API网关spring cloud gateway和负载均衡框架ribbon实战

Posted 2022-02-24 ye-feng-yu

    通常我们如果有一个服务，会部署到多台服务器上，这些微服务如果都暴露给客户，是非常难以管理的，我们系统需要有一个唯一的出口，API网关是一个服务，是系统的唯一出口。API网关封装了系统内部的微服务，为客户端提供一个定制的API。客户端只需要调用网关接口，就可以调用到实际的微服务，实际的服务对客户不可见，并且容易扩展服务。

    API网关可以结合ribbon完成负载均衡的功能，可以自动检查微服务的状况，及时剔除或者加入某个微服务到可用服务列表。此外网关可以完成权限检查、限流、统计等功能。下面我们将一一完成上面的功能。注意微服务只是提供rest的接口，不会有额外的组件依赖，不需要eureka等。只需要两个工程，一个是微服务，我们可以部署到多台服务器，那么只是访问的ip不同，在演示的时候，我们在本机演示，修改端口，达到启动多个微服务的目的，另一个就是网关，主要是spring cloud gateway 和 ribbon两大组件来实现网关和负载均衡等功能。

1、rest服务构建

---

1、创建一个父工程

删除src目录

pom文件增加如下内容：

<parent>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
    <version>2.1.3.RELEASE</version>
</parent>

2、新建一个module

3、修改pom.xml文件，增加如下内容：

<dependencies>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
    </dependency>
</dependencies>

4、在resources文件夹下面增加一个application.yml文件，内容为：

server:
  port: 1001

5、新增一个主入口类Provider1001Application，内容如下

package com.yefengyu.cloud;

import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;


@SpringBootApplication
public class Provider1001Application

    public static void main(String[] args)
    
        SpringApplication.run(Provider1001Application.class, args);
    

6、新增一个rest接口HelloWorldController，内容如下：

package com.yefengyu.cloud.controller;

import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.ResponseBody;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;


@RestController
public class HelloWorldController

    @GetMapping("/hello")
    @ResponseBody
    public String hello()
    
        return "hello spring cloud, 1001";
    

7、启动main方法，在浏览器输入http://localhost:1001/hello可以看到：

8、同理，我们再建立2个rest服务，步骤如下

（1）新增module，参考第二小节，主要把名称改为：

• provider1002
• provider1003

（2）pom.xml文件参考第三小节，加上即可。

（3）参考第四小节，新建application.yml文件，注意端口改为

• 1002
• 1003

（4）参考第五小节，新建一个主启动类，名称为如下，内容都一样。

• Provider1002Application
• Provider1003Application

（5）参考第六小节，新增一个HelloWorldController接口，其中只有下面这句中的 1001 改为 1002 或 1003，方便测试观察结果

return "hello spring cloud, 1001";

（6）参考第7小节测试成功新增的两个服务即可。

（7）现在的工程如下：

2、spring cloud gateway

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Spring Cloud Gateway是Spring官方基于Spring 5.0，Spring Boot 2.0和Project Reactor等技术开发的网关，Spring Cloud Gateway旨在为微服务架构提供一种简单而有效的统一的API路由管理方式。

• 路由：Gateway的基础构建模块。它包括一个ID，一个目标URL，一个断言集合和一个过滤器集合。如果断言判断为真，则路由匹配。
• 断言：这是Java8的新增功能，输入的类型为Spring框架的ServerWebExchange。它可以匹配HTTP请求中的任何东西，比如：请求头或者参数。
• 过滤器：是Spring框架的GatewayFilter，请求和响应都可以被Filter修改。

1、新建一个module，按照上面的方式，名称叫： gateway

2、添加依赖

<dependencies>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
        <artifactId>spring-cloud-starter-gateway</artifactId>
        <version>2.1.0.RELEASE</version>
    </dependency>
</dependencies>

3、新建一个主启动类 GatewayApplication

package com.yefengyu.gateway;

import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;


@SpringBootApplication
public class GatewayApplication

    public static void main(String[] args)
    
        SpringApplication.run(GatewayApplication.class, args);
    

4、新增一个application.yml文件，内容如下：

server:
  port: 8080
spring:
  application:
    name: gateway_server
  cloud:
    gateway:
      default-filters:
      routes:
        - id: my_route
          uri: http://localhost:1001/
          predicates:
            - Path=/gateway/**
          filters:
            - StripPrefix=1

5、测试

访问 http://localhost:8080/gateway/hello

上面只是简单的路由转发，可以先了解下工作原理：

url 中的 http://localhost:8080/ 会访问到gateway这个服务，spring cloud gateway会在配置的路由中做谓词匹配，也就是url中的gateway匹配到了id为my_route的路由，就会把http://localhost:8080/替换为http://localhost:1001/，并且filters中的规则(StripPrefix)会把http://localhost:8080/gateway/hello中的gateway去掉，那么http://localhost:8080/gateway/hello实际就会去访问http://localhost:1001/hello,也就是访问到了provider1001服务。

疑问？

上面的uri只配置了provider1001服务，如何使用geteway访问三个服务呢？需要使用负载均衡ribbon

3、ribbon负载均衡

---

下面的操作都是在gateway这个服务操作的：

1、添加依赖

<dependency>
    <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-netflix-ribbon</artifactId>
    <version>2.1.0.RELEASE</version>
</dependency>

2、修改配置文件，增加或者修改见红色部分

server:
  port: 8080
spring:
  application:
    name: gateway_server
  cloud:
    gateway:
      default-filters:
      routes:
        - id: my_route
          uri: lb://my-load-balanced-service
          predicates:
            - Path=/gateway/**
          filters:
            - StripPrefix=1
my-load-balanced-service:
  ribbon:
    listOfServers: localhost:1001, localhost:1002,localhost:1003
    NFLoadBalancerRuleClassName: com.netflix.loadbalancer.RoundRobinRule

3、重启gateway服务，不断访问 http://localhost:8080/gateway/hello，发现可以不断访问的时候在三个服务中来回切换，达到了负载均衡的目的。上面我们使用了轮询的负载均衡策略。

注意：

• listOfServers：配置的微服务的服务器ip端口
• NFLoadBalancerRuleClassName：使用的负载均衡策略，默认提供了几种，也可以自己实现（后续讲解），默认提供的如下：

疑问：

如果上面listOfServers中的任何一个服务关闭了，然后使用gateway访问，会出现什么情况？

事实是这样的：

比如provider1003服务宕机。那么使用轮询算法的时候，不断访问gateway，会出现：

provider1001 正常，provider1002 正常，provider1003 异常，provider1001 正常，provider1002 正常，provider1003 异常。。。

provider1003 已经宕机，但是请求还是不断转发到该服务上，导致服务访问的过程中，部分请求异常。

我们需要有这样的功能，如果某个服务宕机，那么请求就不会发送到该服务器上，如果宕机的服务器恢复了，那么请求又可以发送到该服务器上，要实现这个功能，需要ribbon对服务进行健康检查。

(1)首先微服务需要有个rest接口，就叫做heath接口吧，调用heath接口返回ok表明服务正常。

(2)gateway需要有调用heath接口的功能，并且配置到ribbon可以不断调用该接口，时刻检查服务的状态，如果有服务器挂掉，可以很快感知到，并把该服务剔除可用服务列表。

4、健康检查

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1、provider1001,provider1002,provider1003增加一个rest接口HealthController

package com.yefengyu.cloud.controller;

import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.ResponseBody;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;


@RestController
public class HealthController

    @GetMapping("/heath")
    @ResponseBody
    public String heath()
    
        return "ok";
    

2、在gateway工程里面做如下修改

（1）新建一个Config类

package com.yefengyu.gateway.config;

import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.web.client.RestTemplate;


@Configuration
public class MainConfig

    @Bean
    public RestTemplate restTemplate()
    
        return new RestTemplate();
    

（2）新建一个健康检查的类，主要是调用heath接口。

package com.yefengyu.gateway.loadbanlance;

import com.netflix.loadbalancer.IPing;
import com.netflix.loadbalancer.Server;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.http.HttpStatus;
import org.springframework.http.ResponseEntity;
import org.springframework.stereotype.Component;
import org.springframework.web.client.RestTemplate;


@Component
public class HealthExamination implements IPing

    @Autowired
    private RestTemplate restTemplate;

    @Override
    public boolean isAlive(Server server)
    
        String url = "http://" + server.getId() + "/heath";
        try
        
            ResponseEntity<String> heath = restTemplate.getForEntity(url, String.class);
            if (heath.getStatusCode() == HttpStatus.OK)
            
                System.out.println("ping " + url + " success and response is " + heath.getBody());
                return true;
            
            System.out.println("ping " + url + " error and response is " + heath.getBody());
            return false;
        
        catch (Exception e)
        
            System.out.println("ping " + url + " failed");
            return false;
        
    

上面代码继承IPing接口，判断服务是否可用。我们在微服务中增加heath接口，在gateway中调用该接口，如果返回正常则认为微服务可用。

（3）修改配置文件，注意最后一行，这是唯一增加的。

server:
  port: 8080
spring:
  application:
    name: gateway_server
  cloud:
    gateway:
      default-filters:
      routes:
        - id: my_route
          uri: lb://my-load-balanced-service
          predicates:
            - Path=/gateway/**
          filters:
            - StripPrefix=1
my-load-balanced-service:
  ribbon:
    listOfServers: localhost:1001,localhost:1002,localhost:1003
    NFLoadBalancerRuleClassName: com.netflix.loadbalancer.RoundRobinRule
    NFLoadBalancerPingClassName: com.yefengyu.gateway.loadbanlance.HealthExamination

3、重新启动微服务和gateway服务，然后通过网关访问，可以看到可以正常访问，如果此时把某一台微服务停掉，访问的时候开始可能会报错，但是随着健康检查的运行，检测到该服务不可用，则会把该服务剔除，以后只会访问正常运行的服务。当宕机的服务重启，健康检查还会把该服务加入到可用服务列表，下次请求就会再次发送到该服务上。

5、自定义负载均衡策略

---

上面演示了随机、轮询等负载均衡算法，我们可以自定义负载均衡算法。需求是：每个服务器访问三次再跳转到下一个服务器。

只需要在gateway项目中实现AbstractLoadBalancerRule抽象类，然后配置到下面即可

1、负载均衡算法（参考RandomRule）

package com.yefengyu.gateway.loadbanlance;

import com.netflix.client.config.IClientConfig;
import com.netflix.loadbalancer.AbstractLoadBalancerRule;
import com.netflix.loadbalancer.ILoadBalancer;
import com.netflix.loadbalancer.Server;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;


public class MyRule extends AbstractLoadBalancerRule

    private volatile int total;

    private volatile int index;

    List<Server> upList = new ArrayList<>();

    public MyRule()
    
    

    public Server choose(ILoadBalancer lb, Object key)
    
        if (lb == null)
        
            return null;
        
        else
        
            Server server = null;

            while (server == null)
            
                if (Thread.interrupted())
                
                    return null;
                

                List<Server> allList = lb.getAllServers();
                int serverCount = allList.size();
                if (serverCount == 0)
                
                    return null;
                

                if (total == 0)
                
                    upList = lb.getReachableServers();
                

                if (total < 3)
                
                    if (upList.size() != lb.getReachableServers().size())
                    
                        index = 0;
                    
                    server = lb.getReachableServers().get(index);
                    total++;
                
                else
                
                    total = 0;
                    index++;
                    if (index >= lb.getReachableServers().size())
                    
                        index = 0;
                    
                

                if (server == null)
                
                    Thread.yield();
                
                else
                
                    if (server.isAlive())
                    
                        return server;
                    

                    server = null;
                    Thread.yield();
                
            

            return server;
        
    

    public Server choose(Object key)
    
        return this.choose(this.getLoadBalancer(), key);
    

    public void initWithNiwsConfig(IClientConfig clientConfig)
    
    

2、修改配置

3、重启gateway，然后访问http://localhost:8080/gateway/hello不断点击，发现点击三次就会调整到下一个服务。