万字长文带你吃透SpringCloudGateway任务原理+静态路由+源码解析

咸宁老师

Spring Cloud Gateway
Spring Cloud 2.x 实现了社区生态下的 Spring CloudGateway（简称SCG）微办事网关名目。Spring Cloud Gateway基于WebFlux框架开发，指标是交换掉Zuul。
Spring Cloud Gateway概述
Spring Cloud Gateway次要有两个特性：
①非梗阻，默许使用RxNetty作为响应式Web容器，经过非梗阻形式，利用较少的线程和资源来处置高并发申请，并晋升办事资源利用的可伸缩性。
②函数式编程端点，经过使用Spring WebFlux的函数式编程模式定义路由端点，处置申请。
Spring Cloud Gateway可与Eureka、Ribbon、Hystrix等组件配合使用，基于Spring 5的Reactor和Spring Boot 2构建，使用Netty作为底层通讯框架，反对异步非梗阻编程模型和响应式编程框架，解决了Zuul框架的I/O梗阻问题和线程收敛问题。使用Spring WebFlux框架能够使Spring Cloud Gateway在高并发场景下拥有更好的机能表示，占用更少的资源。
上面是Spring Cloud民间对Spring Cloud Gateway特点的引见。
● 基于Spring Framework 5、Reactor和Spring Boot 2.0框架。
● 按照申请的属性能够婚配对应的路由。
● 集成Hystrix。
● 集成Spring Cloud DiscoveryClient。
● 把易于编写的Predicates和Filters作用于特定路由。
● 具备一些网关的初级功用，如静态路由、限流、门路重写。
关于微办事网关来讲，最中心的特点包罗路由和过滤器机制。从功用特性下去看，Spring Cloud Gateway和Zuul具备类似的特性。它们均可以集成Hystrix、Ribbon负载平衡及Spring Cloud的现有组件来完成附加功用。并且Spring Cloud Gateway的实质特性还体当初底层的通讯框架上，它能够基于Netty的I/O多路复用和事情响应机制来完成网络通讯；它的此外一大特性就是使用Spring Framework 5的响应式编程模型，允许经过Spring WebFlux完成异步非梗阻特性，在机能和资源利用率上，都有了质的晋升。在编程范式上，Spring CloudGateway使用函数式编程模式。民间提供的Spring Cloud Gateway的架构图如下所示。

Spring Cloud Gateway的中心概念
简略阐明一下架构图中的三个术语。
● Filter（过滤器）：和Zuul的过滤器在概念上相似，能够使用Filter阻拦和修正申请，完成对下游的响应，进行二次处置，完成横切与运用有关的功用，如平安、拜候超时设置、限流等功用。
● Route（路由）：网关配置的根本组成模块，和Zuul的路由配置模块相似。一个Route模块由一个ID、一个指标URI、一组断言和一组过滤器组成。假如断言为真，则路由婚配，指标URI会被拜候。
● Predicate（断言）：Predicate来自Java 8的接口，它能够用来婚配来自HTTP申请的任何内容，例如Headers或参数。接口包孕多种默许办法，并将Predicate组分解繁杂的逻辑（与、或、非），能够用于接口参数校验、路由转发判别等。
Spring Cloud Gateway的接入和配置
Spring Cloud Gateway依赖Spring WebFlux提供的Netty运转时环境，所以Spring Boot必需是2.0或者以上版本。根本的Spring Cloud环境配置确认后，次要的接入步骤如下。
1.Maven依赖引入

2.路由配置形式一：配置文件形式

各字段含意如下。
● id：自定义的路由ID，放弃独一。
● uri：指标办事地址。
● predicates：路由前提，Predicate承受一个输出参数，前往一个布尔值后果。
~ 第一个Predicate基于URL的形式。配置文件的第一个路由的配置采取URL形式，配置了一个ID为url-proxy-1的URI代理规则。路由的规则为：当访问地址为http://localhost：8080/csdn/1.jsp时，会路由到下游地址HTTPs://localhost：8010/1.jsp。~ 第二个Predicate基于办事ID发现的形式。配置文件的第二个路由的配置采取与注册核心相结合的办事发现形式，与单个URI的路由配置比拟，区分其实很小，仅在于URI的schema协定不同。单个URI地址的schema协定，个别为HTTP或者HTTPs协定。
3.基于代码DSL形式的路由配置接入
路由转发功用一样能够经过代码来完成，咱们能够在启动类GatewayApplication中添加customRouteLocator办法来定制转发规定，代码如下：

Spring Cloud Gateway的任务原理
客户端向Spring Cloud Gateway收回HTTP申请后，假如GatewayHandlerMapping 确定请求与路由匹配，则将其发送到 GatewayWebHandler。WebHandler经过该申请的特定过滤器链处置申请。过滤器可以在发送代理请求之前或之后执行逻辑。在 Spring CloudGateway的履行流程中，首先履行一切“pre filter”逻辑，而后进行回源申请代理。在申请代理履行完后，履行“post filter”逻辑。在“pre”类型的过滤器中，能够完成参数校验、权限校验、流量监控、日志输入、协定转换等功用；在“post”类型的过滤器中，能够完成响应内容、响应头的修正，日志的输入、流量监控等功用。中心任务流程如下图所示。

Predicate前提
在Spring Cloud Gateway中，Spring利用Predicate的特性完成了各种路由婚配规定，经过header、申请参数等不同前提来婚配对应的路由。
咱们来看Spring Cloud Gateway内置的几种Predicate的使用办法。

在上述配置文件中，假如多种Predicates同时存在于同一个路由，申请必需同时知足一切前提能力被这个路由婚配。当一个申请知足多个路由的Predicate前提时，申请只会被首个胜利婚配的路由转发。上面分别对不同规定的路由婚配进行解释。
● 经过申请门路婚配（Path Route Predicate）
路由断言工厂接纳一个参数，按照Path定义好的规定来判别拜候的URI是不是婚配。配置示例如下：

假如申请门路合乎要求，则此路由将婚配，例如/hello/1或者/hello/world。
使用curl测试，命令行输出：

通过测试发现，第一条和第二条命令能够正常获得页面前往值，最初一个命令报404过错，证实路由是经过指定门路来婚配的。
● 经过申请参数婚配（Query Route Predicate）
路由断言工厂接纳两个参数：一个必须的参数和一个可选的正则表白式。配置示例如下：

在这样的配置中，只有申请中包孕helloworld属性的参数便可婚配路由。使用curl测试，命令行输出：

通过测试发现，只有申请中带有helloworld参数就会婚配路由，不带helloworld参数则不会婚配。还能够将Query的值以键值对的形式进行配置，这样在申请时会对属性值和正则表白式都进行婚配，键值对婚配后才会正确履行路由逻辑。

在上述路由婚配中，申请中包孕hello属性而且参数值是以world结尾的、长度为三位的字符串，才会进行婚配和路由。使用curl测试，命令行输出：

测试能够前往正确的页面代码。假如将hello的属性值改成ok，再次拜候就会报404过错，证实路由需求婚配正则表白式才会进行路由。
● 经过申请办法婚配
路由断言工厂接纳一个参数，即需求婚配HTTP办法。经过POST、GET、PUT、DELETE等不同的申请形式来进行路由。

使用curl测试（＃curl默许以GET的形式去申请），命令行输出：

测试前往页面代码，证实婚配到路由。
咱们再以POST的形式申请测试。

前往404过错表现没有找到，证实没有婚配上路由。
● 经过Header属性婚配
路由断言工厂接纳两个参数，分别是申请头称号和正则表白式。
Header Route Predicate和Cookie Route Predicate同样，也是接纳2个参数：一个header的属性值和一个正则表白式。这个属性值和正则表白式婚配则履行。

● 经过Host路由婚配
Spring Cloud Gateway 可以根据 Host 名进行匹配转发， HostRoute Predicate接纳一组参数、一组婚配的域名列表。它经过参数中的主机地址作为婚配规定。

使用curl测试，命令行输出：

经过测试以上两种Host设置形式，都可婚配到host_route，去掉host参数则会报404过错。
● 时间婚配
Predicate反对设置时间，在申请转发时，先判别这个时间与咱们设置的时间，而后进行转发，所以又细分为设置时间后断言、设置时间前断言、设置时间之中断言。
设置时间后断言：从After Route Predicate Factory中获得一个UTC时间格局的参数，当申请确当前时间在配置的UTC时间之后，则胜利婚配，不然不克不及胜利婚配。上面是实例配置：

设置时间前断言：从Before Route Predicate Factory中获得一个UTC时间格局的参数，当申请确当前时间在配置的UTC时间以前，则胜利婚配，不然不克不及胜利婚配。上面是实例配置：

设置时间之中断言：从Between Route Predicate Factory中获得一个UTC时间格局的参数，当申请确当前时间在配置的UTC时间之间，则胜利婚配，不然不克不及胜利婚配。上面是实例配置：

● 经过Cookie婚配
Cookie路由断言会取两个参数，一个是Cookie name，一个是正则表白式，路由规定是经过获得的对应Cookie name值和正则表白式进行婚配，假如婚配上就会履行路由，假如没有婚配上则不履行。

● 经过IP地址婚配
RemoteAddr Route Predicate Factory配置一个IPv4或者IPv6网段的字符串或者IP地址。当申请的IP地址在网段以内或者与配置的IP地址相反，婚配胜利，则进行转发，不然不进行转发。

能够将curl localhost：8080设置为本机的IP地址进行测试，假如申请的近程地址是192.168.1.30，则此路由将婚配。
GatewayFilter与GlobalFilter
Spring Cloud Gateway 中有两种 Filter ，一种是GlobalFilter（全局过滤器），一种是GatewayFilter。GlobalFilter默许对一切路由无效，GatewayFilter需求经过路由分组指定。
GlobalFilter接口与GatewayFilter拥有相反的签名，是有前提地运用于一切路由的特殊过滤器。
当申请进入路由婚配逻辑时，Web Handler会将GlobalFilter的一切实例和一切GatewayFilter路由特定实例添加到Filter Chain组件。Filter组合履行的程序由Ordered接口抉择，能够经过getOrder办法或使用@Order正文来设置。Spring Cloud Gateway经过履行过滤器将逻辑分为“前置”和“后置”阶段，优先级较高的前置过滤器会优先被履行，而优先级较高的后置过滤器的履行程序正好相同，最初履行。
GatewayFilter Factories
过滤器允许以某种形式修正传入的HTTP申请或前往的HTTP响应。
过滤器的作用域是某些特定路由。Spring Cloud Gateway包罗许多内置的过滤器工厂。
● 完成前缀修正（减少前缀、去掉前缀）
PrefixPathGatewayFilterFactory及StripPrefixGatewayFilterFactory 是一对处理请求 URL 的前缀的Filter工厂，前者添加前缀，后者去除前缀。
配置文件application.yml如下：

~ PrefixPathGatewayFilterFactory允许你在对应的路由申请前减少前缀。例照实例配置中的申请/hello，最初转发到指标办事的门路变成/mypath/hello。
~ StripPrefixGatewayFilterFactory允许你在对应的路由申请前去除前缀，例照实例配置中的申请/name/bar/foo，去除后面两个前缀后，最初转发到指标办事的门路为/foo。
● 完成申请头内容添加和改写
AddRequestHeader GatewayFilter Factory采取一对称号和值作为参数，配置文件application.yml如下：

关于一切婚配的申请，将在向上游申请的头内容中添加xrequest-foo：bar header。
● 完成申请体内容添加和改写
AddRequestParameter GatewayFilter Factory采取一对称号和值作为参数，配置参数application.yml如下：

关于一切婚配的申请，将向上游申请添加foo=bar查问字符串。
● 完成熔断升级
Hystrix GatewayFilter允许向网关路由引入Hystrix，维护办事不受级联毛病的影响，并允许在上游毛病时提供fallback响应。要在项目中启用 Hystrix 网关过滤器，需要向 Hystrix 的依赖 HystrixGatewayFilter Factory添加一个name参数，即HystrixCo妹妹and的称号，配置文件application.yml如下：

当调用hystrixfallback时，将转发到/incaseoffailureusethis。留意，这个示例还演示了经过指标URI上的“lb”前缀使Spring Cloud Netflix Ribbon客户端完成负载平衡。次要场景是网关运用顺序中的外部管制器或处置顺序使用fallbackUri，它也能够将申请从新路由到内部运用顺序中的管制器或处置顺序。
● 散布式限流
SpringCloudGateway内置的RequestRateLimiterGatewayFilterFactory提供限流的才能，基于令牌桶算法完成。目前它内置的RedisRateLimiter，依赖Redis来存储限流配置和统计数据。固然你也能够完成本人的RateLimiter，只需完成Spring Cloud Gateway 自带的 RateLimiter 接口或者继承AbstractRateLimiter。
首先，添加Maven依赖。

其次，添加限流配置。

最初，实现对Path的KeyResolver（能够经过KeyResolver来指定限流的Key），完成对特定Path下的限流管制配置。在过滤器中能够配置一个可选的KeyResolver，KeyResolver在配置中按照称号使用SpEL援用Bean。＃{@myKeyResolver}是援用名为“pathKeyResolver”的Bean的SpEL表白式。KeyResolver接口允许使用可插拔战略来派生限度申请的Key。代码如下：

Spring Cloud Gateway的静态路由
上面引见基于Spring Cloud Gateway的静态路由完成（相干代码将会随书附带），完成形式与Zuul的静态路由完成形式相似，拥有比Zuul更为灵敏的路由战略和婚配模式。这两种解决计划如下。
●经过SpringCloudGateway提供的GatewayControllerEndpointduan端点功用，完成路由的增删改查，或者自己实现 ApplicationEventPublisherAware 接口，完成自定义的路由操作办法。详细能够参考源码：GatewayControllerEndpointduan类。
● 经过完成RouteDefinitionRepository接口，完成自定义的Repository类，完成从数据库或者缓存中静态加载路由信息的功用。架构模式与Zuul的静态路由采取类似的路由加载战略，架构流程图如下。

静态路由思绪及解决计划详细如下。
首先，Admin作为前端办理界面，将用户对路由的添加、修正等操作经过RouteAsynchService存储到DB中。DB中的存储构造如下图所示。

字段映照瓜葛如下。
● routeid：标识路由的独一ID，能够按照路由ID查找路由，路由ID不克不及反复。
● routename：运用称号是标识路由的别号，是非必选项。
● routeorder：对应RouteDefinition中的order属性。
● routestatus：路由形态，包罗编纂、公布、下线等形态。
● strategy：路由战略，和Zuul的路由战略类似，也反对ServiceID战略和URL战略。
●predicates：对应RouteDefinition中的List predicates战略聚拢，以键值对的方式对应断言战略。
● filters：对应RouteDefinition中的Listfilters聚拢，以键值对的方式对应过滤器战略。
● uri：对应后端办事，能够是后端办事的ServiceID，也能够是办事的URL地址，与路由战略对应。
● groupname：标识这个新建的路由归属在哪一个网关集群上面。
其次，Spring Cloud Gateway的静态路由办理战略都经过Admin接纳对网关路由的增删改查命令，而后经过RouteAsynchService将路由更新办事并公布到对应的网关节点，网关节点从数据库静态获取最新的路由形态，更新缓存和以后路由。上面对网关节点的事情监听机制进行讲授。

阐明1＃：在代码段中，refreshRoute办法是事情监听的入口办法，该办法会向Admin办理办事袒露一个REST办事。当Admin对路由进行更改后，会调用refreshRoute办法，触发Spring Cloud Gateway自带的RefreshRoutesEvent事情，同时设置原子布尔变量routedefine为true，在上面的静态路由加载中按照该原子布尔变量抉择是从数据库中读取路由仍是从缓存中读取路由。
上面是定制化的中心路由静态加载缓和存办理的症结代码，次要经过完成自定义的路由Repository加载类来静态地加载路由，经过承继RouteDefinitionRepository父类来提供路由的配相信息，完成逻辑如下：

阐明2＃：在代码段中，SagRouteDefinationRepository是自定义的路由加载完成类，这个类完成了RouteDefinitionRepository接口。
该接口的源码如下：

然后，跟进 getRouteDefinitions 方法，它是RouteDefinitionRouteLocator的回调办法，能够实时更新路由信息，代码如下：

从源码中调用链路追溯，能够发现上面的调用链路：

阐明3＃：在代码段中，refreshNeed（）办法是判别缓存是不是生效的标识原子布尔变量，当Admin回调1＃代码段中的刷新接口时，会将该生效接口关上。在路由加载时，假如refreshNeed为false而且routeDefinitions不为空，那末优先加载缓存中的路由信息。假如refreshNeed为true，那末优先履行加载数据库的操作，经过这段代码的逻辑处置就能包管网关中路由的刷新效力缓和存与数据库中路由信息的同步。
说明 4 ＃：该代码段是从数据库中加载路由的核心实现。
localteRoutefromDB （）方法从数据库中加载路由，返回RouteDefinitionVo模型的数据库路由列表信息。上面是该模型类的代码：

transfer（）方法实现了从 RouteDefinitionVo 到RouteDefinition的类型转换，上面是transfer（）办法调用的类型转换的中心代码：

阐明5＃：在代码段中，GatewayPredicateDefinitionFactory实现断言的模式婚配转换。Predicate-Definition是断言的模型定义，定义name为Key、args为Value。举例如下：

GatewayPredicateDefinitionFactory实现过滤器的模式婚配转换。FilterDefinition是过滤器的模型定义，定义name为Key、args为Value。举例如下：

Spring Cloud Gateway源码解析
启动Spring Cloud Gateway，需求依赖民间的Starter组件。上面咱们从Maven依赖开始，对Spring Cloud Gateway的源码进行解析。

初始化加载
上述是spring-cloud-starter-gateway启动前需求援用的一个自动配置Starter，能够经过查问该Starter的源码发现Spring CloudGateway的完成所依赖的组件，Maven配置如下：

可以看到 Spring Cloud Gateway 的 Starter 启动类主要依赖spring-cloud-gateway-core组件。使用EnableAutoConfiguration注解实现自动配置初始化信息，咱们在Spring Cloud Gateway下的spring.factories（在包spring-cloud-gateway-core）声明文件如下：

GatewayAutoConfiguration

阐明：
GatewayAutoConfiguration配置是Spring Cloud Gateway的中心配置类，初始化如下组件：
● NettyConfiguration
●GlobalFilter（ AdaptCachedBodyGlobalFilter、RouteToRequestUrlFilter、 ForwardRoutingFilter、ForwardPathFilter、WebsocketRoutingFilter、WeightCalculatorWebFilter等）
● FilteringWebHandler
● GatewayProperties
● PrefixPathGatewayFilterFactory
● RoutePredicateFactory
● RouteDefinitionLocator● RouteLocator
● RoutePredicateHandlerMapping（查找婚配到的Route并进行处置）
● GatewayWebfluxEndpoint（办理网关的HTTP API）
HTTP申请路由源码剖析
Spring Cloud Gateway中使用HandlerMapping对申请的链接进行解析，婚配对应的Route，转发到对应的办事。下图为全部申请的流程，用户请求先通过 DispatcherHandler 找到对应的GatewayHandlerMapping，再经过GatewayHandlerMapping解析婚配到的Handler；Handler处置完后，通过Filter处置，终究将申请转发到后端办事。

在后面的静态路由加载过程当中，其实曾经贯通了全部HTTP申请的调用链路，详细如下：

申请先由DispatcherHandler进行处置，DispatcherHandler在初始化时会在Spring IoC容器中查找完成HandlerMapping接口的完成类。然后保存到内部变量 handlerMappings 数据结构中。
DispatcherHandler 调用 handler 方法迭代 handlerMappings 中的HandlerMapping接口，次要源码如下：

AbstractHandlerMapping 在 getHandler 方法中封装了CORS（Cross-Origin Resource Sharing，跨域资源同享）。由于一切Handler均可能波及CORS的处置，所以笼统类AbstractHandlerMapping提供了getHandlerInternal子类来完成查找Handler的详细办法。

RoutePredicateHandlerMapping用于婚配详细的路由，并前往FilteringWebHandler 。通过 RoutePredicateHandlerMapping 中的RouteLocator 对象存储启动时加载的路由对象信息。当RoutePredicateHandlerMapping获得对应的路由时，会将Route信息存储到ServerWebExchanges属性中，而后前往完成了WebHandler接口的FilteringWebHandler 。 FilteringWebHandler 是一个存放过滤器的Handler。
调用RoutePredicateHandlerMapping的getHandlerInternal办法从RouteLocator获得路由，并寄放在ServerWebExchange中，前往webFilter对象，代码如下：

DispatcherHandler 通过 SimpleHandlerAdapter 组件调用FilteringWebHandler模块的handler办法，FilteringWebHandler模块接着调用之前在容器中注册的所有 Filter ，处理完毕后返回Response，代码如下：

小结
构建响应式微办事能够获取异步、响应性、弹性、疾速恢复、背压等零碎特性，同时响应式微办事架构在资源占用、高并发、高吞吐、异步处置场景中拥有更强的劣势。目前响应式框架技术选型泛滥，假如将响应式编程运用到大范围出产零碎中，则需求进行周到的调研，并对实际名目周期、人员教训、技术框架等要素进行综合衡量斟酌，防止技术的繁杂度问题成为业务开展过程当中的瓶颈。
本文给大家讲授的内容是响应式微办事架构，SpringCloudGateway任务原理+静态路由+源码解析
下篇文章给大家讲授的内容是Kubernetes容器办理，Kubernetes的根底感觉文章不错的敌人能够转发此文关注小编；感激大家的反对！

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