一文读懂Spring Cloud Zuul与Gateway

功能介绍

1. 路由（Routing）

- Zuul可以根据预定义的路由规则，将接收到的HTTP请求转发到相应的微服务实例。例如，它可以将 `/api/users` 请求路由到名为 `users-service` 的微服务。

2. 过滤器（Filters）

- Zuul具有强大的过滤器链机制，可以在请求到达服务之前或之后执行一些预处理或后处理逻辑，如身份认证、安全检查、日志记录、限流、熔断、添加或修改请求头、压缩响应数据等。

3. 负载均衡

- 结合Eureka或Consul等服务发现组件，Zuul可以透明地将请求分发到后端服务集群中的某个健康的服务实例，实现负载均衡。

4. 边缘服务

- 在云端部署环境中，Zuul可以作为系统的边缘服务，提供诸如请求跟踪、异常处理、API速率限制和缓存等功能，确保系统的健壮性和安全性。

工作原理

- 当客户端发起请求至Zuul时，请求首先被`ZuulServlet`捕获。

- `ZuulServlet`会创建一个`ZuulRunner`，在这个过程中初始化`RequestContext`，这是一个全局请求范围的数据容器，用于在请求生命周期内传递上下文信息。

- 请求进入过滤器链，按照配置的顺序执行一系列前置过滤器、路由过滤器和后置过滤器。

- 路由过滤器负责找到目标微服务，并将请求转发给相应的目标服务。

- 后续的过滤器可以继续对请求或响应进行处理，如进行鉴权、统计、日志记录等操作。

- 最终，响应通过过滤器链返回给客户端。

架构设计

- Zuul本身是一个Web Servlet应用，可以部署在任何兼容Servlet容器中。

- 它利用了Spring Boot和Spring Cloud的便利性，使其易于集成到Spring Cloud的整体架构中，并与其它组件如Eureka、Ribbon、Hystrix等无缝协作。

示例场景

- 使用Zuul可以隐藏内部微服务的具体网络细节，外部客户端只需要与Zuul网关通信，简化了客户端与服务端之间的交互。

- 安全过滤器可以统一处理所有服务的安全验证，避免在每个微服务中重复实现相同的验证逻辑。

- Zuul可以聚合多个服务的响应，从而减少客户端到各个服务间的网络往返次数，提升用户体验。

Spring Cloud Zuul示例代码

以下是一个简单的Spring Cloud Zuul的基本配置和过滤器示例代码片段，用于展示如何设置路由和实现一个简单的过滤器：

1. 添加依赖

在Maven项目的`pom.xml`中添加Spring Cloud Zuul的依赖：

<dependency> <groupId>org.springframework.cloud</groupId>

<artifactId>spring-cloud-starter-netflix-zuul</artifactId>

<version>版本号</version> <!-- 根据Spring Cloud版本更新 -->

</dependency>

2. 配置Zuul代理

在`application.yml`或`application.properties`中配置Zuul的路由规则：

zuul:

routes:

userservice:

path: /api/users/**

url: http://localhost:8081 # 假设这是userservice的真实地址

3. 创建Zuul配置类

import org.springframework.boot.SpringApplication;

import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;

import org.springframework.cloud.netflix.zuul.EnableZuulProxy;

@SpringBootApplication

@EnableZuulProxy // 开启Zuul代理功能

public class ZuulGatewayApplication {

public static void main(String[] args) {

SpringApplication.run(ZuulGatewayApplication.class, args);

}

}

4. 实现一个简单的过滤器

创建一个自定义过滤器类，继承自`ZuulFilter`：

import com.netflix.zuul.ZuulFilter;

import com.netflix.zuul.context.RequestContext;

import org.slf4j.Logger;

import org.slf4j.LoggerFactory;

public class MyPreFilter extends ZuulFilter {

private static final Logger log = LoggerFactory.getLogger(MyPreFilter.class);

@Override

public String filterType() {

return "pre"; // 返回过滤器类型，这里为前置过滤器

}

@Override

public int filterOrder() {

return 1; // 设置过滤器执行顺序，数值越小优先级越高

}

@Override

public boolean shouldFilter() {

return true; // 是否执行该过滤器

}

@Override

public Object run() {

RequestContext ctx = RequestContext.getCurrentContext();

HttpServletRequest request = ctx.getRequest();

log.info("MyPreFilter is running, URI: {}", request.getRequestURI());

// 在这里可以添加你的前置处理逻辑，比如日志记录、验证请求等

return null;

}

}

5. 注册过滤器

为了让Zuul识别并使用自定义过滤器，需要将其加入到Spring容器中：

import org.springframework.context.annotation.Bean;

import org.springframework.context.annotation.Configuration;

@Configuration

public class FilterConfig {

@Bean

public MyPreFilter myPreFilter() {

return new MyPreFilter();

}

}

现在当你启动Zuul Gateway应用后，所有的`/api/users/**`路径的请求都会被路由到指定的服务实例，且在请求到达目标服务前，`MyPreFilter`过滤器会先执行其`run()`方法中的逻辑。

Spring Cloud Zuul通过扮演API网关的角色，增强了微服务架构的灵活性、安全性及整体可控性。

Spring Cloud Gateway

Spring Cloud Gateway 是Spring Cloud生态体系中的一个高性能API网关服务，它是Spring Cloud团队基于Spring 5.0、Project Reactor和Spring Boot 2.0开发的新一代微服务网关解决方案。相比于之前的Spring Cloud Zuul，Spring Cloud Gateway提供了更强大和灵活的路由和过滤器功能，并且充分利用了Reactor Netty的高性能、非阻塞I/O模型，提高了系统的并发处理能力和响应速度。

功能介绍

1. 路由：

Spring Cloud Gateway支持丰富的路由匹配规则，可以根据HTTP请求的路径、方法、主机名、头部、查询参数等属性进行路由判断，将请求转发到相应的微服务。

2. 过滤器：

提供了GatewayFilter工厂，可以方便地实现请求和响应的预处理和后处理。过滤器分为两种类型：全局过滤器和路由级别过滤器，可以用来实现鉴权、限流、熔断、日志记录、请求转换等功能。

3. 插件化设计：

允许用户自定义过滤器工厂，轻松扩展网关功能，实现定制化的处理逻辑。

4. 服务发现与负载均衡：

可以与Eureka、Consul等服务发现组件无缝集成，自动发现后端服务，并进行负载均衡。

5. 断路器与容错处理：

通过与Spring Cloud Hystrix或Spring Cloud LoadBalancer等组件配合，可以实现服务降级、熔断等容错处理。

原理解析

Spring Cloud Gateway的核心工作流程主要包括以下几个环节：

1. 接收请求：

客户端发起HTTP请求到达Spring Cloud Gateway网关。

2. 路由匹配：

Gateway根据预先定义的路由规则，对请求进行匹配。路由规则是由RouteDefinition描述的，包括唯一ID、目标URI、一系列断言Predicate和过滤器集合。

3. 过滤器链构建与执行：

如果请求与某条路由规则匹配，Gateway就会为该请求创建一个过滤器链，链中的过滤器按照定义的顺序执行。过滤器可以修改请求、响应或其他上下文信息，如进行身份验证、添加或删除请求头、修改请求路径等。

4. 转发请求：

经过过滤器链处理后的请求，根据路由定义的目标URI，通过内置的服务发现机制，将请求转发到具体的后端微服务。

5. 响应处理与返回：

微服务处理请求并生成响应后，响应会沿过滤器链逆序执行后处理逻辑，最终返回给客户端。

技术实现

Spring Cloud Gateway基于Spring WebFlux框架，使用非阻塞IO，允许在同一个线程中处理多个请求，提高了系统吞吐量和响应速度。同时，它的高性能得益于Reactor Netty的事件驱动特性，能够更好地应对高并发场景。

Spring Cloud Gateway在微服务架构中担当起至关重要的角色，不仅作为流量入口，还承担着安全防护、流量控制、API编排、服务聚合等一系列重要职责，极大地简化了微服务间的交互复杂度和提高了整体架构的稳定性和可扩展性。

Spring Cloud Gateway使用

Spring Cloud Gateway的配置和使用通常涉及两个主要部分：路由配置（Routes）和过滤器配置（Filters）。下面是一些基础的代码示例来说明如何配置和使用Spring Cloud Gateway。

路由配置示例

在Spring Boot的应用中，可以通过`application.yml`或`application.properties`文件配置路由规则，例如：

yaml

spring:

cloud:

gateway:

routes:

- id: user-service-route # 路由ID，用于标识

uri: lb://user-service # 目标服务的LB（服务发现）地址

predicates: # 断言，用于决定哪些请求会被路由到这个目标

- Path=/users/**

filters: # 过滤器列表，应用于请求或响应

- StripPrefix=1 # 移除前缀"/users"，使得请求路径正确映射到后端服务

过滤器配置示例

在Java配置类中定义自定义过滤器，例如一个简单的日志过滤器：

import org.springframework.cloud.gateway.filter.GatewayFilter;

import org.springframework.cloud.gateway.filter.factory.rewrite.AbstractRewriteResponseHeaderGatewayFilterFactory;

import org.springframework.http.HttpHeaders;

import org.springframework.stereotype.Component;

@Component

public class LoggingFilter implements GatewayFilter {

@Override

public Mono<Void> filter(ServerWebExchange exchange, GatewayFilterChain chain) {

log.info("Request incoming: {}", exchange.getRequest().getPath());

return chain.filter(exchange).then(Mono.fromRunnable(() -> {

log.info("Request completed: {}", exchange.getRequest().getPath());

}));

}

}

// 将自定义过滤器应用到路由

@Configuration

public class GatewayConfig {

@Bean

public RouteLocator customRouteLocator(RouteLocatorBuilder builder) {

return builder.routes()

.route("logging_route", r -> r.path("/api/**")

.filters(f -> f.filter(new LoggingFilter()))

.uri("lb://backend-service"))

.build();

}

}

在这个例子中，我们创建了一个名为`LoggingFilter`的自定义过滤器，它会在请求进入和完成时记录日志。然后在`GatewayConfig`配置类中，我们将此过滤器应用到所有以`/api/**`开头的路由上，并将请求转发到名为`backend-service`的服务。

注意，实际应用中可能还需要进一步配置服务发现组件、全局过滤器等更多功能。这些示例展示了Spring Cloud Gateway的基本配置方式，实际使用时可以根据需求扩展和调整。

两者比较

选择Spring Cloud Gateway还是Zuul作为微服务架构中的API网关，主要取决于以下几个因素： 性能与技术栈

- Spring Cloud Gateway 基于Spring 5的Reactor和WebFlux框架，利用Netty实现异步非阻塞I/O，具有更好的性能和更低的延迟。对于高并发场景和实时性要求较高的应用而言，Gateway是一个更好的选择。 - Zuul 1.x 基于传统的Servlet API，同步阻塞模式，性能相比Gateway稍逊一筹。 - Zuul 2.x 采用了异步非阻塞模型，性能有所提升，但由于Spring Cloud并未集成Zuul 2.x，因此社区支持和稳定性不如Spring Cloud Gateway。 功能特性

- Spring Cloud Gateway 提供了更为丰富和灵活的路由匹配规则，以及强大的过滤器机制，对请求和响应的处理能力更强。 - Zuul 提供了基础的路由、过滤器功能，但相比之下Gateway在功能上做了更多的扩展和优化。

社区支持与未来发展

- Spring Cloud Gateway 是Spring Cloud官方主推的API网关解决方案，得到积极的维护和支持，拥有活跃的社区，未来发展方向明确。 - Zuul 1.x 虽然曾经是Spring Cloud全家桶的一部分，但随着Gateway的推出，Zuul 1.x已经不是官方推荐的选择。 - Zuul 2.x 的发展并不完全融入Spring Cloud生态，意味着如果你选择Zuul 2.x，可能需要自行解决与Spring Cloud其他组件的集成问题。

兼容性和迁移成本

- 如果你的项目已经使用Spring Cloud并且希望平滑升级，Spring Cloud Gateway将是自然的过渡选择。 - 若你正在寻找新的API网关解决方案，且项目不需要严格依赖Spring Cloud生态，可以考察Zuul 2.x是否能满足需求，同时要考虑长期维护和技术支持的风险。 结论 综合来看，对于大多数新的Spring Cloud微服务项目或现有项目升级，Spring Cloud Gateway通常是更优的选择，因为它有更好的性能、更丰富的功能、以及更稳定的社区支持。除非有特别的需求指向Zuul 2.x，否则建议优先考虑使用Spring Cloud Gateway。