一、微服務網關Spring Cloud Gateway

1.1 導引

文中内容包含：微服務網關限流10萬QPS、跨域、過濾器、令牌桶算法。

在建構微服務系統中，必不可少的技術就是網關了，從早期的Zuul，到現在的Spring Cloud Gateway，網關我們用的不可少。

今天我就将沉澱下來的所有與網關相關的知識，用一篇文章總結清楚，希望對愛學習的小夥伴們有所幫助。

本篇文章主要介紹網關跨域配置，網關過濾器編寫，網關的令牌桶算法限流【每秒10萬QPS】

首先我們來看什麼是網關

1.2 什麼是微服務網關Gateway？

This project provides a library for building an API Gateway on top of Spring WebFlux.

gateway官網：

https://spring.io/projects/spring-cloud-gateway

實作微服務網關的技術有很多，

nginx Nginx (engine x) 是一個高性能的HTTP和反向代理web伺服器，同時也提供了IMAP/POP3/SMTP服務
zuul ,Zuul 是 Netflix 出品的一個基于 JVM 路由和服務端的負載均衡器。
spring-cloud-gateway, 是spring 出品的基于spring 的網關項目，內建斷路器，路徑重寫，性能比Zuul好。

我們使用gateway這個網關技術，無縫銜接到基于spring cloud的微服務開發中來。

1.3 微服務為什麼要使用網關呢？

不同的微服務一般會有不同的網絡位址，而外部用戶端可能需要調用多個服務的接口才能完成一個業務需求，如果讓用戶端直接與各個微服務通信，會有以下的問題：

用戶端會多次請求不同的微服務，增加了用戶端的複雜性
存在跨域請求，在一定場景下處理相對複雜
認證複雜，每個服務都需要獨立認證
難以重構，随着項目的疊代，可能需要重新劃分微服務。例如，可能将多個服務合并成一個或者将一個服務拆分成多個。如果用戶端直接與微服務通信，那麼重構将會很難實施
某些微服務可能使用了防火牆 / 浏覽器不友好的協定，直接通路會有一定的困難

以上這些問題可以借助網關解決。

網關是介于用戶端和伺服器端之間的中間層，所有的外部請求都會先經過網關這一層。也就是說，API 的實作方面更多的考慮業務邏輯，而安全、性能、監控可以交由網關來做，這樣既提高業務靈活性又不缺安全性，典型的架構圖如圖所示：

1.4 微服務網關優點

安全，隻有網關系統對外進行暴露，微服務可以隐藏在内網，通過防火牆保護。
易于監控。可以在網關收集監控資料并将其推送到外部系統進行分析。
易于認證。可以在網關上進行認證，然後再将請求轉發到後端的微服務，而無須在每個微服務中進行認證。
減少了用戶端與各個微服務之間的互動次數
易于統一授權。

1.5 總結

微服務網關就是一個系統，通過暴露該微服務網關系統，友善我們進行相關的鑒權，安全控制，日志統一處理，易于監控的相關功能。

二、微服務網關搭建及配置

2.1 微服務網關微服務搭建

由于我們開發的系統有包括前台系統和背景系統，背景的系統給管理者使用。那麼也需要調用各種微服務，是以我們針對管理背景搭建一個網關微服務。分析如下：

搭建步驟：

（1）依賴坐标pom.xml:

<dependency>
    <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-gateway</artifactId>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-netflix-hystrix</artifactId>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-netflix-eureka-client</artifactId>
</dependency>

（2）啟動引導類：GatewayApplication

@SpringBootApplication
@EnableEurekaClient
public class GatewayApplication {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(GatewayApplication.class, args);
    }
}

（3）在resources下建立application.yml

spring:
  application:
    name: apigateway
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: open
        uri: lb://open
        predicates:
        - Path=/open/**
        filters:
        - StripPrefix= 1
      - id: system
        uri: lb://system
        predicates:
        - Path=/system/**
        filters:
        - StripPrefix= 1
server:
  port: 9999
eureka:
  client:
    service-url:
      defaultZone: http://127.0.0.1:10086/eureka
  instance:
    prefer-ip-address: true

參考官方手冊：

https://cloud.spring.io/spring-cloud-gateway/spring-cloud-gateway.html#_stripprefix_gatewayfilter_factory

2.2 微服務網關跨域

在啟動類GatewayApplication中，加入跨域配置代碼如下

@Bean
public CorsWebFilter corsFilter() {
    CorsConfiguration config = new CorsConfiguration();
    config.addAllowedMethod("*");//支援所有方法
    config.addAllowedOrigin("*");//跨域處理 允許所有的域
    config.addAllowedHeader("*");//支援所有請求頭

    UrlBasedCorsConfigurationSource source = new UrlBasedCorsConfigurationSource(new PathPatternParser());
    source.registerCorsConfiguration("/**", config);//比對所有請求

    return new CorsWebFilter(source);
}

三、微服務網關過濾器

我們可以通過網關過濾器，實作一些邏輯的處理，比如ip黑白名單攔截、特定位址的攔截等。下面的代碼中做了兩個過濾器，并且設定的先後順序。

（1）在網關微服務中建立IpFilter，無需配置其他，注冊到Spring容器即可生效

@Component
public class IpFilter implements GlobalFilter, Ordered {

    @Override
    public Mono<Void> filter(ServerWebExchange exchange, GatewayFilterChain chain) {
        ServerHttpRequest request = exchange.getRequest();
        InetSocketAddress remoteAddress = request.getRemoteAddress();
        //TODO 設定ip白名單
        System.out.println("ip:"+remoteAddress.getHostName());
        return chain.filter(exchange);
    }
    @Override
    public int getOrder() {
        return 1;
    }
}

（2）在網關微服務中建立UrlFilter，無需配置其他，注冊到Spring容器即可生效

@Component
public class UrlFilter implements GlobalFilter, Ordered {

    @Override
    public Mono<Void> filter(ServerWebExchange exchange, GatewayFilterChain chain) {
        ServerHttpRequest request = exchange.getRequest();
        String url = request.getURI().getPath();
        //TODO 攔截特定URL位址
        System.out.println("url:"+url);
        return chain.filter(exchange);
    }

    @Override
    public int getOrder() {
        return 2;
    }
}

四、網關限流每秒10萬請求

我們之前說過，網關可以做很多的事情，比如，限流，當我們的系統被頻繁的請求的時候，就有可能将系統壓垮，是以為了解決這個問題，需要在每一個微服務中做限流操作，但是如果有了網關，那麼就可以在網關系統做限流，因為所有的請求都需要先通過網關系統才能路由到微服務中。

4.1 限流實作思路分析

看圖就完了，非常簡單！

4.2 令牌桶算法介紹

令牌桶算法是比較常見的限流算法之一，大概描述如下：

1）所有的請求在處理之前都需要拿到一個可用的令牌才會被處理；

2）根據限流大小，設定按照一定的速率往桶裡添加令牌；

3）桶設定最大的放置令牌限制，當桶滿時、新添加的令牌就被丢棄或者拒絕；

4）請求達到後首先要擷取令牌桶中的令牌，拿着令牌才可以進行其他的業務邏輯，處理完業務邏輯之後，将令牌直接删除；

5）令牌桶有最低限額，當桶中的令牌達到最低限額的時候，請求處理完之後将不會删除令牌，以此保證足夠的限流

如下圖：

這個算法的實作，有很多技術，Guava(讀音: 瓜哇)是其中之一，redis用戶端也有其實作。

4.3 網關限流代碼實作

需求：每個ip位址1秒内隻能發送10萬請求，多出來的請求傳回429錯誤。

代碼實作：

（1）spring cloud gateway 預設使用redis的RateLimter限流算法來實作。是以我們要使用首先需要引入redis的依賴

<!--redis-->
<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-data-redis-reactive</artifactId>
    <version>2.1.3.RELEASE</version>
</dependency>

（2）定義KeyResolver

在GatewayApplicatioin引導類中添加如下代碼，KeyResolver用于計算某一個類型的限流的KEY也就是說，可以通過KeyResolver來指定限流的Key。

    //定義一個KeyResolver
    @Bean
    public KeyResolver ipKeyResolver() {
        return new KeyResolver() {
            @Override
            public Mono<String> resolve(ServerWebExchange exchange) {
                return Mono.just(exchange.getRequest().getRemoteAddress().getHostName());
            }
        };
    }

（3）修改application.yml中配置項，指定限制流量的配置以及REDIS的配置，修改後最終配置如下：

spring:
  application:
    name: apigateway
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: open
        uri: lb://open
        predicates:
        - Path=/open/**
        filters:
        - StripPrefix= 1
        - name: RequestRateLimiter #請求數限流 名字不能随便寫 
          args:
            key-resolver: "#{@ipKeyResolver}"
            redis-rate-limiter.replenishRate: 1
            redis-rate-limiter.burstCapacity: 1
      - id: system
        uri: lb://system
        predicates:
        - Path=/system/**
        filters:
        - StripPrefix= 1
  # 配置Redis 127.0.0.1可以省略配置
  redis:
    host: 101.57.2.128
    port: 6379
server:
  port: 9999
eureka:
  client:
    service-url:
      defaultZone: http://127.0.0.1:100/eureka
  instance:
    prefer-ip-address: true

解釋：

burstCapacity：令牌桶總容量。
replenishRate：令牌桶每秒填充平均速率。
key-resolver：用于限流的鍵的解析器的 Bean 對象的名字。它使用 SpEL 表達式根據#{@beanName}從 Spring 容器中擷取 Bean 對象。

通過在

replenishRate

和中設定相同的值來實作穩定的速率

burstCapacity

。設定

burstCapacity

高于時，可以允許臨時突發

replenishRate

。在這種情況下，需要在突發之間允許速率限制器一段時間（根據

replenishRate

），因為2次連續突發将導緻請求被丢棄（

HTTP 429 - Too Many Requests

）

key-resolver: "#{@userKeyResolver}" 用于通過SPEL表達式來指定使用哪一個KeyResolver.

如上配置：

表示一秒内，允許一個請求通過，令牌桶的填充速率也是一秒鐘添加一個令牌。

最大突發狀況也隻允許一秒内有一次請求，可以根據業務來調整。

（4）測試時需要注意服務啟動順序，這裡需要依賴于Redis，是以首先要啟動redis

啟動redis
啟動注冊中心
啟動商品微服務
啟動gateway網關
打開浏覽器 http://localhost:9999/open
快速重新整理，當1秒内發送超過10萬次請求，就會傳回429錯誤。

總結

Java 的知識面非常廣，面試問的涉及也非常廣泛，重點包括：Java 基礎、Java 并發，JVM、MySQL、資料結構、算法、Spring、微服務、MQ 等等，涉及的知識點何其龐大，是以我們在複習的時候也往往無從下手，今天小編給大家帶來一套 Java 面試題，題庫非常全面，包括 Java 基礎、Java 集合、JVM、Java 并發、Spring全家桶、Redis、MySQL、Dubbo、Netty、MQ 等等，包含 Java 後端知識點 2000 + ，部分如下：

資料擷取方式：關注公種浩：“程式員白楠楠”擷取上述資料

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一、微服務網關Spring Cloud Gateway

1.1 導引

1.2 什麼是微服務網關Gateway？

1.3 微服務為什麼要使用網關呢？

1.4 微服務網關優點

1.5 總結

二、微服務網關搭建及配置

2.1 微服務網關微服務搭建

2.2 微服務網關跨域

三、微服務網關過濾器

四、網關限流每秒10萬請求

4.1 限流實作思路分析

4.2 令牌桶算法介紹

4.3 網關限流代碼實作

總結

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一、微服務網關Spring Cloud Gateway

1.1 導引

1.2 什麼是微服務網關Gateway？

1.3 微服務為什麼要使用網關呢？

1.4 微服務網關優點

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2.2 微服務網關跨域

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4.2 令牌桶算法介紹