服务网关ZUUL过滤器和Spring Filter执行顺序详解

电玩女神 2024-04-17 18:28 1阅读 0赞

以下转发别人的文章，挺不错的，分析的很深入，拿过来给大家分享下。

Zuul的核心是一系列的过滤器，这些过滤器可以完成以下功能：

*  身份认证与安全：识别每个资源的验证要求，并拒绝那些与要求不符的请求。
 *  审查与监控：在边缘位置追踪有意义的数据和统计结果，从而带来精确的生成视图。
 *  动态路由：动态地将请求路由到不同的后端集群。
 *  压力测试：逐渐增加执行集群的流量，以了解性能。
 *  负载分配：为每一种负载类型分配对应容量，并弃用超出限定值得请求。
 *  静态响应处理：在边缘位置直接建立部分响应，从而避免其转发到内部集群。
 *  多区域弹性：跨越AWS Region进行请求路由，旨在实现ELB（Elastic Load Balancing)使用的多样化，以及让系统的边缘更贴近系统的使用者。
 *  在实现了请求路由功能后，我们的微服务应用提供的接口就可以通过统一的API网关入口被客户端访问到了。但是，每个客户端用户请求为服务器应用提供的接口时，它们的访问权限往往都有一定的限制，系统并不会将所有的微服务接口都对它们开放。

在完成了服务路由之后，我们对外开放服务还需要一些安全措施来保护客户端只能访问它应该访问到的资源。所以我们需要利用Zuul的过滤器来实现我们对外服务的安全控制。

在服务网关中定义过滤器只需要继承`ZuulFilter`抽象类实现其定义的四个抽象函数就可对请求进行拦截与过滤。

比如下面的例子，定义了一个Zuul过滤器，实现了在请求被路由之前检查请求中是否有`accessToken`参数，若有就进行路由，若没有就拒绝访问，返回`401 Unauthorized`错误。

package com.dxz.zuul;
    
    import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
    
    import org.apache.log4j.Logger;
    
    import com.netflix.zuul.ZuulFilter;
    import com.netflix.zuul.context.RequestContext;
    
    public class AccessFilter extends ZuulFilter {
    
        private static Logger log = Logger.getLogger(AccessFilter.class);
    
        @Override
        public String filterType() {
            return "pre";
        }
    
        @Override
        public int filterOrder() {
            return 0;
        }
    
        @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()));
    
            Object accessToken = request.getParameter("accessToken");
            if (accessToken == null) {
                log.warn("access token is empty");
                ctx.setSendZuulResponse(false);
                ctx.setResponseStatusCode(401);
                return null;
            }
            log.info("access token ok");
            return null;
        }
    
    }

在启动类里为自定义过滤器创建具体的Bean才能启动该过滤器，如下：

@Bean
        public AccessFilter accessFilter() {
            return new AccessFilter();
        }

启动该服务网关后，访问：

*  http://127.0.0.1:5555/api-b/add?a=1&b=5&sn=1：返回401错误
 *  http://127.0.0.1:5555/api-b/add?a=1&b=5&sn=1&accessToken=token：正确路由到server，并返回计算内容

不可访问情况：

![format_png][]

可访问情况：

![format_png 1][]

## 过滤器 ##

过滤器两个功能：  
1、其中路由功能负责将外部请求转发到具体的微服务实例上，是实现外部访问统一入口的基础；  
2、过滤器功能则负责对请求的处理过程进行预干预，是实现请求校验、服务聚合等功能的基础。

ZuulFilter抽象类

![format_png 2][]

有4类可重写的方法来自定义过滤器，如下：

*  `filterType`：返回一个字符串代表过滤器的类型，在zuul中定义了四种不同生命周期的过滤器类型，具体如下：自定义过滤器的实现，需要继承`ZuulFilter`，需要重写实现下面四个方法：
    
     *  `pre`：可以在请求被路由之前调用
     *  `routing`：在路由请求时候被调用
     *  `post`：在routing和error过滤器之后被调用
     *  `error`：处理请求时发生错误时被调用
 *  `filterOrder`：通过int值来定义过滤器的执行顺序
 *  `shouldFilter`：返回一个boolean类型来判断该过滤器是否要执行，所以通过此函数可实现过滤器的开关。在上例中，我们直接返回true，所以该过滤器总是生效。
 *  `run`：过滤器的具体逻辑。需要注意，这里我们通过`ctx.setSendZuulResponse(false)`令zuul过滤该请求，不对其进行路由，然后通过`ctx.setResponseStatusCode(401)`设置了其返回的错误码，当然我们也可以进一步优化我们的返回，比如，通过`ctx.setResponseBody(body)`对返回body内容进行编辑等。

##  请求生命周期 ##

对于其他一些过滤类型，这里就不一一展开了，根据之前对`filterType`生命周期介绍，可以参考下图去理解，并根据自己的需要在不同的生命周期中去实现不同类型的过滤器。

![format_png 3][]

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。

在完成了pre类型的过滤器处理之后，请求进入第二个阶段routing，也就是之前说的路由请求转发阶段，请求将会被routing类型过滤器处理，这里的具体处理内容就是将外部请求转发到具体服务实例上去的过程，当服务实例将请求结果都返回之后，routing阶段完成，请求进入第三个阶段post，此时请求将会被post类型的过滤器进行处理，这些过滤器在处理的时候不仅可以获取到请求信息，还能获取到服务实例的返回信息，所以在post类型的过滤器中，我们可以对处理结果进行一些加工或转换等内容。

另外，还有一个特殊的阶段error，该阶段只有在上述三个阶段中发生异常的时候才会触发，但是它的最后流向还是post类型的过滤器，因为它需要通过post过滤器将最终结果返回给请求客户端（实际实现上还有一些差别，后续介绍）。

## 核心过滤器 ##

在Spring Cloud Zuul中，为了让API网关组件可以更方便的上手使用，它在HTTP请求生命周期的各个阶段默认地实现了一批核心过滤器，它们会在API网关服务启动的时候被自动地加载和启用。我们可以在源码中查看和了解它们，它们定义于spring-cloud-netflix-core模块的org.springframework.cloud.netflix.zuul.filters包下。

![format_png 4][]

如上图所示，在默认启用的过滤器中包含了三种不同生命周期的过滤器，这些过滤器都非常重要，可以帮助我们理解Zuul对外部请求处理的过程，以及帮助我们如何在此基础上扩展过滤器去完成自身系统需要的功能。下面，我们将逐个地对这些过滤器做一些详细的介绍：

pre过滤器

*  **ServletDetectionFilter**：它的执行顺序为-3，是最先被执行的过滤器。该过滤器总是会被执行，主要用来检测当前请求是通过Spring的DispatcherServlet处理运行，还是通过ZuulServlet来处理运行的。

它的检测结果会以布尔类型保存在当前请求上下文的isDispatcherServletRequest参数中，这样在后续的过滤器中，我们就可以通过RequestUtils.isDispatcherServletRequest()和RequestUtils.isZuulServletRequest()方法判断它以实现做不同的处理。

一般情况下，发送到API网关的外部请求都会被Spring的DispatcherServlet处理，除了通过/zuul/*路径访问的请求会绕过DispatcherServlet，被ZuulServlet处理，主要用来应对处理大文件上传的情况。另外，对于ZuulServlet的访问路径/zuul/*，我们可以通过zuul.servletPath参数来进行修改。

![format_png 5][]

*  **Servlet30WrapperFilter**：它的执行顺序为-2，是第二个执行的过滤器。目前的实现会对所有请求生效，主要为了将原始的HttpServletRequest包装成Servlet30RequestWrapper对象。![format_png 6][]
 *  **FormBodyWrapperFilter**：它的执行顺序为-1，是第三个执行的过滤器。

该过滤器仅对两种类请求生效，第一类是Content-Type为application/x-www-form-urlencoded的请求，第二类是Content-Type为multipart/form-data并且是由Spring的DispatcherServlet处理的请求（用到了ServletDetectionFilter的处理结果）。

而该过滤器的主要目的是将符合要求的请求体包装成FormBodyRequestWrapper对象。

![format_png 7][]

*  **DebugFilter**：它的执行顺序为1，是第四个执行的过滤器。

该过滤器会根据配置参数zuul.debug.request和请求中的debug参数来决定是否执行过滤器中的操作。而它的具体操作内容则是将当前的请求上下文中的debugRouting和debugRequest参数设置为true。

由于在同一个请求的不同生命周期中，都可以访问到这两个值，所以我们在后续的各个过滤器中可以利用这两值来定义一些debug信息，这样当线上环境出现问题的时候，可以通过请求参数的方式来激活这些debug信息以帮助分析问题。

另外，对于请求参数中的debug参数，我们也可以通过zuul.debug.parameter来进行自定义。

![format_png 8][]

*  **　　PreDecorationFilter**：它的执行顺序为5，是pre阶段最后被执行的过滤器。该过滤器会判断当前请求上下文中是否存在forward.to和serviceId参数，如果都不存在，那么它就会执行具体过滤器的操作（如果有一个存在的话，说明当前请求已经被处理过了，因为这两个信息就是根据当前请求的路由信息加载进来的）。

而它的具体操作内容就是为当前请求做一些预处理，比如：进行路由规则的匹配、在请求上下文中设置该请求的基本信息以及将路由匹配结果等一些设置信息等，这些信息将是后续过滤器进行处理的重要依据，我们可以通过RequestContext.getCurrentContext()来访问这些　　信息。

另外，我们还可以在该实现中找到一些对HTTP头请求进行处理的逻辑，其中包含了一些耳熟能详的头域，比如：X-Forwarded-Host、X-Forwarded-Port。

另外，对于这些头域的记录是通过zuul.addProxyHeaders参数进行控制的，而这个参数默认值为true，所以Zuul在请求跳转时默认地会为请求增加X-Forwarded-\*头域，包括：X-Forwarded-Host、X-Forwarded-Port、X-Forwarded-For、X-Forwarded-Prefix、X-Forwarded-　　　　Proto。

我们也可以通过设置zuul.addProxyHeaders=false关闭对这些头域的添加动作。

route过滤器

*  **RibbonRoutingFilter**：它的执行顺序为10，是route阶段第一个执行的过滤器。该过滤器只对请求上下文中存在serviceId参数的请求进行处理，即只对通过serviceId配置路由规则的请求生效。而该过滤器的执行逻辑就是面向服务路由的核心，它通过使用Ribbon和Hystrix来向服务实例发起请求，并将服务实例的请求结果返回。
 *  ![format_png 9][]
 *  **SimpleHostRoutingFilter**：它的执行顺序为100，是route阶段第二个执行的过滤器。该过滤器只对请求上下文中存在routeHost参数的请求进行处理，即只对通过url配置路由规则的请求生效。而该过滤器的执行逻辑就是直接向routeHost参数的物理地址发起请求，从源码中我们可以知道该请求是直接通过httpclient包实现的，而没有使用Hystrix命令进行包装，所以这类请求并没有线程隔离和断路器的保护。
 *  ![format_png 10][]
 *  ![format_png 11][]

知道配置类似`zuul.routes.user-service.url=http://localhost:8080/`这样的底层都是通过httpclient直接发送请求的，也就知道为什么这样的情况没有做到负载均衡的原因所在。

*  **SendForwardFilter**：它的执行顺序为500，是route阶段第三个执行的过滤器。该过滤器只对请求上下文中存在forward.to参数的请求进行处理，即用来处理路由规则中的forward本地跳转配置。
 *  ![format_png 12][]

post过滤器

*  **SendErrorFilter**：它的执行顺序为0，是post阶段第一个执行的过滤器。该过滤器仅在请求上下文中包含error.status\_code参数（由之前执行的过滤器设置的错误编码）并且还没有被该过滤器处理过的时候执行。而该过滤器的具体逻辑就是利用请求上下文中的错误信息来组织成一个forward到API网关/error错误端点的请求来产生错误响应。
 *  ![format_png 13][]
 *  **SendResponseFilter**：它的执行顺序为1000，是post阶段最后执行的过滤器。该过滤器会检查请求上下文中是否包含请求响应相关的头信息、响应数据流或是响应体，只有在包含它们其中一个的时候就会执行处理逻辑。而该过滤器的处理逻辑就是利用请求上下文的响应信息来组织需要发送回客户端的响应内容。
 *  ![format_png 14][]

下表是对上述过滤器根据顺序、名称、功能、类型做了综合的整理，可以帮助我们在自定义过滤器或是扩展过滤器的时候用来参考并全面地考虑整个请求生命周期的处理过程。

### Zuul中默认实现的Filter ###

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>类型</th> 
   <th>顺序</th> 
   <th>过滤器</th> 
   <th>功能</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>route</td> 
   <td>1</td> 
   <td>DebugFilter</td> 
   <td>标记调试标志</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>route</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>

**禁用指定的Filter**

可以在application.yml中配置需要禁用的filter，格式：

zuul:
        FormBodyWrapperFilter:
            pre:
                disable: true

### Zuul中的Filter执行顺序控制 ###

**1、定义是给出执行顺序**

![format_png 15][]

ZuulFilter抽象类实现了Comparable接口，并实现了compareTo方法(zuul-core-1.3.0.jar的ZuulFilter.java)

public int compareTo(ZuulFilter filter) {
            return Integer.compare(this.filterOrder(), filter.filterOrder());
        }

**`2、Filter执行是按照顺序执行`**

zuul-core-1.3.0.jar的FilterProcessor.java

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 = list.get(i);
                    Object result = processZuulFilter(zuulFilter);
                    if (result != null && result instanceof Boolean) {
                        bResult |= ((Boolean) result);
                    }
                }
            }
            return bResult;
        }

`zuul-core-1.3.0.jar的FilterLoader.java的getFilterByType中按类型pre、route、post取Filter后，再按照FilterOrder进行排序。`

public List<ZuulFilter> getFiltersByType(String filterType) {
    
            List<ZuulFilter> list = hashFiltersByType.get(filterType);
            if (list != null) return list;
    
            list = new ArrayList<ZuulFilter>();
    
            Collection<ZuulFilter> filters = filterRegistry.getAllFilters();
            for (Iterator<ZuulFilter> iterator = filters.iterator(); iterator.hasNext(); ) {
                ZuulFilter filter = iterator.next();
                if (filter.filterType().equals(filterType)) {
                    list.add(filter);
                }
            }
            Collections.sort(list); // sort by priority
    
            hashFiltersByType.putIfAbsent(filterType, list);
            return list;
        }

`zuul-core-1.3.0.jar的FilterProcessor.java的processZuulFilter方法`执行具体Filter

public Object processZuulFilter(ZuulFilter filter) throws ZuulException {
    
            RequestContext ctx = RequestContext.getCurrentContext();
            boolean bDebug = ctx.debugRouting();
            final String metricPrefix = "zuul.filter-";
            long execTime = 0;
            String filterName = "";
            try {
                long ltime = System.currentTimeMillis();
                filterName = filter.getClass().getSimpleName();
                
                RequestContext copy = null;
                Object o = null;
                Throwable t = null;
    
                if (bDebug) {
                    Debug.addRoutingDebug("Filter " + filter.filterType() + " " + filter.filterOrder() + " " + filterName);
                    copy = ctx.copy();
                }
                
                ZuulFilterResult result = filter.runFilter();
                ExecutionStatus s = result.getStatus();
                execTime = System.currentTimeMillis() - ltime;
    
                switch (s) {
                    case FAILED:
                        t = result.getException();
                        ctx.addFilterExecutionSummary(filterName, ExecutionStatus.FAILED.name(), execTime);
                        break;
                    case SUCCESS:
                        o = result.getResult();
                        ctx.addFilterExecutionSummary(filterName, ExecutionStatus.SUCCESS.name(), execTime);
                        if (bDebug) {
                            Debug.addRoutingDebug("Filter {" + filterName + " TYPE:" + filter.filterType() + " ORDER:" + filter.filterOrder() + "} Execution time = " + execTime + "ms");
                            Debug.compareContextState(filterName, copy);
                        }
                        break;
                    default:
                        break;
                }
                
                if (t != null) throw t;
    
                usageNotifier.notify(filter, s);
                return o;
    
            } catch (Throwable e) {
                if (bDebug) {
                    Debug.addRoutingDebug("Running Filter failed " + filterName + " type:" + filter.filterType() + " order:" + filter.filterOrder() + " " + e.getMessage());
                }
                usageNotifier.notify(filter, ExecutionStatus.FAILED);
                if (e instanceof ZuulException) {
                    throw (ZuulException) e;
                } else {
                    ZuulException ex = new ZuulException(e, "Filter threw Exception", 500, filter.filterType() + ":" + filterName);
                    ctx.addFilterExecutionSummary(filterName, ExecutionStatus.FAILED.name(), execTime);
                    throw ex;
                }
            }
        }

再调用ZuulFilter抽象类的runFilter()方法，该方法执行子类（自定义Filter）的run方法，完成我们的业务逻辑。

public ZuulFilterResult runFilter() {
            ZuulFilterResult zr = new ZuulFilterResult();
            if (!isFilterDisabled()) {
                if (shouldFilter()) {
                    Tracer t = TracerFactory.instance().startMicroTracer("ZUUL::" + this.getClass().getSimpleName());
                    try {
                        Object res = run();
                        zr = new ZuulFilterResult(res, ExecutionStatus.SUCCESS);
                    } catch (Throwable e) {
                        t.setName("ZUUL::" + this.getClass().getSimpleName() + " failed");
                        zr = new ZuulFilterResult(ExecutionStatus.FAILED);
                        zr.setException(e);
                    } finally {
                        t.stopAndLog();
                    }
                } else {
                    zr = new ZuulFilterResult(ExecutionStatus.SKIPPED);
                }
            }
            return zr;
        }

[参考地址][Link 1]：[https://www.cnblogs.com/duanxz/p/7542150.html][Link 1]

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[format_png 1]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cHM6Ly9pbWFnZXMyMDE3LmNuYmxvZ3MuY29tL2Jsb2cvMjg1NzYzLzIwMTcwOS8yODU3NjMtMjAxNzA5MTgxMTQ1MzE5MzEtMTY5MDE0MDIzNC5wbmc?x-oss-process=image/format,png
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