Spring Cloud Gateway：新一代API网关服务

Spring Cloud Gateway 为 SpringBoot 应用提供了API网关支持，具有强大的智能路由与过滤器功能，本文将对其用法进行详细介绍。

Gateway 简介

Gateway是在Spring生态系统之上构建的API网关服务，基于Spring 5，Spring Boot 2和 Project Reactor等技术。Gateway旨在提供一种简单而有效的方式来对API进行路由，以及提供一些强大的过滤器功能，例如：熔断、限流、重试等。

Spring Cloud Gateway 具有如下特性：

基于Spring Framework 5, Project Reactor 和 Spring Boot 2.0 进行构建；
动态路由：能够匹配任何请求属性；
可以对路由指定 Predicate（断言）和 Filter（过滤器）；
集成Hystrix的断路器功能；
集成 Spring Cloud 服务发现功能；
易于编写的 Predicate（断言）和 Filter（过滤器）；
请求限流功能；
支持路径重写。

创建 api-gateway模块

这里我们创建一个api-gateway模块来演示Gateway的常用功能。

在pom.xml中添加相关依赖

<dependency>
    <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-gateway</artifactId>
</dependency>

两种不同的配置路由方式

Gateway 提供了两种不同的方式用于配置路由，一种是通过yml文件来配置，另一种是通过Java Bean来配置，下面我们分别介绍下。

使用yml配置

在application.yml中进行配置：

server:
  port: 9201
service-url:
  user-service: http://localhost:8201
spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
        - id: path_route #路由的ID
          uri: ${service-url.user-service}/user/{id} #匹配后路由地址
          predicates: # 断言，路径相匹配的进行路由
            - Path=/user/{id}

启动eureka-server，user-service和api-gateway服务，并调用该地址测试：http://localhost:9201/user/1
我们发现该请求被路由到了user-service的该路径上：http://localhost:8201/user/1

使用Java Bean配置

添加相关配置类，并配置一个RouteLocator对象：

/**
 * Created by macro on 2019/9/24.
 */
@Configuration
public class GatewayConfig {

    @Bean
    public RouteLocator customRouteLocator(RouteLocatorBuilder builder) {
        return builder.routes()
                .route("path_route2", r -> r.path("/user/getByUsername")
                        .uri("http://localhost:8201/user/getByUsername"))
                .build();
    }
}

重新启动api-gateway服务，并调用该地址测试：http://localhost:9201/user/getByUsername?username=macro
我们发现该请求被路由到了user-service的该路径上：http://localhost:8201/user/getByUsername?username=macro

Route Predicate 的使用

Spring Cloud Gateway将路由匹配作为Spring WebFlux HandlerMapping基础架构的一部分。Spring Cloud Gateway包括许多内置的Route Predicate工厂。所有这些Predicate都与HTTP请求的不同属性匹配。多个Route Predicate工厂可以进行组合，下面我们来介绍下一些常用的Route Predicate。

注意：Predicate中提到的配置都在application-predicate.yml文件中进行修改，并用该配置启动api-gateway服务。

After Route Predicate

在指定时间之后的请求会匹配该路由。

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
        - id: after_route
          uri: ${service-url.user-service}
          predicates:
            - After=2019-09-24T16:30:00+08:00[Asia/Shanghai]

Before Route Predicate

在指定时间之前的请求会匹配该路由。

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
        - id: before_route
          uri: ${service-url.user-service}
          predicates:
            - Before=2019-09-24T16:30:00+08:00[Asia/Shanghai]

Between Route Predicate

在指定时间区间内的请求会匹配该路由。

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
        - id: before_route
          uri: ${service-url.user-service}
          predicates:
            - Between=2019-09-24T16:30:00+08:00[Asia/Shanghai], 2019-09-25T16:30:00+08:00[Asia/Shanghai]

Cookie Route Predicate

带有指定Cookie的请求会匹配该路由。

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
        - id: cookie_route
          uri: ${service-url.user-service}
          predicates:
            - Cookie=username,macro

使用curl工具发送带有cookie为username=macro的请求可以匹配该路由。

curl http://localhost:9201/user/1 --cookie "username=macro"

Header Route Predicate

带有指定请求头的请求会匹配该路由。

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: header_route
        uri: ${service-url.user-service}
        predicates:
        - Header=X-Request-Id, \d+

使用curl工具发送带有请求头为X-Request-Id:123的请求可以匹配该路由。

curl http://localhost:9201/user/1 -H "X-Request-Id:123"

Host Route Predicate

带有指定Host的请求会匹配该路由。

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
        - id: host_route
          uri: ${service-url.user-service}
          predicates:
            - Host=**.macrozheng.com

使用curl工具发送带有请求头为Host:www.macrozheng.com的请求可以匹配该路由。

curl http://localhost:9201/user/1 -H "Host:www.macrozheng.com"

Method Route Predicate

发送指定方法的请求会匹配该路由。

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: method_route
        uri: ${service-url.user-service}
        predicates:
        - Method=GET

使用curl工具发送GET请求可以匹配该路由。

curl http://localhost:9201/user/1

使用curl工具发送POST请求无法匹配该路由。

curl -X POST http://localhost:9201/user/1

Path Route Predicate

发送指定路径的请求会匹配该路由。

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
        - id: path_route
          uri: ${service-url.user-service}/user/{id}
          predicates:
            - Path=/user/{id}

使用curl工具发送/user/1路径请求可以匹配该路由。

curl http://localhost:9201/user/1

使用curl工具发送/abc/1路径请求无法匹配该路由。

curl http://localhost:9201/abc/1

Query Route Predicate

带指定查询参数的请求可以匹配该路由。

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: query_route
        uri: ${service-url.user-service}/user/getByUsername
        predicates:
        - Query=username

使用curl工具发送带username=macro查询参数的请求可以匹配该路由。

curl http://localhost:9201/user/getByUsername?username=macro

使用curl工具发送带不带查询参数的请求无法匹配该路由。

curl http://localhost:9201/user/getByUsername

RemoteAddr Route Predicate

从指定远程地址发起的请求可以匹配该路由。

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: remoteaddr_route
        uri: ${service-url.user-service}
        predicates:
        - RemoteAddr=192.168.1.1/24

使用curl工具从192.168.1.1发起请求可以匹配该路由。

curl http://localhost:9201/user/1

Weight Route Predicate

使用权重来路由相应请求，以下表示有80%的请求会被路由到localhost:8201，20%会被路由到localhost:8202。

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: weight_high
        uri: http://localhost:8201
        predicates:
        - Weight=group1, 8
      - id: weight_low
        uri: http://localhost:8202
        predicates:
        - Weight=group1, 2

Route Filter 的使用

路由过滤器可用于修改进入的HTTP请求和返回的HTTP响应，路由过滤器只能指定路由进行使用。Spring Cloud Gateway 内置了多种路由过滤器，他们都由GatewayFilter的工厂类来产生，下面我们介绍下常用路由过滤器的用法。

AddRequestParameter GatewayFilter

给请求添加参数的过滤器。

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
        - id: add_request_parameter_route
          uri: http://localhost:8201
          filters:
            - AddRequestParameter=username, macro
          predicates:
            - Method=GET

以上配置会对GET请求添加username=macro的请求参数，通过curl工具使用以下命令进行测试。

curl http://localhost:9201/user/getByUsername

相当于发起该请求：

curl http://localhost:8201/user/getByUsername?username=macro

StripPrefix GatewayFilter

对指定数量的路径前缀进行去除的过滤器。

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: strip_prefix_route
        uri: http://localhost:8201
        predicates:
        - Path=/user-service/**
        filters:
        - StripPrefix=2

以上配置会把以/user-service/开头的请求的路径去除两位，通过curl工具使用以下命令进行测试。

curl http://localhost:9201/user-service/a/user/1

相当于发起该请求：

curl http://localhost:8201/user/1

PrefixPath GatewayFilter

与StripPrefix过滤器恰好相反，会对原有路径进行增加操作的过滤器。

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: prefix_path_route
        uri: http://localhost:8201
        predicates:
        - Method=GET
        filters:
        - PrefixPath=/user

以上配置会对所有GET请求添加/user路径前缀，通过curl工具使用以下命令进行测试。

curl http://localhost:9201/1

相当于发起该请求：

curl http://localhost:8201/user/1

Hystrix GatewayFilter

Hystrix 过滤器允许你将断路器功能添加到网关路由中，使你的服务免受级联故障的影响，并提供服务降级处理。

要开启断路器功能，我们需要在pom.xml中添加Hystrix的相关依赖：

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

然后添加相关服务降级的处理类：

/**
 * Created by macro on 2019/9/25.
 */
@RestController
public class FallbackController {

    @GetMapping("/fallback")
    public Object fallback() {
        Map<String,Object> result = new HashMap<>();
        result.put("data",null);
        result.put("message","Get request fallback!");
        result.put("code",500);
        return result;
    }
}

在application-filter.yml中添加相关配置，当路由出错时会转发到服务降级处理的控制器上：

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
        - id: hystrix_route
          uri: http://localhost:8201
          predicates:
            - Method=GET
          filters:
            - name: Hystrix
              args:
                name: fallbackcmd
                fallbackUri: forward:/fallback

关闭user-service，调用该地址进行测试：http://localhost:9201/user/1 ，发现已经返回了服务降级的处理信息。

RequestRateLimiter GatewayFilter

RequestRateLimiter 过滤器可以用于限流，使用RateLimiter实现来确定是否允许当前请求继续进行，如果请求太大默认会返回HTTP 429-太多请求状态。

在pom.xml中添加相关依赖：

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

添加限流策略的配置类，这里有两种策略一种是根据请求参数中的username进行限流，另一种是根据访问IP进行限流；

/**
 * Created by macro on 2019/9/25.
 */
@Configuration
public class RedisRateLimiterConfig {
    @Bean
    KeyResolver userKeyResolver() {
        return exchange -> Mono.just(exchange.getRequest().getQueryParams().getFirst("username"));
    }

    @Bean
    public KeyResolver ipKeyResolver() {
        return exchange -> Mono.just(exchange.getRequest().getRemoteAddress().getHostName());
    }
}

我们使用Redis来进行限流，所以需要添加Redis和RequestRateLimiter的配置，这里对所有的GET请求都进行了按IP来限流的操作；

server:
  port: 9201
spring:
  redis:
    host: localhost
    password: 123456
    port: 6379
  cloud:
    gateway:
      routes:
        - id: requestratelimiter_route
          uri: http://localhost:8201
          filters:
            - name: RequestRateLimiter
              args:
                redis-rate-limiter.replenishRate: 1 #每秒允许处理的请求数量
                redis-rate-limiter.burstCapacity: 2 #每秒最大处理的请求数量
                key-resolver: "#{@ipKeyResolver}" #限流策略，对应策略的Bean
          predicates:
            - Method=GET
logging:
  level:
    org.springframework.cloud.gateway: debug

多次请求该地址：http://localhost:9201/user/1 ，会返回状态码为429的错误；

Retry GatewayFilter

对路由请求进行重试的过滤器，可以根据路由请求返回的HTTP状态码来确定是否进行重试。

修改配置文件：

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: retry_route
        uri: http://localhost:8201
        predicates:
        - Method=GET
        filters:
        - name: Retry
          args:
            retries: 1 #需要进行重试的次数
            statuses: BAD_GATEWAY #返回哪个状态码需要进行重试，返回状态码为5XX进行重试
            backoff:
              firstBackoff: 10ms
              maxBackoff: 50ms
              factor: 2
              basedOnPreviousValue: false

当调用返回500时会进行重试，访问测试地址：http://localhost:9201/user/111
可以发现user-service控制台报错2次，说明进行了一次重试。

2019-10-27 14:08:53.435 ERROR 2280 --- [nio-8201-exec-2] o.a.c.c.C.[.[.[/].[dispatcherServlet]    : Servlet.service() for servlet [dispatcherServlet] in context with path [] threw exception [Request processing failed; nested exception is java.lang.NullPointerException] with root cause

java.lang.NullPointerException: null
at com.macro.cloud.controller.UserController.getUser(UserController.java:34) ~[classes/:na]

结合注册中心使用

我们上次讲到使用Zuul作为网关结合注册中心进行使用时，默认情况下Zuul会根据注册中心注册的服务列表，以服务名为路径创建动态路由，Gateway同样也实现了该功能。下面我们演示下Gateway结合注册中心如何使用默认的动态路由和过滤器。

使用动态路由

在pom.xml中添加相关依赖：

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

添加application-eureka.yml配置文件：

server:
  port: 9201
spring:
  application:
    name: api-gateway
  cloud:
    gateway:
      discovery:
        locator:
          enabled: true #开启从注册中心动态创建路由的功能
          lower-case-service-id: true #使用小写服务名，默认是大写
eureka:
  client:
    service-url:
      defaultZone: http://localhost:8001/eureka/
logging:
  level:
    org.springframework.cloud.gateway: debug

使用application-eureka.yml配置文件启动api-gateway服务，访问http://localhost:9201/user-service/user/1 ，可以路由到user-service的http://localhost:8201/user/1 处。

使用过滤器

在结合注册中心使用过滤器的时候，我们需要注意的是uri的协议为lb，这样才能启用Gateway的负载均衡功能。

修改application-eureka.yml文件，使用了PrefixPath过滤器，会为所有GET请求路径添加/user路径并路由；

server:
  port: 9201
spring:
  application:
    name: api-gateway
  cloud:
    gateway:
      routes:
        - id: prefixpath_route
          uri: lb://user-service #此处需要使用lb协议
          predicates:
            - Method=GET
          filters:
            - PrefixPath=/user
      discovery:
        locator:
          enabled: true
eureka:
  client:
    service-url: 
      defaultZone: http://localhost:8001/eureka/
logging:
  level:
    org.springframework.cloud.gateway: debug

使用application-eureka.yml配置文件启动api-gateway服务，访问http://localhost:9201/1 ，可以路由到user-service的http://localhost:8201/user/1 处。

使用到的模块

springcloud-learning
├── eureka-server -- eureka注册中心
├── user-service -- 提供User对象CRUD接口的服务
└── api-gateway -- gateway作为网关的测试服务

项目源码地址

https://github.com/macrozheng/springcloud-learning

Gateway 简介

相关概念

创建 api-gateway模块

在pom.xml中添加相关依赖

两种不同的配置路由方式

使用yml配置

使用Java Bean配置

Route Predicate 的使用

After Route Predicate

Before Route Predicate

Between Route Predicate

Cookie Route Predicate

Header Route Predicate

Host Route Predicate

Method Route Predicate

Path Route Predicate

Query Route Predicate

RemoteAddr Route Predicate

Weight Route Predicate

Route Filter 的使用

AddRequestParameter GatewayFilter

StripPrefix GatewayFilter

PrefixPath GatewayFilter

Hystrix GatewayFilter

RequestRateLimiter GatewayFilter

Retry GatewayFilter

结合注册中心使用

使用动态路由

使用过滤器

使用到的模块

项目源码地址

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