为什么微服务需要 API 网关?

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对网关我们并不陌生,网关的概念来源于计算机网络,表示不同网络之间的关口。在系统设计中,网关也是一个重要的角色,其中最典型的是各大公司的开放平台,开放平台类网关是企业内部系统对外的统一入口,承担了很多业务,比如内外部数据交互、数据安全、监控统计等功能。

在微服务架构中,API 网关的作用和开放平台等传统网关又有一些不同,下面一起来看一下微服务中 API 网关的相关知识。

为什么需要网关

在微服务架构中,一个大应用被拆分成多个小的服务,这些微服务自成体系,可以独立部署和提供对外服务。一般来说,微服务的调用规范主要有 RPC 和 Restful API 两种,API 网关主要针对的是后面一种,也就是以 Spring Cloud 为代表的微服务解决方案。

假设我们要使用微服务构建一个电商平台,一般来说需要订单服务、商品服务、交易服务、会员服务、评论服务、库存服务等。

移动互联网时代,我们的系统不仅会通过 Web 端提供服务,还有 App 端、小程序端等,那么不同客户端应该如何访问这些服务呢?

如果在单体应用架构下,所有服务都来自一个应用工程,客户端通过向服务端发起网络调用来获取数据,通过 Nginx 等负载均衡策略将请求路由给 N 个相同的应用程序实例中的一个,然后应用程序处理业务逻辑,并将响应返回给客户端。

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在微服务架构下,每个服务都是独立部署,如果直接调用,系统设计可能是这样的:

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各个调用端单独去发起连接,会出现很多问题,比如不容易监控调用流量,出现问题不好确定来源,服务之间调用关系混乱等。

如何解决这个局面呢

针对这些问题,一个常用的解决方案是使用 API 服务网关。在微服务设计中,需要隔离内外部调用,统一进行系统鉴权、业务监控等,API 服务网关是一个非常合适的切入口。

通过引入 API 网关这一角色,可以高效的实现微服务集群的输出,节约后端服务开发成本,减少上线风险,并为服务熔断、灰度发布、线上测试等提供解决方案。

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使用网关,可以优化微服务架构中系统过于分散的弊端,使得架构更加优雅,选择一个适合的 API 网关,可以有效地简化开发并提高运维与管理效率。

应用网关的优劣

API 网关在微服务架构中并不是一个必需项目,而是系统设计的一个解决方案,用来整合各个不同模块的微服务,统一协调服务。

API 网关自身也是一个服务,网关封装了系统内部架构,为每个客户端提供了一个定制的 API。从面向对象设计的角度看,它与外观模式(Facade Pattern)类似,外观模式的定义是,外部与一个子系统的通信必须通过一个统一的外观对象进行,为子系统中的一组接口提供一个一致的界面,这一点和 API 网关的作用非常类似。

除了封装内部系统之外,API 网关作为一个系统访问的切面,还可以添加身份验证、监控、负载均衡、限流、降级与应用检测等功能。

通过在微服务架构中引入 API 网关,可以带来以下的收益:

API 网关并不是一个必需的角色,在系统设计中引入网关,也会导致系统复杂性增加,带来下面的问题:

可以看到,应用 API 网关需要权衡带来的收益和因此增加的复杂性,这也是我们前面说的,分布式系统是复杂性和收益的平衡,需要针对具体业务进行合理的架构设计。

微服务网关选型

在微服务领域,有许多开源网关实现,应用比较多的是 Spring Cloud Zuul 和 Spring Cloud Gateway。

Spring Cloud Zuul

Spring Cloud Zuul 是 Spring Cloud Netflix 项目的核心组件之一,是 Netflix 开发的一款提供动态路由、监控、弹性、安全的网关服务。

Zuul 分为 1.x 和 2.x 两个大版本,1.x 版本是基于 Servlet 构建的,采用的是阻塞和多线程方式。1.x 版本在 Spring Cloud 中做了比较好的集成,但是性能不是很理想。后来 Netflix 宣布开发 2.x 版本,目前已经更新到了 2.x 版本,不过 Spring Cloud 官方并没有集成,而是开发了自己的 Spring Cloud Gateway。

Spring Cloud Gateway

Spring Cloud Gateway 是 Spring Cloud 体系的第二代网关组件,基于 Spring 5.0 的新特性 WebFlux 进行开发,底层网络通信框架使用的是 Netty。

Spring Cloud Gateway 可以替代第一代的网关组件 Zuul。Spring Cloud Gateway 可以通过服务发现组件自动转发请求,集成了 Ribbon 做负载均衡,支持使用 Hystrix 对网关进行保护,当然也可以选择其他的容错组件,比如集成阿里巴巴开源的 Sentinel,实现更好的限流降级等功能。

  • Spring

    Spring 是一个开源框架,是于 2003 年兴起的一个轻量级的 Java 开发框架,由 Rod Johnson 在其著作《Expert One-On-One J2EE Development and Design》中阐述的部分理念和原型衍生而来。它是为了解决企业应用开发的复杂性而创建的。框架的主要优势之一就是其分层架构,分层架构允许使用者选择使用哪一个组件,同时为 JavaEE 应用程序开发提供集成的框架。

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