1 缘起

最近补充微服务网关相关知识，学习了网关相关概念，
了解网关在微服务中存在的意义及其使命，如统一用户认证、接口权限控制、接口限流、接口熔断、黑白名单机制等，
打算通过实践的方式逐步学习网关的相关功能，同时分享网关应用系列文章。
本文分享通过网关实现接口限流，构建相关服务，帮助读者轻松应对知识考核与交流。

2 架构

本文的服务架构如下图所示，
由图可知，应用架构共有三个部分：网关、注册中心和服务，
通过网关进行接口限流，当然是在网关中做文章，实现接口的流量控制。
本套架构基于Spring原生的组件，其中，网关：SpringCloudGateway，注册中心：Eureka，服务：SpringBoot。

3 Gateway配置

使用Gateway进行接口限流，注解当然是Gateway服务，
如下配置均是对Gateway服务进行的，其他的服务各自按照需要准备好即可，
需要注意的是：其他服务与网关应该在同一个注册中心。

3.1 依赖

学技术，讲版本。
SpringBoot与SpringCloud的版本对应关系如下表：
官网查询地址：https://start.spring.io/actuator/info

序号	SpringCloud版本	SpringBoot版本
1	Edgware	1.5.x
2	Finchley	2.0.x
3	Greenwich	2.1.x
4	Hoxton.SR12	[2.2.0.RELEASE, 2.4.0.M1)
5	2020.0.6	[2.4.0.M1, 2.6.0-M1)
6	2021.0.0-M1	[2.6.0-M1, 2.6.0-M3)
7	2021.0.0-M3	[2.6.0-M3, 2.6.0-RC1)
8	2021.0.0-RC1	[2.6.0-RC1, 2.6.1)
9	2021.0.5	[2.6.1, 3.0.0-M1)
10	2022.0.0-M1	[3.0.0-M1, 3.0.0-M2)
11	2022.0.0-M2	[3.0.0-M2, 3.0.0-M3)
12	2022.0.0-M3	[3.0.0-M3, 3.0.0-M4)
13	2022.0.0-M4	[3.0.0-M4, 3.0.0-M5)
14	2022.0.0-M5	[3.0.0-M5, 3.0.0-RC1)
15	2022.0.0-RC1	[3.0.0-RC1, 3.1.0-M1)

3.1.1 SpringBoot

SpringBoot版本：2.2.8.RELEASE。

<parent>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
    <version>2.2.8.RELEASE</version>
    <relativePath/> <!-- lookup parent from repository -->
</parent>

3.1.2 SpringCloud

SpringCloud提供微服务相关组件。

<dependencyManagement>
    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
            <artifactId>spring-cloud-dependencies</artifactId>
            <version>Hoxton.SR5</version>
            <type>pom</type>
            <scope>import</scope>
        </dependency>
    </dependencies>
</dependencyManagement>

3.1.3 注册中心&网关&Redis

注册中心：网关为了发现注册中心的服务，配置uri进行限流；
网关：网关配置的基础组件；
Redis：存储限流使用的令牌（Token）。

<dependency>
    <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-netflix-eureka-client</artifactId>
    <version>2.2.3.RELEASE</version>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-gateway</artifactId>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-data-redis-reactive</artifactId>
</dependency>

3.2 创建拦截类型Bean

为什么创建拦截类型Bean？
SpringCloud Gateway中可以自定义配置拦截方式，
通过Spring正则表达式（SpEL）匹配对应的拦截Bean，
所以，要创建接口拦截方式的Bean。
其中，拦截有三种方式：路径拦截、IP拦截和参数拦截，
配置样例如下：

package com.monkey.gateway_template.config;

import org.springframework.cloud.gateway.filter.ratelimit.KeyResolver;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.context.annotation.Primary;
import reactor.core.publisher.Mono;

/**
 * 请求限流配置.
 *
 * @author xindaqi
 * @since 2022-11-16 18:19
 */
@Configuration
public class RequestRateLimiter {

    @Primary
    @Bean
    KeyResolver ipKeyResolver() {
        return exchange -> Mono.just(exchange.getRequest().getRemoteAddress().getAddress().getHostAddress());
    }

    @Bean
    KeyResolver apiKeyResolver() {
        return exchange -> Mono.just(exchange.getRequest().getPath().value());
    }
    @Bean
    KeyResolver paramKeyResolver() {
        return exchange -> Mono.just(exchange.getRequest().getQueryParams().getFirst("param-name"));
    }
}

3.3 限流配置

SpringCloud Gateway的限流算法采用令牌桶限流，
结合Redis，将令牌存储与Redis，提高读写性能。
网关限流配置的最核心部分如下，
其中，
（1）通过动态路由方式获取注册中心的服务：uri: lb://service-name；
（2）断言路径predicates Path，为了使限流生效，路径不可与服务名称相同；
（3）为使限流生效，需要去除配置的断言路径：StripPrefix=1；
（4）过滤器名称为RequestRateLimiter，Redis约定的名称，不可更改。
限流参数：
（1）key-resolver: “#{@ipKeyResolver}”： 限流方式：Bean名称
（2）redis-rate-limiter.replenishRate: 1生成令牌速率：个/秒
（3）redis-rate-limiter.burstCapacity: 令牌桶容量，突发流量通过网关进入该接口时可处理的最大请求数
（4）redis-rate-limiter.requestedTokens: 1 # 每次消费的Token数量

server:
  port: 9001

eureka:
  client:
    fetch-registry: true
    register-with-eureka: true
    service-url:
      defaultZone: http://localhost:8001/eureka/eureka

spring:
  cloud:
    gateway:
      discovery:
        locator:
          enabled: true # 开启以应用名代理服务，即通过应用名称访问接口
          lowerCaseServiceId: true # 微服务名称小写
      routes:
        - id: producer # 代理的服务ID，唯一
          uri: lb://producer # 代理的服务实例名称，开启微服务名称小写后，可使用小写的名称
          predicates:
            - Path=/producer-server/** # 断言路径，即通过该路径匹配代理的服务，为了使限流生效，路径不可与服务名称相同
          filters:
            - StripPrefix=1 # 去除producer-server，对后面的URI进行限流，保证限流生效
            - name: RequestRateLimiter # 使用Redis限流器
              args:
                key-resolver: "#{@ipKeyResolver}" # 限流方式：Bean名称
                redis-rate-limiter.replenishRate: 1 # 生成令牌速率：个/秒
                redis-rate-limiter.burstCapacity: 3 # 令牌桶容量
                redis-rate-limiter.requestedTokens: 1 # 每次消费的Token数量
  redis:
    database: 0
    host: 127.0.0.1
    port: 6379
    password: 123456
    jedis:
      pool:
        max-active: 1 # 连接池：最大连接数，-1不限制
        max-idle: 8 # 连接池：最大空闲连接数量
        max-wait: 2000 # 连接池：最大阻塞等待时间，-1不限制，单位：毫秒
        min-idle: 0 # 连接池；最小空闲连接数量
      timeout: 1000 # 连接Redis服务器超时时间，单位：毫秒

4 测试

4.1 Postman接口测试

通过接入网关接入接口，Postman测试结果如下图所示。

4.1.1 正常请求

成功响应的结果如下图所示，由图可知，响应头中包含配置的限流参数。

序号	参数	描述
1	X-RateLimit-Remaining	剩余可请求次数
2	X-RateLimit-Requested-Tokens	每次请求消耗的Token数量
3	X-RateLimit-Burst-Capacity	令牌桶容量，接口可承载的最大峰值请求数量
4	X-RateLimit-Replenish-Rate	令牌生成速率，个/秒

4.1.2 被丢弃的请求

请求次数超过配置后，响应结果如下图所示，
由图可知，响应的状态码为429，描述信息为：Too Many Requests。

SpringGateway生成的数据存储在Redis，样式如下图所示，
由图可知，键名前缀为：request_rate_limiter.
键名后缀为：tokens和timestamp。

4.2 JMeter测试

为了更好地体验接口限流功能，使用JMeter配置多线程请求接口，
测试结果如下图所示，由结果树可看到请求过程中，有正常的请求，有被拒绝的请求。

4.2.1 正常请求

正常的请求响应内容如下图所示。

4.2.2 被丢弃的请求

被丢弃的请求响应内容如下图所示。

5 小结

网关通过动态路由（lb:service-name）方式代理服务时，使限流生效需满足两个条件：
（1）断言中配置的路径前缀不能与服务名称相同，如代理的服务为producer，断言（predicates）路径中的前缀禁止配置为producer；
（2）过滤器（filters）必须配置StripPrefix=1，移除前缀，保证代理的接口可以进行限流；
（3）过滤器名称为RequestRateLimiter，Redis约定的名称，不可更改。
常用的限流方式有3钟，IP限流、路径限流和参数限流：
（1）IP限流：exchange.getRequest().getRemoteAddress().getHostName()
（2）路径限流：exchange.getRequest().getPath().value()
（3）参数限流：exchange.getRequest().getQueryParams().getFirst(“param-name”)。