/qq_14996421
    predicates: # 断言
      - Weight=groupName,8
  - id: weight_low #路由ID，没有固定要求，但是要保证唯一，建议配合服务名
    uri: https://juejin.cn/user/2700056290405815
    predicates: # 断言
      - Weight=groupName,2

直接访问http://localhost:9006/可以看到我们请求的地址成8/2比例交替显示， 80% 的流量转发到https://blog.csdn.net/qq_14996421，将约 20% 的流量转发到https://juejin.cn/user/2700056290405815

Predicate就是为了实现一组匹配规则，让请求过来找到对应的Route进行处理。如果有多个断言则全部命中后进行处理

GateWay Filter

路由过滤器允许修改传入的HTTP请求或者返回的HTTP响应，路由过滤器的范围是特定的路由.

Spring Cloud GateWay 内置的Filter生命周期有两种：pre（业务逻辑之前）、post（业务逻辑之后）

GateWay本身自带的Filter分为两种： GateWayFilter（单一）、GlobalFilter（全局）

GateWay Filter提供了丰富的过滤器的使用，单一的有32种，全局的有9种，有兴趣的小伙伴可以了解一下。

官方参考网址：https://docs.spring.io/spring-cloud-gateway/docs/current/reference/html/#global-filters

StripPrefix

StripPrefix 在我们当前请求中，通过规则值去掉某一部分地址，比如我们有一台服务中加入了一个前端nacos-provider想要通过这个去访问，我们在项目cloud-alibaba-nacos-9001中加入 context-path

server:
  port: 9001
  servlet:
    context-path: /nacos-provider

现在9001的访问路径变为http://localhost:9001/nacos-provider/mxn/hello，但是如果我们通过网关去访问路径就会变成http://localhost:9006/mxn/nacos-provider/mxn/hello这个时候我们通过这个路径去访问是访问不成功的，想要解决这个方法，这个就用到了我们FIlter中的 StripPrefix

routes:  # 路由
  - id: nacos-provider #路由ID，没有固定要求，但是要保证唯一，建议配合服务名
    uri: lb://nacos-provider
    predicates: # 断言
      - Path=/mxn/** # 匹配对应地址
    filters:
      - StripPrefix=1 # 去掉地址中的第一部分

我们重新启动9006项目，再去访问

自定义Filter

虽然Gateway给我们提供了丰富的内置Filter，但是实际项目中，自定义Filter的场景非常常见，因此单独介绍下自定义FIlter的使用。

想要实现GateWay自定义过滤器，那么我们需要实现GatewayFilter接口和Ordered接口

@Slf4j
@Component
public class MyFilter implements Ordered, GlobalFilter {
    /**
     * @param exchange 可以拿到对应的request和response
     * @param chain 过滤器链
     * @return 是否放行
     */
    @Override
    public Mono<Void> filter(ServerWebExchange exchange, GatewayFilterChain chain) {
        //获取第一个参数
        String id = exchange.getRequest().getQueryParams().getFirst("id");
        //打印当前时间
        log.info("MyFilter 当前请求时间为:"+new Date());
        //判断用户是否存在
        if(StringUtils.isEmpty(id)){
            log.info("用户名不存在，非法请求！");
            //如果username为空，返回状态码为407，需要代理身份验证
            exchange.getResponse().setStatusCode(HttpStatus.PROXY_AUTHENTICATION_REQUIRED);
            // 后置过滤器
            return exchange.getResponse().setComplete();
        }
        return chain.filter(exchange);
    }

    /**
     * 设定过滤器的优先级，值越小则优先级越高
     * @return
     */
    @Override
    public int getOrder() {
        return 0;
    }
}