Ocelot API网关的实现剖析

在微软Tech Summit 2017 大会上和大家分享了一门课程《.NET Core 在腾讯财付通的企业级应用开发实践》,其中重点是基于ASP.NET Core打造可扩展的高性能企业级API网关,以开源的API网关Ocelot为基础结合自己的业务特性,当天课程只有40分钟,有很多内容都没有展开,接下来就用一篇小文章来聊下Ocelot 的实现原理,大家在使用的过程中也可以一起来贡献。 总体来说这是一个ASP.NET Core 高级编程的内容,之前在公众号里已经发过不少各位朋友写的文章,今天都会在这篇文章中引用,让你进一步深入学习。

我在github上的地址https://github.com/geffzhang 欢迎互粉,Ocelot在github的地址 https://github.com/TomPallister/Ocelot , 非常给力的是在课程当天完成了.NET Core 2.0的升级,升级过程请看https://github.com/TomPallister/Ocelot/issues/114 。昨天我花了半小时就把我的另外一个POC项目Nanofabric   https://github.com/geffzhang/NanoFabric 升级到了.NET Core 2.0, 这个POC项目也是我的分享的项目的原型,可以这么说.NET Core 2.0 8月份正式发布,经过3 个月时间的发展,社区生态已经都已经做好了准备,开发新项目可以采用.NET Core 2,Ocelot 是一个集成社区中众多优秀开源项目的代表。

业务的飞速发展,产生的非常多的对外的服务接口,分散在组织的各个地方需要进行统一的管理,而且我们的环境是linux和windows的混合环境,我们的目标是统一在公司的Linux环境,.NET Core对于.NET 技术团队来说是一个非常棒的技术,而且.NET Core本身的架构非常好,性能就更好了。

这里列出了Ocelot目前支持的特性:

  • Routing
    • 用户可以指定上游请求之间的映射,并将其转发到下游服务上的不同URL。
  • Service Discovery
    • Ocelot可以查看你的服务发现,并找到它应该转发下游请求的服务。它可以在这些服务之间进行负载平衡。.
  • Authentication using IdentityServer
    • 您可以将端点标记为已认证,并使用IdentityServer承载标记对您的用户进行身份验证.
  • Authorisation using Claims
    • 如果使用 bearer tokens, 可以使用 claims 标记特定 endpoints是授权的
  • Claims Transformation
    • Ocelot提供了一种语法来转换给下游请求,并将声明数据添加到标题,URL参数,其他声明等等
  • Quality of service
    • Retries, circuit breaker, timeouts etc.
  • Request / Correlation Ids
  • Caching
  • Logging
  • Custom Middleware

更详细的内容参看文档 https://github.com/TomPallister/Ocelot/wiki

上面介绍了Ocelot的功能特性,接下来我们进入介绍Ocelot 的实现原理剖析,核心是是ASP.NET Core Middleware 以及 ASP.NET Core DependencyInjection:

ASP.NET Core 传统的ASP.NET 在架构上有很大的改进,更加的模块化,下图形象的说明了他们之间区别,Application 和 Middleware 是平等的,比如ASP.NET Core MVC也是一个Middleware,通过Middleware这样的结构我们非常容易的扩展我们的应用程序。

Ocelot就是使用Middleware来完成网关的所有功能,每个小功能就是一个Middleware,具体可以看代码 https://github.com/TomPallister/Ocelot/blob/develop/src/Ocelot/Middleware/OcelotMiddlewareExtensions.cs ,Ocelot 是如何把各个Middleware串起来协同完成一个API网关的功能。 asp.net core 非常巧妙的设计,把Middleware抽象成了一个委托RequestDelegate, ASP.NET Core 的每个 Request 都会经过每个所注册的 Middleware,Response 也是逐一回传,以先进后出的方式处理每一个封包:

具体内容参考: ASP.NET Core HTTP 管道中的那些事儿如何一秒钟从头构建一个 ASP.NET Core 中间件, 我们在Middleware的编程过程中需要关注HttpContext 以及管道的注册者和构建者 ApplicationBuilder。

ASP.NET Core 使用了大量的 DI (Dependency Injection) 设计,同样我们在Ocelot的设计中也使用了大量的DI设计,具体参看源码https://github.com/TomPallister/Ocelot/blob/develop/src/Ocelot/DependencyInjection/ServiceCollectionExtensions.cs

注册 Service 有分三种方式:

  • Transient  每次注入时,都重新 new 一个新的实体。
  • Scoped    每个 Request 都重新 new 一个新的实体。
  • Singleton 程序启动后会 new 一个实体。也就是运行期间只会有一个实体。

下面这张图来自https://blog.johnwu.cc/article/asp-net-core-dependency-injection.html ,形象的演示了对象生命周期。

  • A 为 Singleton
  • B 为 Scoped
  • C 为 Transient

上面介绍完了Ocelot开发的基本原理,目前Ocelot 由17 个Middleware 来完成,在每个Middleware的内部实现上还有涉及到很多业务的知识,本篇文章先不做展开,后续写具体的文章详细解析。接下来我们来说说如何自定义扩展,在我们的项目中主要在三个方面进行了扩展:

1、自定义扩展API 接口验证

Ocelot 默认支持基于IdentityServer4的认证,需要自定义认证,可以参考 https://github.com/TomPallister/Ocelot/pull/110,添加自定义的验证,但是.net core 2.0 认证部分基本上重写了。

2、自定义扩展下游通讯协议

Ocelot 默认支持Http的通讯,在我们的实际项目中有很多老的服务是RPC调用,使用的是私有的Relay通讯框架,在API网关上需要做协议转换,自动将Http的请求转换成Relay的tcp通讯。

3、自定义管理控制台

ocelot 有管理API,可以基于管理API 做自定义的管理控制台,github 有个 https://github.com/dbarkwell/Ocelot.ConfigEditor,这个项目实现了asp.net core mvc 的在线编辑路由。

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