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隨著這些年微服務(wù)的流行，API網(wǎng)關(guān)已經(jīng)成為微服務(wù)架構(gòu)中不可或缺的一環(huán)。一方面它承擔(dān)著服務(wù)對(duì)外的唯一門戶，一方面它提取了許多應(yīng)用的共性功能。

- 整體架構(gòu) -

我們的Api網(wǎng)關(guān)目前的架構(gòu)如上所示，可以看到Api網(wǎng)關(guān)處于一個(gè)什么位置，往上承接所有的南北流量，往下會(huì)分發(fā)流量到微服務(wù)應(yīng)用或者BFF聚合應(yīng)用，在BFF規(guī)范化之前我們?nèi)匀粚⑵湟暈橐粋€(gè)普通微服務(wù)應(yīng)用。

目前Api網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)的功能包括請(qǐng)求分發(fā)、條件路由、Api管理、限流隔離、熔斷降級(jí)、安全策略、監(jiān)控報(bào)警以及調(diào)用鏈追蹤等。

我們的Api網(wǎng)關(guān)基于RxNetty開發(fā)，整個(gè)流程是異步響應(yīng)式的，可以達(dá)到較高的單機(jī)并發(fā)。基于少造輪子的理念，Api網(wǎng)關(guān)的大部分功能都是結(jié)合現(xiàn)有平臺(tái)實(shí)現(xiàn)。包括請(qǐng)求分發(fā)、條件路由基于微服務(wù)框架，限流隔離、熔斷降級(jí)基于穩(wěn)定性平臺(tái)，監(jiān)控報(bào)警基于監(jiān)控平臺(tái)等，安全策略基于大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)等。注冊(cè)中心與配置中心則分別負(fù)責(zé)服務(wù)注冊(cè)核心信息與第三方配置信息的下發(fā)。

- 請(qǐng)求分發(fā) -

請(qǐng)求的分發(fā)路由應(yīng)該是一個(gè)網(wǎng)關(guān)最基本的功能，在絕大多數(shù)基于nginx開發(fā)的網(wǎng)關(guān)上，這部分功能通常基于動(dòng)態(tài)更新代理的upstream。而在我們的實(shí)現(xiàn)中，認(rèn)為網(wǎng)關(guān)是一個(gè)只訂閱不注冊(cè)的微服務(wù)而已，區(qū)別是微服務(wù)應(yīng)用發(fā)起rpc調(diào)用指定了調(diào)用服務(wù)，而網(wǎng)關(guān)接收請(qǐng)求分發(fā)只有url信息。

這可以通過(guò)簡(jiǎn)單的改造來(lái)復(fù)用已有微服務(wù)框架的服務(wù)發(fā)現(xiàn)功能。

經(jīng)過(guò)一系列url規(guī)范化行動(dòng)后，我們的url目前不同的應(yīng)用都會(huì)采取不同的前綴，同時(shí)這個(gè)前綴信息會(huì)隨著應(yīng)用注冊(cè)到注冊(cè)中心。

這樣網(wǎng)關(guān)進(jìn)行服務(wù)發(fā)現(xiàn)時(shí)會(huì)給不同的url前綴以及微服務(wù)應(yīng)用構(gòu)建不同的namespace對(duì)象，在進(jìn)行請(qǐng)求匹配時(shí)候只需根據(jù)url前綴選取到對(duì)應(yīng)的namespace即可匹配到對(duì)應(yīng)微服務(wù)應(yīng)用，后續(xù)就是現(xiàn)有微服務(wù)框架sdk的功能：路由、負(fù)載均衡直至完成整個(gè)調(diào)用。

這里還涉及到另一個(gè)問(wèn)題，網(wǎng)關(guān)選擇服務(wù)發(fā)現(xiàn)的應(yīng)用是哪些？即我需要拉取哪些應(yīng)用信息以構(gòu)建namespace？

我們這里對(duì)服務(wù)發(fā)現(xiàn)對(duì)象進(jìn)行了管理，用戶可在管控平臺(tái)上控制微服務(wù)應(yīng)用在網(wǎng)關(guān)層的上下線，這會(huì)通過(guò)我們的配置中心推送到網(wǎng)關(guān)并進(jìn)行一次熱更新，刷新內(nèi)存緩存，這樣就做到了請(qǐng)求分發(fā)服務(wù)的動(dòng)態(tài)增減。

- 條件路由&灰度發(fā)布 -

條件路由意味著可以對(duì)具有特定內(nèi)容(或者一定流量比例)的請(qǐng)求進(jìn)行篩選并分發(fā)到特定實(shí)例組上，是實(shí)現(xiàn)灰度發(fā)布、藍(lán)綠發(fā)布、ABTest等功能的基礎(chǔ)。

同樣的，在基于nginx開發(fā)的網(wǎng)關(guān)中，一般是維護(hù)多套u(yù)pstream列表，然后通過(guò)某種策略將不同請(qǐng)求代理到不同upstream。

在我們的實(shí)現(xiàn)中，條件路由依然是復(fù)用現(xiàn)有的微服務(wù)框架，避免重復(fù)造輪子。每個(gè)應(yīng)用都可以根據(jù)一些規(guī)則創(chuàng)建一些分組，分組中有若干實(shí)例。在網(wǎng)關(guān)進(jìn)行服務(wù)發(fā)現(xiàn)初始化時(shí)會(huì)給每個(gè)應(yīng)用創(chuàng)建Invoker代理對(duì)象，Invoker內(nèi)會(huì)根據(jù)不同的分組創(chuàng)建不同的Space空間，請(qǐng)求調(diào)用時(shí)會(huì)對(duì)這些Space空間進(jìn)行規(guī)則匹配，從而決定是否路由到特定分組上。整個(gè)過(guò)程都是微服務(wù)框架完成的，沒(méi)有額外的開發(fā)工作。

目前我們支持按照特定內(nèi)容或者流量比例兩種方式進(jìn)行請(qǐng)求來(lái)源規(guī)則的匹配，特定內(nèi)容包括http請(qǐng)求的header、attribute等等。我們目前的實(shí)例分組主要是根據(jù)"版本"這個(gè)標(biāo)來(lái)區(qū)分的，所以分配規(guī)則主要是支持"版本"維度，未來(lái)考慮支持到k8s的pod label。

條件路由的功能結(jié)合devops平臺(tái)發(fā)布管理可以很容易實(shí)現(xiàn)灰度發(fā)布。如下圖所示我們將用戶id是100的請(qǐng)求分發(fā)到灰度版本上進(jìn)行內(nèi)部測(cè)試。

- Api 管理 -

Api網(wǎng)關(guān)為什么前面要有Api幾個(gè)字，我覺(jué)得其中一個(gè)很重要的原因就是具有Api管理功能。當(dāng)我們的大部分應(yīng)用還是裸連網(wǎng)關(guān)，而不是經(jīng)過(guò)BFF聚合時(shí)，我們有必要對(duì)每個(gè)api接口都進(jìn)行管理，以區(qū)分哪些是微服務(wù)間內(nèi)部調(diào)用，哪些是暴露給前端/客戶端調(diào)用。

實(shí)現(xiàn)上和之前的應(yīng)用上下線類似，額外依賴了DB存儲(chǔ)，用戶在管控平臺(tái)進(jìn)行api發(fā)布等操作會(huì)先存儲(chǔ)在DB中，隨后通過(guò)配置中心pub/sub通知到網(wǎng)關(guān)。我們?cè)趎amespace匹配前加入了一層filter以過(guò)濾刪除/未上線的api，所以熱更新該filter對(duì)象即可。

用戶體驗(yàn)方面我們也做了一些工作，包括：

從微服務(wù)管控平臺(tái)直接同步新增的api接口到網(wǎng)關(guān)管控平臺(tái)，而無(wú)需手動(dòng)添加。此外也支持多種格式的文件導(dǎo)入。(我們的微服務(wù)注冊(cè)模型會(huì)包括api信息等元數(shù)據(jù))
各個(gè)環(huán)境之間通過(guò)流轉(zhuǎn)功能發(fā)布api，而無(wú)需重復(fù)添加
對(duì)各個(gè)狀態(tài)的篩選展示
與devops平臺(tái)配合，在應(yīng)用發(fā)布流轉(zhuǎn)時(shí)同步提醒進(jìn)行api管理的發(fā)布流轉(zhuǎn)。

- 限流隔離/熔斷降級(jí) -

Api網(wǎng)關(guān)作為南北流量的唯一入口，一般具有較高并發(fā)度，以及流量復(fù)雜性。所以對(duì)入口流量進(jìn)行整治管理是很有必要的。

我們的限流隔離/熔斷降級(jí)均基于穩(wěn)定性平臺(tái)與配置中心實(shí)現(xiàn)，穩(wěn)定性平臺(tái)是我們基于Sentinel二次開發(fā)的。整個(gè)結(jié)構(gòu)如下圖所示：

穩(wěn)定性相關(guān)的功能主要包括限流隔離以及熔斷降級(jí)。限流隔離主要是作用在流入方向服務(wù)端測(cè)的流量控制，其中限流主要是控制qps，隔離主要是控制并發(fā)數(shù)。熔斷降級(jí)則是作用在流出方向客戶端測(cè)的流量控制，可以配置在一定錯(cuò)誤率情況下進(jìn)行熔斷，并配合降級(jí)數(shù)據(jù)快速返回。

以上規(guī)則均可以通過(guò)穩(wěn)定性平臺(tái)配置，然后由配置中心分發(fā)到api網(wǎng)關(guān)，再進(jìn)行熱更新刷新內(nèi)存緩存。每次請(qǐng)求時(shí)sentinel sdk都會(huì)幫我們做好數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)并判斷是否符合規(guī)則，同時(shí)被限流隔離、熔斷降級(jí)的流量都會(huì)通過(guò)相關(guān)sdk(基于prometheus)暴露metrics數(shù)據(jù)給監(jiān)控平臺(tái)，以便我們隨時(shí)觀察到流量控制水平。

- 安全策略 -

時(shí)常我們會(huì)遇見一些異常流量，典型的就是惡意爬蟲，所以完善一些基礎(chǔ)的安全策略是必要的。

整個(gè)安全策略的結(jié)構(gòu)如上所示。用戶可以在網(wǎng)關(guān)管控平臺(tái)手動(dòng)進(jìn)行規(guī)則配置，經(jīng)由配置中心下發(fā)到api網(wǎng)關(guān)的securityControl進(jìn)行熱更新。在請(qǐng)求來(lái)臨時(shí)由securityControl判斷是否符合規(guī)則，被封禁的流量同樣暴露metrics數(shù)據(jù)給監(jiān)控平臺(tái)供我們隨時(shí)查看。

此外，手動(dòng)配置封禁規(guī)則在某些場(chǎng)景可能比較低效。我們同時(shí)還會(huì)將網(wǎng)關(guān)日志實(shí)時(shí)采集至大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，經(jīng)分析后如果判斷某個(gè)ip或者用戶存在異常情況，會(huì)自動(dòng)配置安全策略規(guī)則至網(wǎng)關(guān)管控平臺(tái)，同時(shí)觸發(fā)一個(gè)報(bào)警提醒業(yè)務(wù)owner。

在安全策略目標(biāo)方面，我們目前支持包括根據(jù)客戶端IP、用戶ID、其余http header/attribute等。策略行為方面目前支持快速失敗以及驗(yàn)證碼，后者用戶會(huì)在前端被跳轉(zhuǎn)到一個(gè)人機(jī)驗(yàn)證碼的頁(yè)面。

- 監(jiān)控報(bào)警 -

與其他微服務(wù)應(yīng)用一樣，我們的api網(wǎng)關(guān)也有完善的監(jiān)控報(bào)警、調(diào)用鏈追蹤、日志查詢等功能。這里監(jiān)控主要指的是查詢metrics信息，調(diào)用鏈主要指查詢tracing信息，日志顧名思義就是logging，三者是監(jiān)控領(lǐng)域很典型的信息了：

報(bào)警這塊除了針對(duì)metrics信息/錯(cuò)誤日志的報(bào)警，還可以支持主機(jī)層面的報(bào)警。

得意于監(jiān)控平臺(tái)以及調(diào)用鏈埋點(diǎn)sdk，api網(wǎng)關(guān)幾乎不需要改造成本即可接入。整體結(jié)構(gòu)如下所示，api網(wǎng)關(guān)內(nèi)嵌了metrics sdk暴露metrics信息到endpoint供監(jiān)控中心拉取，tracing sdk負(fù)責(zé)埋點(diǎn)打印tracing日志，tracing日志和業(yè)務(wù)日志均會(huì)通過(guò)日志采集器輸入監(jiān)控中心處理。在監(jiān)控平臺(tái)上，用戶可以查詢調(diào)用鏈、監(jiān)控、日志信息，api網(wǎng)關(guān)發(fā)生的主機(jī)異常或者業(yè)務(wù)異常也會(huì)報(bào)警給owner。

這里值得一提的是，當(dāng)網(wǎng)關(guān)調(diào)用后端微服務(wù)應(yīng)用發(fā)生異常時(shí)，例如超時(shí)、連接池耗盡等，這些錯(cuò)誤發(fā)生在客戶端即api網(wǎng)關(guān)，所以觸發(fā)的報(bào)警也會(huì)報(bào)給api網(wǎng)關(guān)的owner。但是api網(wǎng)關(guān)僅僅作為一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)，其超時(shí)很大程度是因?yàn)楹蠖宋⒎?wù)rt過(guò)高，所以報(bào)警應(yīng)該同時(shí)報(bào)給后端微服務(wù)owner，為此我們開發(fā)了雙端告警，一份告警會(huì)同時(shí)發(fā)送給客戶端和服務(wù)端雙方。

- 總結(jié) -

當(dāng)然api網(wǎng)關(guān)還有許多沒(méi)有展開說(shuō)的：

我們還支持websocket協(xié)議，本次沒(méi)有詳細(xì)說(shuō)
在多云部署環(huán)境下，網(wǎng)關(guān)承載了一個(gè)多云流量調(diào)度服務(wù)的角色。

未來(lái)可以優(yōu)化的地方：

首先是我們的高并發(fā)能力并未怎么經(jīng)過(guò)實(shí)際驗(yàn)證，由于tob商業(yè)模式公司沒(méi)有太多高并發(fā)的場(chǎng)景。
考慮引入規(guī)則引擎來(lái)應(yīng)付各種下發(fā)的規(guī)則，包括安全策略、穩(wěn)定性、路由規(guī)則等。
安全策略考慮會(huì)支持更多一些，例如IP網(wǎng)段，及支持各種邏輯與或非

作者：fredalxin
來(lái)源：https://fredal.xin/build-api-gateway

深入微服務(wù) API 網(wǎng)關(guān)之架構(gòu)實(shí)踐篇