【从0到1设计一个网关】什么是网关？以及为什么需要自研网关？

系统管理员 2024-02-21 10:55 21阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  什么是网关？
 *  网关类型
 *  网关的优缺点
 *  目前的网关解决方案有哪些？
 *  为什么要自研Gateway网关？
 *  自研网关需要注意什么？

注：  
这篇文章作为我的网关的第一篇文章，并不涉及任何代码，只是提及了网关的作用，以及为什么要自研网关，后续文章将不断更新。  
[源码链接][Link 1]

[效果演示链接][Link 2]

自研网关整合Nacos,实现服务注册和配置变更

## 什么是网关？ ##

网关（Gateway）是计算机网络中的一种重要设备，用于连接不同网络、协议或通信系统，以便它们能够相互通信和交换数据。网关的主要功能是在不同网络之间传递数据，并确保数据能够正确路由和转换，以便不同网络中的设备能够互相理解和交流。以下是网关的一些重要概念和功能：

连接不同网络：网关通常用于连接不同网络类型，如局域网（LAN）与广域网（WAN）、以太网与无线网络、IPv4与IPv6等，以实现不同网络之间的数据传输和通信。

数据转换和协议转换：网关可以将数据从一个网络协议转换为另一个，以确保不同网络中的设备可以相互通信。这通常涉及将数据从一个协议的格式转换为另一个协议的格式，例如将数据从TCP/IP协议转换为HTTP协议。

安全性与熔断限流：网关还可以用于增强网络安全性。它可以执行防火墙功能，监控数据流量，过滤恶意流量，实施访问控制策略，以保护网络免受未经授权的访问和网络攻击。

数据路由：网关可以决定数据包的最佳路径，以确保数据从源到目的地的有效传递。这通常涉及查看目的地地址，并选择适当的输出接口或下一跃点来传输数据。

协议翻译：在不同网络之间通信时，可能需要执行协议翻译，以确保数据能够正确解释。网关可以执行此类任务，确保不同网络中的设备能够相互交流。

## 网关类型 ##

**RESTful API网关**

*  RESTful API网关通常用于管理和提供对RESTful API的访问。
 *  RESTful API是基于HTTP协议的，通常用于请求-响应模式的通信，适用于获取、创建、更新和删除资源等操作。
 *  RESTful API网关提供了路由、认证、授权、访问控制、日志记录和监控等功能，以确保API的安全性和可用性。
 *  RESTful API网关通常不支持实时双向通信，因为HTTP是无连接的，不适用于持久性连接。

**WebSocket API网关**

*  WebSocket API网关专门设计用于处理WebSocket协议的实时双向通信。
 *  WebSocket协议允许客户端和服务器之间建立长期的双向连接，以便实时传输数据，适用于实时聊天、在线游戏、实时通知等场景。
 *  WebSocket API网关提供了WebSocket连接的管理、路由、负载均衡、协议升级和消息传递等功能。
 *  WebSocket API网关支持持久性连接，而不像RESTful API那样在每个请求之间建立新的连接。

## 网关的优缺点 ##

**优点**

*  简化客户端开发：  
    网关允许客户端应用程序与后端服务进行通信时，无需关心复杂的网络协议和细节。客户端只需要与网关通信，而不必直接与后端服务交互。这大大简化了客户端的工作，减少了开发者需要处理的技术细节。  
    客户端不再需要了解后端服务的具体地址或API端点。它只需知道如何与网关通信，网关负责将请求路由到适当的后端服务。
 *  降低耦合度：  
    使用网关作为中间层，可以将不同部分的系统分离开来，降低了它们之间的紧密耦合。这有助于提高系统的可维护性和可扩展性。  
    网关可以处理诸如身份验证、授权、数据转换等共享的功能，而不是将这些功能分散在每个单独的服务中。这减少了功能的冗余和重复，使开发者可以更容易地维护和更新这些功能。
 *  减少重复造轮子：  
    通过将共享功能抽象到网关中，开发者可以将更多精力专注于业务逻辑的开发。他们不必为每个服务都重复实现相同的功能，如身份验证或请求验证。  
    网关还可以提供性能优化、负载均衡和缓存等功能，从而减轻开发者的负担，使他们更专注于业务逻辑的实现。

**缺点**

*  可能出现的性能瓶颈问题  
    微服务架构旨在将大型应用程序拆分成小的、相对独立的服务，以提高灵活性和可伸缩性。然而，当使用网关时，它可能成为性能瓶颈点，特别是在高负载情况下。  
    网关通常需要处理大量的请求和响应，包括请求路由、认证、授权、数据转换等任务。如果网关没有经过适当的优化和扩展，它可能会限制整个系统的性能。
 *  请求阻塞问题  
    微服务架构鼓励使用异步通信和非阻塞IO，以便服务可以并行处理请求，提高响应性能。然而，一些网关可能依赖于同步通信模型，这可能导致性能下降  
    如果网关执行的操作需要等待外部服务的响应，而没有采用异步模型，那么网关可能会成为整个请求-响应链中的阻塞点，影响系统的性能和响应时间。
 *  高耦合度  
    如果网关与微服务之间的耦合度过高，它可能限制了系统的可伸缩性和独立部署能力。例如，如果多个微服务与特定网关高度关联，那么更改该网关可能需要修改多个服务，这违反了微服务架构的原则。  
    高耦合度还可能导致开发团队之间的协作问题，因为它们必须协调更多的更改，以适应网关的变化。

## 目前的网关解决方案有哪些？ ##

**Nginx:**  
基于C/Lua  
优点：  
高性能，适用于大规模应用和高流量负载。  
强大的可扩展性，支持Lua脚本和定制插件。  
多用途，不仅限于API网关，还可用作反向代理和负载均衡。  
缺点：  
配置和管理需要技术专长，不够用户友好。  
高级功能需要OpenResty等扩展

**Kong:**  
基于Lua  
优点：  
易于扩展，提供了丰富的插件生态系统。  
支持微服务架构，适用于复杂的部署。  
集成性强，可与其他服务集成，如数据库和消息队列。  
缺点：  
需要管理和维护，特别是在大规模环境中。  
某些高级功能可能需要编写自定义插件。

**Apigee:**  
优点：  
云端托管，无需自己管理基础设施。  
提供全面的API管理功能，包括分析、监控和安全性。  
高度可伸缩，适用于大规模应用。  
缺点：  
有一定的学习曲线，需要了解Apigee的配置和设置。  
可能较昂贵，特别是对于小规模项目。

**AWS API Gateway:**  
优点：  
与AWS生态系统无缝集成，提供高可用性和可扩展性。  
简化了API部署和管理。  
可以利用其他AWS服务，如Lambda函数。  
缺点：  
锁定了到AWS云的依赖性，不适用于混合云环境。  
可能需要了解AWS特定的配置和设置。

**Istio:**  
优点：  
为微服务提供了丰富的流量管理和安全性功能。  
支持多云和混合云环境，不受限于特定云提供商。  
集成了Prometheus和Jaeger等监控工具。  
缺点：  
复杂性较高，学习和部署需要时间。  
可能需要大量配置，特别是在大规模环境中。

**Spring Cloud Gateway:**  
优点：  
与Spring Cloud生态系统集成，支持Spring Boot应用程序。  
轻量级，易于部署和管理。  
支持动态路由和过滤器。  
缺点：  
功能相对较少，适用于中小规模应用。  
可能不如其他网关适用于复杂的API管理需求。

**Traefik:**  
优点：  
专为容器化应用和微服务设计，支持Docker和Kubernetes。  
自动发现后端服务，动态配置。  
轻量级，易于部署和管理。  
缺点：  
功能相对较少，适用于较小规模应用。  
可能需要额外的插件来支持高级功能。

**HAProxy:**  
优点：  
高性能的负载均衡器，适用于高负载环境。  
简单配置和管理。  
支持TCP和HTTP负载均衡。  
缺点：  
较少的高级功能，不适用于复杂的API管理需求。  
缺乏API网关特定功能，如身份验证和授权。

## 为什么要自研Gateway网关？ ##

目前比较流行的网关有SpringCloud Gateway，SpringCloud Zuul，他们都是比较优秀的网关。  
不过这些网关都是基于Java语言开发的，而如果我们要使用这种网关就必须会Java，而如果公司的业务大部分是go，比如我所就职的字节，目前go用的就比较多，所以用Java做网关就不太合适了。  
其次是使用这些成熟框架，由于其面面俱到，所以意味着当我们只需要使用网关中的部分功能的时候，直接使用这些框架就会使得业务项目过于庞大了。  
因此考虑自研一个网关还是有比较的，我们只需要实现其中比较重要的并且我们所需要的功能就可以，自研网关也提供了网关更强的自定义能力。

## 自研网关需要注意什么？ ##

1：可扩展性。我们需要确保自己的网关具有较强的扩展性，因为我们不仅仅要考虑当前的业务需求，也需要考虑未来的业务需求。  
2：合理的架构配置。我的自研网关将会使用领域驱动模型DDD来进行开发。如果不了解DDD的可以去了解一下其优缺点。  
3：接口兼容性：我们知道网关一般会用到配置中心或者注册中心，目前比较主流的有Apollo和Nacos，因此我们还需要提供较强的兼容性，使得在不同配置中心进行切换的时候游刃有余。  
4：三高设计：作为项目的第一个关卡，网关所需要承载的请求远大于后台具体服务，因此网关的性能是一种非常需要深入考虑和设计的方面。涉及到JVM调优，代码性能优化等。

[Link 1]: https://github.com/ZhangBlossom/BlossomGateway
[Link 2]: https://www.bilibili.com/video/BV1eC4y1n73c/?vd_source=1d4d63e205b3ad352b4771f87295d16d#reply747752344