四、网关：spring-cloud-Zuul

灰太狼 2023-06-06 10:39 24阅读 0赞

# 1 介绍 #

## 1.1 前言 ##

在微服务框架中，每个对外服务都是独立部署的，对外的Api或者服务地址都不是不尽相同的。对于内部而言，通过注册中心自动感知即可。但大部分情况下，服务都是提供给外部系统进行调用的，不可能同享一个注册中心。同时一般上内部的微服务都是在内网的，和外界是不连通的。而且，就算每个微服务对外开放，对于调用者而言，调用不同的服务的地址或者参数也是不尽相同的，这样就会造成消费者客户端的复杂性，同时，可能微服务可能是不同的技术栈实现的，有的是Http、Rpc或者Websocket等等，也会进一步加大客户端的调用难度。所以，一般上都有会有个Api网关，根据请求的url不同，路由到不同的服务上去，同时入口统一了，还能进行统一的身份鉴权、日志记录、分流等操作。

## 1.2 什么是Zuul网关 ##

微服务网关是微服务架构中一个不可或缺的部分。通过服务网关统一向外系统提供REST API的过程中，除了具备服务路由、均衡负载功能之外，它还具备了权限控制等功能。Zuul 是Zuul是Netflix开源的微服务网关，本质上是一个Web Servlet应用，可以和Eureka、Ribbon、Hystrix等组件配合使用，Spring Cloud对Zuul进行了整合与增强，和其他组件配合使用相对方便，Zuul的主要功能是路由转发和过滤器。

Zuul基于JVM的路由器和服务器端负载均衡器。同时，Zuul的规则引擎允许规则和过滤器基本上用任何JVM语言编写，内置支持Java和Groovy。这个功能，就可以实现动态路由的功能了。当需要添加某个新的对外服务时，一般上不停机更新是通过数据缓存配置或者使用Groovy进行动态路由的添加的。

## 1.3网关的意义 ##

微服务网关是微服务架构中一个不可或缺的部分。通过服务网关统一向外系统提供REST API的过程中，除了具备服务路由、均衡负载功能之外，它还具备了权限控制等功能。

在未加入网关时，一般上会在服务外网架设一个负载均衡，如Nginx等。此时，微服务的组成如下图所示：

[![加入网关前][format_png]][format_png 1]

此时，对于Open Service而言可能需要提供权限控制等和业务无关的能力，这样本身就破坏了微服务服务单一的原则。所以，一般上在Open Service之上，还有一层服务提供诸如通用的权限校验、参数校验等功能，此服务就是网关了。之后，对于内部微服务而言，只需要关系各自微服务提供的业务功能即可，无需去关心其他非业务相关的功能。

Zuul做为路由网关，在微服务架构中有着十分重要的作用，体现在这几方面：

a. Zuul、Ribbon、Eureka结合，可以实现智能路由和负载均衡的功能，Zuul能够将请求流量按照某种策略分发到集群状态的多个服务实例；

b. 网关将所有服务的Api接口统一聚合，并统一对外暴露，外界系统调用Api接口时，都是由网关对外暴露的Api接口，外界系统不需要知道微服务系统中各服务相互调用的复杂性，保护了其微服务单元Api接口防止被外界直接调用，导致服务的敏感信息对外暴露；

c. 网关服务可以做到用户身份认证和权限认证，防止非法请求操作Api接口，对服务器起保护作用；

d. 网关可以流量监控、实时日志记录等功能；

**加入Zuul网关后**：

[![加入网关之后][format_png 2]][format_png 2 1]

**Zuul可以通过加载动态过滤机制，从而实现以下各项功能：**

a.验证与安全保障: 识别面向各类资源的验证要求并拒绝那些与要求不符的请求。

b.审查与监控: 在边缘位置追踪有意义数据及统计结果，从而为我们带来准确的生产状态结论。

c.动态路由: 以动态方式根据需要将请求路由至不同后端集群处。

d.压力测试: 逐渐增加指向集群的负载流量，从而计算性能水平。

e.负载分配: 为每一种负载类型分配对应容量，并弃用超出限定值的请求。

f.静态响应处理: 在边缘位置直接建立部分响应，从而避免其流入内部集群。

g.多区域弹性: 跨越AWS区域进行请求路由，旨在实现ELB使用多样化并保证边缘位置与使用者尽可能接近。

## 1.4 网关的优缺点 ##

优点：

a.减少Api请求次数

b.限流

c.缓存

d.统一认证

e.降低微服务的复杂度

f.支持混合通信协议(前端只和api通信，其他的由网关调用)

缺点：

a.网关需高可用，可能产生单点故障

b.管理复杂

# 2 Zuul的三大模块 #

目前网上大多数关于Zuul的相关讨论大都是 Spring-Cloud-Zuul相关的，但是笔者认为Spring Cloud Zuul 有利也有弊。好处就是开发起来比较方便，一个注解就可以启用一个网关，并且增加了一些默认的过滤器组件；但是Spring Cloud 为了开发者的快速接入，也对Netflix Zuul 的一些功能做了阉割。Netflix Zuul 主要包含了三大模块：Zuul核心模块、过滤器加载模块、过滤器管理模块。其中核心模块和过滤器加载模块，在Spring Cloud Zuul 的定制版本中，都没有做太大的改动。

[![zuul][]][zuul]

## 2.1 核心模块 ##

请求接收然后通过 pre、route、post 三个主要类型的过滤器。当然了，还有另外2 中上图中没有展现，就是 error 和 custom 类型的过滤器。error 是处理异常时的处理动作，custom 是自定义处理请求的过滤流程。上面各个过滤器之间是通过 RequestContext （Map类型，ThreadLocal 变量） 来做上下文传递的。ZuulFilterRunner 组织了各种类型的过滤器的执行逻辑。

### 2.2.1 ZuulServlet ###

ZuulServlet 依次执行了 pre过滤器、route过滤器、post过滤器；当产生错误时，会执行error 过滤器。以上各种类型的 Filter 会委派给ZuulRunner 去执行。

### 2.2.2 ZuulRunner ###

ZuulRunner 本身也没什么逻辑，而是使用了单例的处理器 FilterProcessor 来处理。

### 2.2.3FilterProcessor ###

FilterProcessor 回去从 FilterLoader 中获取各个类型的过滤器，并且顺序执行。

### 2.2.4 RequestContext ###

各个 Filter 执行的过程中不能直接相互通信，参数的传递依赖是通过 线程本地变量 **RequestContext** 来实现的。

### 2.2.4 ZuulFilter ###

Zuul提供了动态读取、编译和执行Filter的框架。各个Filter间没有直接联系，但是都通过RequestContext共享一些状态数据。尽管Zuul支持任何基于JVM的语言，但是过滤器目前是用Groovy编写的。 每个过滤器的源代码被写入到Zuul服务器上的一组指定的目录中，这些目录将被定期轮询检查是否更新。Zuul会读取已更新的过滤器，动态编译到正在运行的服务器中，并后续请求中调用。

关键特性：

· Type：用以表示路由过程中的阶段（内置包含PRE、ROUTING、POST和ERROR）

· Execution Order：表示相同Type的Filter的执行顺序

· Criteria：执行条件

· Action：执行体

请求生命周期：

[![format_png 3][]][format_png 3 1]

Zuul 大部分功能都是通过过滤器来实现的，这些过滤器类型对应于请求的典型生命周期。

· **PRE：**这种过滤器在请求被路由之前调用。我们可利用这种过滤器实现身份验证、在集群中选择请求的微服务、记录调试信息等。

· **ROUTING：**这种过滤器将请求路由到微服务。这种过滤器用于构建发送给微服务的请求，并使用 Apache HttpClient 或 Netfilx Ribbon 请求微服务。

· **POST：**这种过滤器在路由到微服务以后执行。这种过滤器可用来为响应添加标准的 HTTP Header、收集统计信息和指标、将响应从微服务发送给客户端等。

· **ERROR：**在其他阶段发生错误时执行该过滤器。 除了默认的过滤器类型，Zuul 还允许我们创建自定义的过滤器类型。例如，我们可以定制一种 STATIC 类型的过滤器，直接在 Zuul 中生成响应，而不将请求转发到后端的微服务。

**Zuul 中默认实现的 Filter**

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th><strong>类型</strong></th> 
   <th><strong>顺序</strong></th> 
   <th><strong>过滤器</strong></th> 
   <th><strong>功能</strong></th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>pre</td> 
   <td>-3</td> 
   <td>ServletDetectionFilter</td> 
   <td>标记处理 Servlet 的类型</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>pre</td> 
   <td>-2</td> 
   <td>Servlet30WrapperFilter</td> 
   <td>包装 HttpServletRequest 请求</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>pre</td> 
   <td>-1</td> 
   <td>FormBodyWrapperFilter</td> 
   <td>包装请求体</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>pre</td> 
   <td>1</td> 
   <td>DebugFilter</td> 
   <td>标记调试标志</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>pre</td> 
   <td>5</td> 
   <td>PreDecorationFilter</td> 
   <td>处理请求上下文供后续使用</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>route</td> 
   <td>10</td> 
   <td>RibbonRoutingFilter</td> 
   <td>serviceId 请求转发</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>route</td> 
   <td>100</td> 
   <td>SimpleHostRoutingFilter</td> 
   <td>url 请求转发</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>route</td> 
   <td>500</td> 
   <td>SendForwardFilter</td> 
   <td>forward 请求转发</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>post</td> 
   <td>0</td> 
   <td>SendErrorFilter</td> 
   <td>处理有错误的请求响应</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>post</td> 
   <td>1000</td> 
   <td>SendResponseFilter</td> 
   <td>处理正常的请求响应</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

## 2.2 过滤器加载模块 ##

过滤器加载模块主要是给Core 模块的FilterRunner 提供服务的，也就是提供编译好的Filter组件。其中的FilterFileManager 是以轮询的方式，不断的从包含groovy 脚本的目录中加载文件，提供给 FilterLoader 编译和管理。

具体流程：

过滤器加载模块主要提供给 Core 模块，从磁盘（或者网络等其他介质）中加载Filter ，并完成实例化的过程，以备Core 模块的使用。其中**FilterFileManager** 负责从磁盘中加载数据，然后调用**FilterLoader** 的单例，去实例化Filter以备用。**FilterFileManager**会启用一个守护线程，在后台不断地循环管理Filter 文件（源码中每次循环后，会休息1秒钟）。循环每个Filter 都会调用 **FilterLoader**.getInstance().putFilter() 将其放入**FilterLoader**的Map中。

## 2.3 过滤器管理模块 ##

过滤器管理模块对于运维和做一些功能增强时非常有帮助，大多数情况下都需要对其做定制开发，从而适应各个公司不同的业务需求。上面的过滤器加载模块最终交互的对象是磁盘文件，那么过滤器管理模块就相对是个独立的东西了。相关的操作就是Filter 文件。

具体流程：

过滤器管理模块直接操作文件的类是：ZuulFilterPoller 。它会起一个线程，不断的循环去抓取Filter的元数据（源码中由ZuulFilterDAO提供）。官方给的默认的实现是 Cassandra，也就是Filter的元数据是从 Cassandra 数据库中获取的。但是这个数据库在国内用的相对较少，如果要定制的话，通常会改成 MySQL 或者 Http接口的方式去实现。ZuulFilterPoller 中起了一个循环线程，不断的去获取元数据的信息，从而更新Filter。

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