微服务网关：Spring Cloud Gateway —— Zuul
原创微服务网关：Spring Cloud Gateway —— Zuul
原创
系列文章：
一 摘要
关于服务网关，我们在微服务架构：网关概念与 zuul这篇文章中做了一个基础介绍。包括网关概念，Spring Cloud 体系内的 zuul1.x 和 zuul2.x(gateway)之间的相似和差别之处。本篇将通过官方示例来详细分析 Spring Cloud Gateway 的工作原理和使用方式。
二 Spring Cloud Gateway
2.1 定位
这里我们还是先引用官网Spring Cloud Gateway中对网关的描述：
This project provides a library for building an API Gateway on top of Spring WebFlux. Spring Cloud Gateway aims to provide a simple, yet effective way to route to APIs and provide cross cutting concerns to them such as: security, monitoring/metrics, and resiliency.
Spring Cloud Gateway 提供一个用于为 Spring WebFlux 顶层构建 API 网关的库。旨在提供一个简单且高效的方式来路由到 API，并为它们提供横切关注点例如：安全、监控/指标，和弹性。
2.2 特性
1）基于 Spring Framework 5，Project Reactor 和 Spring Boot 2.0
2）能够匹配任意请求属性上的路由
3）谓词和过滤器特定于路由
4）断路器集成
5）Spring Cloud 服务发现客户端集成
6）易于编写谓词和过滤器
7）请求限流
8）路径重写
三 Spring Cloud Gateway 示例
3.1 官方 demo
官方代码示例：spring-guides/gs-routing-and-filtering，使用方法在 官方指南中已有描述。依赖环境：
- JDK 1.8 以上
- Gradle 4+ 或 maven 3.2+
使用方法：
git clone https://github.com/spring-guides/gs-routing-and-filtering.git如果要从头开始编写，那么可以参考 Set up a Microservice从头编写代码；
也可以直接进入目录：gs-routing-and-filtering/complete，导入 idea，自动加载依赖后，就可以启动工程。
3.2 导入时可能遇到的小问题
导入到 idea 后，run 时，可能会报如下错误（无效的目标发行版）：
pom.xml 的 java-version 配置问题：
这两处的版本改为本地 jdk 版本即可。我这里是 jdk1.8，所以修改如下：
<properties><!-- <java.version>11</java.version>--> <java.version>8</java.version> </properties>复制代码
之后启动正常。
如果还有报错，看一下 compiler，是否如下所示：
如果是，那么改为选择 8 即可。
3.3 测试-使用方式
book 服务端口为 8090，内部提供了两个接口：
@RequestMapping(value = "/available") public String available() { return "Spring in Action"; }
@RequestMapping(value = "/checked-out") public String checkedOut() { return "Spring Boot in Action"; }可以通过 http://localhost:8090/available 直接访问，或者通过 gateway+服务名访问：http://localhost:8080/books/available
服务名和地址配置在 application.properties：
zuul.routes.books.url=http://localhost:8090
ribbon.eureka.enabled=false
server.port=8080请求成功后，在 gateway 的控制台日志中能够看到请求记录：
2021-04-09 21:30:44.178 INFO 46107 --- [nio-8080-exec-1] c.e.r.filters.pre.SimpleFilter : GET request to http://localhost:8080/books/available
三 Gateway 原理及过程分析
3.1 相关代码
回过头来看一下代码，结构非常简单，
1）book 服务只有 RoutingAndFilteringBookApplication.java 一个类，启动 SpringBootApplication 并暴露两个 Rest 接口；
2）gateway 除了 RoutingAndFilteringGatewayApplication.java 外，增加了一个 SimpleFilter：
public class SimpleFilter extends ZuulFilter { private static Logger log = LoggerFactory.getLogger(SimpleFilter.class);
@Override public String filterType() { return "pre"; }
@Override public int filterOrder() { return 1; }
@Override public boolean shouldFilter() { return true; }
@Override public Object run() { RequestContext ctx = RequestContext.getCurrentContext(); HttpServletRequest request = ctx.getRequest();
log.info(String.format("%s request to %s", request.getMethod(), request.getRequestURL().toString()));
return null; }
}其中，run()方法中，我们可以看到获取到了调用的请求，并做了日志打印。
3.2 注解生效过程解析
在 gateway 工程，自定义的 SimpleFilter 没有加任何注解，只是继承了 ZuulFilter，那么请求时是通过怎样的调用链走到了这里的？应用入口文件 RoutingAndFilteringGatewayApplication 只是正常的 SpringApplication.run()方法，唯一与之前的差异是有 @EnableZuulProxy 的注解，那么显然网关使用的 Filter 就是通过注解来实现的过滤了。我们接下来详细分析这个过程。
3.2.1 EnableZuulProxy 注解
@EnableCircuitBreaker@Target({ElementType.TYPE})@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)@Import({ZuulProxyMarkerConfiguration.class})public @interface EnableZuulProxy {}注解比较简单，前面还是标准的 Target、Retention，但引入了 ZuulProxyMarkerConfiguration.class，我们继续看一下这个类：
3.2.2 ZuulProxyMarkerConfiguration
@Configuration( proxyBeanMethods = false)public class ZuulProxyMarkerConfiguration { public ZuulProxyMarkerConfiguration() { }
@Bean public ZuulProxyMarkerConfiguration.Marker zuulProxyMarkerBean() { return new ZuulProxyMarkerConfiguration.Marker(); }
class Marker { Marker() { } }}这里也没有很多业务逻辑，只是 1）定义了一个内部类 Marker，而且仅有无参构造方法；2）提供 zuulProxyMarkerBean()方法用于返回 Marker 实例作为 Bean。
3.2.3 ZuulProxyAutoConfiguration
从注解只能看到上面一步，那么接下来就考虑自动装配了。我们找到了 ZuulProxyAutoConfiguration 这个类，比较直接，从名字就能看出是负责 ZuulProxy 自动装配的：
@Configuration( proxyBeanMethods = false)@Import({RestClientRibbonConfiguration.class, OkHttpRibbonConfiguration.class, HttpClientRibbonConfiguration.class, HttpClientConfiguration.class})@ConditionalOnBean({Marker.class})public class ZuulProxyAutoConfiguration extends ZuulServerAutoConfiguration {这里的 Marker，就是 ZuulProxyMarkerConfiguration.Marker
我们回顾一下自动装配，需要满足两个条件：1）spring.factories；2）@ConditionalOnxxx。我们在启动类加上了 @EnableZuulProxy 注解，之后 ZuulProxyAutoConfiguration 就会被自动装配。
接下来看一下 zuul 的属性配置是如何加载的，这里就涉及到了 ZuulProperties。
3.2.4 ZuulProperties
我们在.yml 或.properties 文件配置的参数都会被加载到这个类中。其中包含的大量参数和方法，这里不一一列举，重点看一下构造方法：
public ZuulProperties() { this.ribbonIsolationStrategy = ExecutionIsolationStrategy.SEMAPHORE; this.semaphore = new ZuulProperties.HystrixSemaphore(); this.threadPool = new ZuulProperties.HystrixThreadPool(); this.setContentLength = false; this.includeDebugHeader = false; this.initialStreamBufferSize = 8192;}从中我们可以看出 zuul 和 ribbon 和 hystrix 集成的一些端倪，支持了 Hystrix 的信号量和线程池两种模式。
3.3 Filter 执行过程解析
接下来我们继续分析执行过滤器的过程。
3.3.1 ZuulServlet
ZuulServlet 在 init()中完成初始化流程并协调 ZuulFilter 的执行。
3.3.2 FilterProcessor
这是执行过滤器的核心类，定义了 4 个用来判断当前 filter 的 FilterType()返回类型的方法。
当客户端在发送请求时 Zuul 会开辟一个线程池 线程执行时 ZuulServlet.server 方法拦截到对应请求此时该方法会调用 FilterProcessor 中的方法依次初始化 zuul 的 pre，rout,post，error 各个阶段的过滤器。当过滤器执行过滤完请求后，请求响应 执行结束。
我们选择其中的preRoute()方法来进行说明：
try {
this.runFilters("pre");
} catch (ZuulException var2) {
throw var2;
} catch (Throwable var3) {
throw new ZuulException(var3, 500, "UNCAUGHT_EXCEPTION_IN_PRE_FILTER_" + var3.getClass().getName());
}调用了类中的runFilters("pre")，我们继续来看：
public Object runFilters(String sType) throws Throwable {
if (RequestContext.getCurrentContext().debugRouting()) {
Debug.addRoutingDebug("Invoking {" + sType + "} type filters");
}
boolean bResult = false;
List<ZuulFilter> list = FilterLoader.getInstance().getFiltersByType(sType);
if (list != null) {
for(int i = 0; i < list.size(); ++i) {
ZuulFilter zuulFilter = (ZuulFilter)list.get(i);
Object result = this.processZuulFilter(zuulFilter);
if (result != null && result instanceof Boolean) {
bResult |= (Boolean)result;
}
}
}
return bResult;
}从这个方法中就可以了解各继承了ZuulFilter的Filter实现，是如何被组织构成调用链的了。
Filter列表获取，使用的是FilterLoader.getInstance().getFiltersByType(sType);
下面是FilterLoader相关的代码（已省略了无关部分）：
public class FilterLoader {
//省略了其他无关代码
static final FilterLoader INSTANCE = new FilterLoader();
public static FilterLoader getInstance() {
return INSTANCE;
}
public List<ZuulFilter> getFiltersByType(String filterType) {
List<ZuulFilter> list = (List)this.hashFiltersByType.get(filterType);
if (list != null) {
return list;
} else {
List<ZuulFilter> list = new ArrayList();
Collection<ZuulFilter> filters = this.filterRegistry.getAllFilters();
Iterator iterator = filters.iterator();
while(iterator.hasNext()) {
ZuulFilter filter = (ZuulFilter)iterator.next();
if (filter.filterType().equals(filterType)) {
list.add(filter);
}
}
Collections.sort(list);
this.hashFiltersByType.putIfAbsent(filterType, list);
return list;
}
}
//省略了其他无关代码
}FilterLoader的实例是采用单例模式，用的是饿汉模式的实现；
getFiltersByType()方法中，使用了hashFiltersByType.get()获取对应的Filter列表。hashFiltersByType是一个ConcurrentHashMap，定义如下：
ConcurrentHashMap<String, List<ZuulFilter>> hashFiltersByType = new ConcurrentHashMap();四 总结
本文基于 zuul2.2.6.RELEASE 版本，通过一个官方示例工程了解了 Spring Cloud Gateway（Zuul2）的结构、使用方法和主要执行过程。后续将结合 Spring Cloud 的配置中心、Hystrix 继续做深入分析，并加入与 nacos 等其他注册中心/网关的对比。
原创声明：本文系作者授权腾讯云开发者社区发表，未经许可，不得转载。
如有侵权，请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。
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