Spring Cloud Gateway：打造可扩展的微服务网关

在当今的微服务架构中，一个高性能、可扩展的网关是至关重要的。而Spring Cloud Gateway作为Spring Cloud生态系统的一部分，成为许多开发者选择的首选网关解决方案。本文将为您提供一个简单易懂的Spring Cloud Gateway入门指南，帮助您快速上手并开始构建强大的微服务网关。

1.Gateway服务网关介绍

Spring Cloud Gateway,它是一个基于Spring Framework 5、Project Reactor和Spring Boot 2的非阻塞(响应式编程和事件技术流)API网关，它旨在为微服务架构提供一种简单有效的统一的 API 路由管理方式。相比传统的Zuul网关，Spring Cloud Gateway具有更高的性能和更灵活的配置选项。

为什么需要网关

在微服务架构中，系统可能由多个服务组成。网关可以作为请求的入口，根据事先配置的路由规则将请求转发到相应的服务实例。

网关的核心功能特性：

• 请求路由
• 权限控制
• 限流

简单架构图：

核心功能作用:权限控制：网关作为微服务入口，需要校验用户是是否有请求资格，如果没有则进行拦截。

路由和负载均衡：一切请求都必须先经过gateway，但网关不处理业务，而是根据某种规则，把请求转发到某个微服务，这个过程叫做路由。当然路由的目标服务有多个时，还需要做负载均衡。

限流：当请求流量过高时，在网关中按照下流的微服务能够接受的速度来放行请求，避免服务压力过大。

2.Gateway快速入门

接下来我们演示Gateway网关基本路由功能，步骤如下：

• 1.创建微服务gateway-cloud-server,引入网关依赖
• 2.编写网关启动类
• 3.编写基础配置和路由
• 4.启动Gateway网关进行测试

【步骤一】：创建gateway-cloud-server服务，并引入依赖

在这里需要创建一个项目进行演示，和之前的项目区别不大，可是为了区分，我还是重新创建了新的项目day32-cloud-gateway,不具体演示如何创建项目，大家可以去github地址查看

在pom.xml中引入Gateway依赖

<dependencies>
  <!--nacos服务发现依赖-->
  <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>
  </dependency>
  <dependency>
      <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
      <artifactId>spring-cloud-starter-loadbalancer</artifactId>
  </dependency>
</dependencies>

【步骤二】：编写Gateway网关启动类

package com.zbbmeta.gateway;

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

/**
 * @author maguobin
 * @description: TODO
 */
@SpringBootApplication
public class GatewayApplication {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(GatewayApplication.class,args);
    }
}

【步骤三】:编写基础配置和路由

在resuorces目录下创建application.yml文件，内容如下:

server:
  port: 9999 # 网关端口
spring:
  application:
    name: gateway-service # 服务名称
  cloud:
    nacos:
      server-addr: localhost:8848 # nacos地址
    # 开启nacos负载均衡策略
    loadbalancer:
      nacos:
        enabled: true
    gateway:
      routes: # 网关路由配置
        - id: user-service # 路由id，自定义，只要唯一即可
          #uri: http://127.0.0.1:8088 # 路由的目标地址 http就是固定地址
          uri: lb://user-service # 路由的目标地址 lb就是负载均衡，后面跟服务名称
          predicates: # 路由断言，也就是判断请求是否符合路由规则的条件
            - Path=/user/** # 这个是按照路径匹配，只要以/user/开头就符合要求

我们将符合Path 规则的一切请求，都代理到 uri参数指定的地址。

本案例中，我们将 /user/**开头的请求，代理到lb://user-service，lb是负载均衡，根据服务名拉取服务列表，实现负载均衡。

【步骤四】:启动Gateway网关进行测试

重启网关，访问http://localhost:9999/user/1时，符合/user/**规则，请求转发到uri：http://user-service/user/1，得到了结果：

Gateway网关路由配置图

请求访问流程如下:

网关搭建步骤：

• 1.创建项目，引入nacos服务发现和gateway依赖
• 2.配置application.yml，包括服务基本信息、nacos地址、路由

路由配置：

• 1.路由id：路由的唯一标示
• 2.路由目标（uri）：路由的目标地址，http代表固定地址，lb代表根据服务名负载均衡
• 3.路由断言（predicates）：判断路由的规则，
• 4.路由过滤器（filters）：对请求或响应做处理

3.Gateway断言工厂(PredicateFactory)

配置文件中写的断言规则只是字符串，这些字符串会被Predicate Factory读取并处理，转变为路由判断的条件

例如Path=/user/**是按照路径匹配，这个规则是由

org.springframework.cloud.gateway.handler.predicate.PathRoutePredicateFactory类来

处理的，像这样的断言工厂在SpringCloudGateway还有十几个:只需要掌握Path这种路由工程就可以了

可以访问Gateway官网查看每一个的具体说明

标头路由谓词工厂实例:

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: header_route
        uri: https://example.org
        predicates:
        - Header=X-Request-Id, \d+

如果请求具有名为 X-Request-Id 其值与 \d+正则表达式匹配的标头（即，它的值为一个或多个数字），则此路由匹配。

4.过滤器工厂( GatewayFilter Factory)

Spring提供了31种不同的路由过滤器工厂,具体每一种过滤器的使用方式，你也可以去其官网查看，这边我们只介绍记住常用的过滤器

4.1. 请求头过滤器(AddRequestHeader)

下面我们以AddRequestHeader 为例来讲解。

需求：给所有进入user-service的请求添加一个请求头：Learn=跟着 maguobin一起学习开发!

【步骤一】:Gateway网关添加请求头配置

只需要修改gateway服务的application.yml文件，添加路由过滤即可：

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: user-service 
        uri: lb://userservice 
        predicates: 
        - Path=/user/** 
        filters: # 过滤器
        - AddRequestHeader=Learn, learn springboot! # 添加请求头

注意:AddRequestHeader=Learn, learn springboot：

• 请求头格式: key:value
• Learn:表示请求头的key
• learn springboot：表示value 当前过滤器写在user-service路由下，因此仅仅对访问user-service的请求有效。

【步骤二】：修改user-service控制器获取请求头

@GetMapping("/{id}")
public User test(@PathVariable("id") Long id, HttpServletRequest httpRequest){
    String learn = httpRequest.getHeader("Learn");

    System.out.println("Learn = " + learn);


    User user = userService.getById(id);

    return user;
}

【步骤三】：测试

使用浏览器访问http://localhost:9999/user/2,查看控制台

思考：刚才我们展示的是user-service单个微服务的过滤器，如何可以写一个过滤器对所有的路由都生效?

默认过滤器

spring:
    gateway:
      routes: # 网关路由配置
      - id: user-service # 路由id，自定义，只要唯一即可
        #uri: http://127.0.0.1:8088 # 路由的目标地址 http就是固定地址
        uri: lb://user-service # 路由的目标地址 lb就是负载均衡，后面跟服务名称
        predicates: # 路由断言，也就是判断请求是否符合路由规则的条件
          - Path=/user/** # 这个是按照路径匹配，只要以/user/开头就符合要求
      default-filters: # 默认过滤项
        - AddRequestHeader=Learn, learn springbot! # 添加请求头

总结

• 1.过滤器的作用是什么？

• 对路由的请求或响应做加工处理，比如添加请求头
• 配置在路由下的过滤器只对当前路由的请求生效

• 2.defaultFilters的作用是什么？

• 对所有路由都生效的过滤器

5.全局过滤器

学习的过滤器，网关提供了31种，但每一种过滤器的作用都是固定的。如果我们希望拦截请求，做自己的业务逻辑则没办法实现。那就需要全局过滤器。

5.1. 全局过滤器作用

全局过滤器的作用也是处理一切进入网关的请求和微服务响应，与GatewayFilter的作用一样。区别在于GatewayFilter通过配置定义，处理逻辑是固定的；而GlobalFilter的逻辑需要自己写代码实现。

5.2.实现方式

定义方式是实现GlobalFilter接口。

public interface GlobalFilter {
    /**
     *  处理当前请求，有必要的话通过{@link GatewayFilterChain}将请求交给下一个过滤器处理
     *
     * @param exchange 请求上下文，里面可以获取Request、Response等信息
     * @param chain 用来把请求委托给下一个过滤器 
     * @return {@code Mono<Void>} 返回标示当前过滤器业务结束
     */
    Mono<Void> filter(ServerWebExchange exchange, GatewayFilterChain chain);
}

在filter中编写自定义逻辑，可以实现下列功能：

• 登录状态判断
• 权限校验
• 请求限流等

5.3 自定义全局过滤器

需求：定义全局过滤器，拦截请求，判断请求头中是否有满足下面条件：

• 请求头key是否有authorization，
• authorization参数值是否为admin

如果同时满足则放行，否则拦截

实现：

package com.zbbmeta.gateway.filters;

import org.springframework.cloud.gateway.filter.GatewayFilterChain;
import org.springframework.cloud.gateway.filter.GlobalFilter;
import org.springframework.http.HttpHeaders;
import org.springframework.http.HttpStatus;
import org.springframework.http.server.reactive.ServerHttpRequest;
import org.springframework.stereotype.Component;
import org.springframework.util.MultiValueMap;
import org.springframework.web.server.ServerWebExchange;
import reactor.core.publisher.Mono;
import reactor.netty.http.server.HttpServerRequest;

import java.util.List;

/**
 * @author maguobin
 * @description: TODO
 */
@Component
public class AuthorizeFilter implements GlobalFilter {
    @Override
    public Mono<Void> filter(ServerWebExchange exchange, GatewayFilterChain chain) {
        // 1.获取请求头
        HttpHeaders headers = exchange.getRequest().getHeaders();
        // 2.获取请求头key是authorization
        List<String> auths = headers.get("authorization");
        // 3.校验
        if(auths.contains("admin")){
            // 放行
            return chain.filter(exchange);
        }
        // 4.拦截
        // 4.1.禁止访问，设置状态码
        exchange.getResponse().setStatusCode(HttpStatus.FORBIDDEN);
        // 4.2.结束处理
        return exchange.getResponse().setComplete();
    }
}

测试

使用postman访问http://localhost:9999/user/1，并在请求头添加authorizatinotallow=admin

错误展示请求头添加authorizatinotallow=admin1

5.4. 过滤器执行顺序

请求进入网关会碰到三类过滤器：

• 当前路由的过滤器
• DefaultFilter
• GlobalFilter

请求路由后，会将当前路由过滤器和DefaultFilter、GlobalFilter，合并到一个过滤器链（集合）中，排序后依次执行每个过滤器：

排序的规则是什么呢？

• 每一个过滤器都必须指定一个int类型的order值，order值越小，优先级越高，执行顺序越靠前。
• GlobalFilter通过实现Ordered接口，或者添加@Order注解来指定order值，由我们自己指定
• 路由过滤器和defaultFilter的order由Spring指定，默认是按照声明顺序从1递增。
• 当过滤器的order值一样时，会按照 defaultFilter > 路由过滤器 > GlobalFilter的顺序执行。

详细内容，可以查看源码：

org.springframework.cloud.gateway.route.RouteDefinitionRouteLocator#getFilters()方法是先加载defaultFilters，然后再加载某个route的filters，然后合并。

org.springframework.cloud.gateway.handler.FilteringWebHandler#handle()方法会加载全局过滤器，与前面的过滤器合并后根据order排序，组织过滤器链

总结

本文针对微服务中另一重要组件：网关 进行了实战性演练，网关作为分布式架构中的重要中间件，不仅承担着路由分发（重点关注Path规则配置），同时可根据自身负载均衡策略，对多个注册服务实例进行均衡调用。我们借助GateWay实现的网关只是技术实现的方案之一，后续大家可能会接触像：Zuul、Kong等，其实现细节或有差异，但整体目标是一致的。