前言
最近要考虑做一个API网关，其中需要用到Spring Cloud Gateway，通过深入学习后发现这个框架的架构设计非常简单、有效，很多组件的设计都非常值得学习，本文就Spring Cloud Gateway做一个简单的介绍，以及针对一次请求Spring Cloud Gateway的处理流程做一个较为详细的分析
简介
Spring Cloud Gateway 即Spring官方推出的一款API网关，该框架包含了Spring5、SpringBoot2、Project Reactor，其中底层通信框架用的netty。Spring Cloud Gateway在推出之初的时候，Netflix公司已经推出了类似功能的API网关框架ZUUL，但ZUUL有一个缺点是通信方式是阻塞的，虽然后来升级到了非阻塞式的ZUUL2，但是由于Spring Cloud Gateway已经推出一段时间，同时自身也面临资料少、维护性较差的因素没有被广泛应用
关键术语
在使用Spring Cloud Gateway的时候需要理解三个模块，即
Route：
即一套路由规则，是集URI、predicate、filter等属性的一个元数据类
Predicate：
这是Java8函数式编程的一个方法，这里可以看做是满足什么条件的时候，route规则进行生效
Filter：
filter可以认为是Spring Cloud Gateway最核心的模块，熔断、安全、逻辑执行、网络调用都是filter来完成的，其中又细分为gateway filter和global filter，区别在于是具体一个route规则生效还是所有route规则都生效
可以先上一段代码来看看
@RequestMapping("/paramTest")
public Object paramTest(@RequestParam Map<String,Object> param) {
return param.get("name");
}
@Bean
public RouteLocator customRouteLocator(RouteLocatorBuilder builder) {
return builder.routes()
.route("path_route", r ->
r.path("/get")
.filters(f -> f.addRequestParameter("name", "value"))
.uri("forward:///paramTest"))
.build();
}.route方法代表的就是一个路由规则，
.path方法代表的就是一个predicate，背后的现实是PathRoutePredicateFactory，在这段代码的含义即当路径包含/get的时候，当前规则生效。
.filters方法的意思即给当前路由规则添加一个增加请求参数的filter，每次请求都对参数里添加 name:value 的键值对，
.uri 方法的含义即最终路由到哪里去，这里的forward前缀会将请求交给spring mvc的DispatcherHandler进行路由，进行本机的逻辑调用，除了forward以外还可以使用http、https前缀进行http调用，lb前缀可以在配置注册中心后进行rpc调用
上图是Spring Cloud Gateway官方文档给出的一个工作原理图，Spring Cloud Gateway 接收到请求后进行路由规则的匹配，然后交给web handler 进行处理，web handler 会执行一系列的filter逻辑
流程分析
接受请求
Spring Cloud Gateway的底层框架是netty，接受请求的关键类是ReactorHttpHandlerAdapter，做的事情很简单，就是将netty的请求、响应转为http的请求、响应并交给一个http handler执行后面的逻辑，下图为该类的源码仅保留核心逻辑
@Override
public Mono<Void> apply(HttpServerRequest request, HttpServerResponse response) {
NettyDataBufferFactory bufferFactory = new NettyDataBufferFactory(response.alloc());
ServerHttpRequest adaptedRequest;
ServerHttpResponse adaptedResponse;
//转换请求
try {
adaptedRequest = new ReactorServerHttpRequest(request, bufferFactory);
adaptedResponse = new ReactorServerHttpResponse(response, bufferFactory);
}
catch (URISyntaxException ex) {
if (logger.isWarnEnabled()) {
...
}
...
return this.httpHandler.handle(adaptedRequest, adaptedResponse)
.doOnError(ex -> logger.warn("Handling completed with error: " + ex.getMessage()))
.doOnSuccess(aVoid -> logger.debug("Handling completed with success"));
}WEB过滤器链
http handler做的事情第一是将request 和 response转为一个exchange，这个exchange非常核心，是各个filter之间参数流转的载体，该类包含request、response、attributes(扩展字段)，接着做的事情就是web filter链的执行，其中的逻辑主要是监控
其中WebfilterChainParoxy 又会引出新的一条filter链，主要是安全、日志、认证相关的逻辑，由此可见Spring Cloud Gateway的过滤器设计是层层嵌套，扩展性很强
寻找路由规则
核心类是RoutePredicateHandlerMapping，逻辑也非常简单，就是把所有的route规则的predicate遍历一遍看哪个predicate能够命中，核心代码是
return this.routeLocator.getRoutes()
.filter(route -> {
...
return route.getPredicate().test(exchange);
})因为我这里用的是path进行过滤，所以背后的逻辑是PathRoutePredicateFactory来完成的，除了PathRoutePredicateFactory还有很多predicate规则
这些路由规则都能从官方文档上找到影子
核心过滤器链执行
找到路由规则后下一步就是执行了，这里的核心类是FilteringWebHandler，其中的源码为
@Override
public Mono<Void> handle(ServerWebExchange exchange) {
Route route = exchange.getRequiredAttribute(GATEWAY_ROUTE_ATTR);
List<GatewayFilter> gatewayFilters = route.getFilters();
List<GatewayFilter> combined = new ArrayList<>(this.globalFilters);
combined.addAll(gatewayFilters);
//TODO: needed or cached?
AnnotationAwareOrderComparator.sort(combined);
logger.debug("Sorted gatewayFilterFactories: "+ combined);
return new DefaultGatewayFilterChain(combined).filter(exchange);
}做的事情很简单
- 获取route级别的过滤器
- 获取全局过滤器
- 两种过滤器放在一起并根据order进行排序
- 执行过滤器链
因为我的配置里包含了一个添加请求参数的逻辑，所以红线箭头处就是我配置的gateway filter名为 AddRequestParameterGatewayFilterFactory，其余全是Gloabl Filter，这些过滤器的功能主要是url解析，请求转发，响应回写等逻辑，因为我们这里用的是forward schema，所以请求转发会由ForwardRoutingFilter进行执行
请求转发
ForwardRoutingFilter做的事情也很简单，直接复用了spring mvc的能力，将请求提交给dispatcherHandler进行处理，dispatcherHandler会根据path前缀找到需要目标处理器执行逻辑
@Override
public Mono<Void> filter(ServerWebExchange exchange, GatewayFilterChain chain) {
URI requestUrl = exchange.getRequiredAttribute(GATEWAY_REQUEST_URL_ATTR);
String scheme = requestUrl.getScheme();
if (isAlreadyRouted(exchange) || !"forward".equals(scheme)) {
return chain.filter(exchange);
}
setAlreadyRouted(exchange);
//TODO: translate url?
if (log.isTraceEnabled()) {
log.trace("Forwarding to URI: "+requestUrl);
}
return this.dispatcherHandler.handle(exchange);
}响应回写
响应回写的核心类是NettyWriteResponseFilter，但是大家可以注意到执行器链中NettyWriteResponseFilter的排序是在最前面的，按道理这种响应处理的类应该是在靠后才对，这里的设计比较巧妙。大家可以看到chain.filter(exchange).then()，意思就是执行到我的时候直接跳过下一个，等后面的过滤器都执行完后才执行这段逻辑，这种行为控制的方法值得学习。
@Override
public Mono<Void> filter(ServerWebExchange exchange, GatewayFilterChain chain) {
// NOTICE: nothing in "pre" filter stage as CLIENT_RESPONSE_ATTR is not added
// until the WebHandler is run
return chain.filter(exchange).then(Mono.defer(() -> {
HttpClientResponse clientResponse = exchange.getAttribute(CLIENT_RESPONSE_ATTR);
if (clientResponse == null) {
return Mono.empty();
}
log.trace("NettyWriteResponseFilter start");
ServerHttpResponse response = exchange.getResponse();
NettyDataBufferFactory factory = (NettyDataBufferFactory) response.bufferFactory();
//TODO: what if it's not netty
final Flux<NettyDataBuffer> body = clientResponse.receive()
.retain() //TODO: needed?
.map(factory::wrap);
MediaType contentType = response.getHeaders().getContentType();
return (isStreamingMediaType(contentType) ?
response.writeAndFlushWith(body.map(Flux::just)) : response.writeWith(body));
}));
}总结
整体读完Spring Cloud Gateway请求流程代码后，有几点感受
- 过滤器是Spring Cloud Gateway最核心的设计，甚至于可以夸张说Spring Cloud Gateway是一个过滤器链执行框架而不是一个API网关，因为API网关实际的请求转发、请求响应回写都是在过滤器中做的，这些是Spring Cloud Gateway感知不到的逻辑。
- Spring Cloud Gateway路由规则获取的模块具备优化的空间，因为是循环遍历进行获取的，如果每个route规则较多，predicate规则较复杂，就可以考虑用map进行优化了，当日route规则，predicate规则也不会很复杂，兼顾到代码的可读性，当前方式也没有什么问题。
- 作为API网关框架，内置了非常多的过滤器，有一种你不冷，你妈妈觉得你冷的感觉，如果有过滤器的卸载功能可能会更好，用户可用根据实际情况卸载不必要的功能，背后减少的逻辑开销，在调用量极大的API网关场景，收益也会很可观。
