Spring Boot 中的服务网关是什么，原理，如何使用

在微服务架构中，服务网关是一个非常重要的组件。它可以作为所有微服务的入口，负责路由、负载均衡、安全性和监控等方面的功能。Spring Boot 提供了一系列的服务网关工具，其中最流行的是 Spring Cloud Gateway。在本文中，我们将深入探讨 Spring Boot 中的服务网关是什么，原理以及如何使用。

在这里插入图片描述

什么是服务网关？

服务网关是微服务架构中的一种设计模式，它负责将所有的客户端请求转发到相应的微服务上，并提供了一些额外的功能，例如路由、负载均衡、安全性和监控等。服务网关是微服务架构中的一个重要组件，它可以简化服务调用方的细节，同时也提高了系统的可靠性和安全性。

Spring Cloud Gateway 原理

Spring Cloud Gateway 是 Spring Cloud 生态系统中的一个组件，它提供了一种基于路由的方式来进行服务发现和请求路由。Spring Cloud Gateway 的核心组件包括 Gateway Server 和 Gateway Client。

Gateway Server 是服务网关，它负责接收客户端的请求，然后根据配置的路由规则将请求转发到相应的微服务上。Gateway Server 基于 Reactor 和 Spring WebFlux 构建，可以支持异步和非阻塞的 I/O 操作，从而提高了系统的吞吐量和响应速度。

Gateway Client 是服务提供者的客户端，它负责向 Gateway Server 注册服务实例，并接收 Gateway Server 的路由配置信息。Gateway Client 基于 Spring Cloud Discovery Client 和 Spring Cloud LoadBalancer 构建，可以自动发现可用的服务实例，并提供负载均衡功能。

如何使用 Spring Cloud Gateway？

下面我们来看一下如何在 Spring Boot 中使用 Spring Cloud Gateway。为了演示简单，我们将创建一个服务网关，用于转发客户端的请求到两个微服务上。

创建服务网关

首先，我们需要创建一个 Spring Boot 项目，并添加 Spring Cloud Gateway 相关依赖。

<dependency>
    <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-gateway</artifactId>
</dependency>

然后，我们需要在配置文件中添加路由规则。下面的配置文件中，我们将客户端的请求转发到两个微服务上：service-a 和 service-b。

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
        - id: service-a
          uri: lb://service-a
          predicates:
            - Path=/service-a/**
        - id: service-b
          uri: lb://service-b
          predicates:
            - Path=/service-b/**

在上面的配置文件中，我们使用了 lb://service-a 和 lb://service-b 来表示负载均衡的服务实例。这里我们使用了 Spring Cloud LoadBalancer 来提供负载均衡功能。

启动服务

最后，我们需要启动 Gateway Server、服务提供者和服务消费者三个应用。首先，我们需要启动 Gateway Server：

mvn spring-boot:run -pl gateway-server

然后，我们需要分别启动服务提供者 service-a 和 service-b：

mvn spring-boot:run -pl service-a
mvn spring-boot:run -pl service-b

启动完成后，我们可以访问 Gateway Server 的接口来调用服务提供者的接口：

curl http://localhost:8080/service-a/hello
curl http://localhost:8080/service-b/hello

Spring Cloud Gateway 高级功能

除了基本的路由功能外，Spring Cloud Gateway 还提供了一些高级功能，例如过滤器、限流和重试等。下面我们来看一下如何使用这些高级功能。

过滤器

过滤器是 Spring Cloud Gateway 中的一个重要功能，它可以在请求路由到微服务之前或之后对请求进行修改或拦截。Spring Cloud Gateway 提供了两种类型的过滤器：全局过滤器和局部过滤器。

全局过滤器可以应用于所有的路由规则，而局部过滤器只能应用于指定的路由规则。下面是一个使用全局过滤器的例子。

@Component
public class AuthFilter implements GlobalFilter {
    @Override
    public Mono<Void> filter(ServerWebExchange exchange, GatewayFilterChain chain) {
        // 进行认证逻辑
        if (isAuthenticated()) {
            return chain.filter(exchange);
        } else {
            exchange.getResponse().setStatusCode(HttpStatus.UNAUTHORIZED);
            return exchange.getResponse().setComplete();
        }
    }
}

在上面的例子中，我们定义了一个名为 AuthFilter 的全局过滤器，用于进行认证。如果客户端未通过认证，则返回 401 状态码。可以看到，过滤器非常灵活，可以用于很多场景，例如认证、鉴权、日志等。

限流

限流是一个重要的功能，它可以防止服务被过度请求而导致服务崩溃。Spring Cloud Gateway 提供了基于 Redis 和基于 QPS 的限流功能。

基于 Redis 的限流可以通过 Redis 的计数器功能来实现。下面是一个使用 Redis 计数器实现的限流器：

@Component
public class RateLimiterFilter implements GatewayFilter, Ordered {
    private final RedisTemplate<String, String> redisTemplate;
    private final StringRedisSerializer stringRedisSerializer = new StringRedisSerializer();
    private final AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(0);

    public RateLimiterFilter(RedisTemplate<String, String> redisTemplate) {
        this.redisTemplate = redisTemplate;
    }

    @Override
    public Mono<Void> filter(ServerWebExchange exchange, GatewayFilterChain chain) {
        String key = exchange.getRequest().getPath().value();
        return redisTemplate.execute(new RedisCallback<Mono<Void>>() {
            @Override
            public Mono<Void> doInRedis(RedisConnection connection) throws DataAccessException {
                byte[] rawKey = stringRedisSerializer.serialize(key);
                byte[] rawValue = connection.get(rawKey);
                if (rawValue == null) {
                    connection.incr(rawKey);
                    connection.expire(rawKey, 1);
                    return chain.filter(exchange);
                } else {
                    int count = Integer.parseInt(stringRedisSerializer.deserialize(rawValue));
                    if (count < 10) {
                        connection.incr(rawKey);
                        connection.expire(rawKey, 1);
                        return chain.filter(exchange);
                    } else {
                        exchange.getResponse().setStatusCode(HttpStatus.TOO_MANY_REQUESTS);
                        return exchange.getResponse().setComplete();
                    }
                }
            }
        });
    }

    @Override
    public int getOrder() {
        return -1;
    }
}

在上面的例子中，我们定义了一个名为 RateLimiterFilter 的限流器，用于限制每秒钟最多只能请求 10 次。在实现中，我们使用 Redis 计数器来记录请求次数，并通过 Redis 的过期时间来控制计数器的清零。可以看到，通过限流器，我们可以有效地保护我们的微服务，避免被过度请求而导致崩溃。

重试

重试是一个常见的功能，它可以在微服务不可用或出现异常时进行重试。Spring Cloud Gateway 提供了基于 Retry 和基于 Circuit Breaker 的重试功能。

基于 Retry 的重试功能可以在微服务出现异常时自动进行重试。下面是一个使用 Retry 实现的重试器：

@Component
public class RetryFilter implements GatewayFilter, Ordered {
    private final RetryGatewayFilterFactory retryGatewayFilterFactory;

    public RetryFilter(RetryGatewayFilterFactory retryGatewayFilterFactory) {
        this.retryGatewayFilterFactory = retryGatewayFilterFactory;
    }

    @Override
    public Mono<Void> filter(ServerWebExchange exchange, GatewayFilterChain chain) {
        GatewayFilter retryFilter = retryGatewayFilterFactory.apply(new RetryConfig(3, Duration.ofSeconds(2)));
        return retryFilter.filter(exchange, chain);
    }

    @Override
    public int getOrder() {
        return 0;
    }
}