API网关—系统的门面要如何做呢?

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我是靠谱客的博主细心哑铃，最近开发中收集的这篇文章主要介绍API网关—系统的门面要如何做呢?，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

文章出自：阿里巴巴十亿级并发系统设计（2021版）—第27节：API网关:系统的门面要如何做呢?

链接：https://pan.baidu.com/s/1lbqQhDWjdZe1CBU-6U4jhA 提取码：8888

API 网关起到的作用

API 网关要如何实现

如何在你的系统中引入 API 网关呢?

课程小结

到目前为止，你的垂直电商系统在经过微服务化拆分之后，已经运行了一段时间了，系统的扩展性得到了很大的提升，也能够比较平稳地度过高峰期的流量了。不过最近你发现，随着自己的电商网站知名度越来越高，系统迎来了一些“不速之客”，在凌晨的时候，系统中的搜索商品和用户接口的调用量，会有激剧的上升，持续一段时间之后又回归正常。这些搜索请求有一个共同特征是，来自固定的几台设备。当你在搜索服务上加一个针对设备 ID 的限流功能之后，凌晨的高峰搜索请求不见了。但是不久之后，用户服务也出现了大量爬取用户信息的请求，商品接口出现了大量爬取商品信息的请求。你不得不在这两个服务上也增加一样的限流策略。但是这样会有一个问题：不同的三个服务上使用同一种策略，在代码上会有冗余，无法做到重用，如果其他服务上也出现类似的问题，还要通过拷贝代码来实现，肯定是不行的。

不过作为 Java 程序员，你很容易想到:将限流的功能独立成一个单独的 jar 包，给这三个服务来引用。不过你忽略了一种情况，那就是你的电商团队使用的除了 Java，还有 PHP 和 Golang 等多种语言。用多种语言开发的服务是没有办法使用 jar 包，来实现限流功能的，这时你需要引入 API 网关。

API 网关起到的作用

API 网关(API Gateway)不是一个开源组件，而是一种架构模式，它是将一些服务共有的功能整合在一起，独立部署为单独的一层，用来解决一些服务治理的问题。你可以把它看作系统的边界，它可以对出入系统的流量做统一的管控。在我看来，API 网关可以分为两类:一类叫做入口网关，一类叫做出口网关。入口网关是我们经常使用的网关种类，它部署在负载均衡服务器和应用服务器之间，主要有几方面的作用。

提供客户端一个统一的接入地址：API 网关可以将用户的请求动态路由到不同的业务服务上，并且做一些必要的协议转换工作。在你的系统中，你部署的微服务对外暴露的协议可能不同:有些提供的是 HTTP 服务;有些已经完成 RPC 改造，对外暴露 RPC 服务;有些遗留系统可能还暴露的是 Web Service 服务。API 网关可以对客户端屏蔽这些服务的部署地址，以及协议的细节，给客户端的调用带来很大的便捷。
在 API 网关中，我们可以植入一些服务治理的策略，比如服务的熔断、降级、流量控制和分流等等(关于服务降级和流量控制的细节，我会在后面的课程中具体讲解，在这里，你只要知道它们可以在 API 网关中实现就可以了)。
客户端的认证和授权的实现，也可以放在 API 网关中。你要知道，不同类型的客户端使用的认证方式是不同的。在我之前项目中，手机 APP 使用 Oauth 协议认证。HTML5 端和 Web 端使用 Cookie 认证，内部服务使用自研的 Token 认证方式。这些认证方式在 API 网关上，可以得到统一处理，应用服务不需要了解认证的细节。
API 网关还可以做一些与黑白名单相关的事情，比如针对设备 ID、用户 IP、用户 ID 等维度的黑白名单。
在 API 网关中也可以做一些日志记录的事情，比如记录 HTTP 请求的访问日志，我在25讲中讲述分布式追踪系统时，提到的标记一次请求的 requestId，也可以在网关中来生成。

出口网关就没有这么丰富的功能和作用了。我们在系统开发中，会依赖很多外部的第三方系统，比如典型的例子:第三方账户登录、使用第三方工具支付等等。我们可以在应用服务器和第三方系统之间，部署出口网关，在出口网关中，对调用外部的 API 做统一的认证、授权，审计以及访问控制。

我花一定的篇幅去讲 API 网关起到的作用，主要是想让你了解，API 网关可以解决什么样的实际问题，这样，当你在面对这些问题时，你就会有解决的思路，不会手足无措了。

API 网关要如何实现

了解 API 网关的作用之后，所以接下来，我们来看看 API 网关在实现中需要关注哪些点，以及常见的开源 API 网关有哪些，这样，你在实际工作中，无论是考虑自研 API 网关还是使用开源的实现都会比较自如了。

在实现一个 API 网关时，你首先要考虑的是它的性能。这很好理解，API 入口网关承担从客户端的所有流量。假如业务服务处理时间是 10ms，而 API 网关的耗时在 1ms，那么相当于每个接口的响应时间都要增加 10%，这对于性能的影响无疑是巨大的。而提升 API 网关性能的关键还是在 I/O 模型上(我在23 讲中详细讲到过)，这里只是举一个例子来说明 I/O 模型对于性能的影响。

Netfix 开源的 API 网关 Zuul，在 1.0 版本的时候使用的是同步阻塞 I/O 模型，整体系统其实就是一个 servlet，在接收到用户的请求，然后执行在网关中配置的认证、协议转换等逻辑之后，调用后端的服务获取数据返回给用户。而在 Zuul2.0 中，Netfix 团队将 servlet 改造成了一个 netty server(netty 服务)，采用 I/O 多路复用的模型处理接入的 I/O 请求，并且将之前同步阻塞调用后端服务的方式，改造成使用 netty client(netty 客户端)非阻塞调用的方式。改造之后，Netfix 团队经过测试发现性能提升了 20% 左右。

除此之外，API 网关中执行的动作有些是可以预先定义好的，比如黑白名单的设置，接口动态路由;有些则是需要业务方依据自身业务来定义。所以，API 网关的设计要注意扩展性，也就是你可以随时在网关的执行链路上，增加一些逻辑，也可以随时下掉一些逻辑(也就是所谓的热插拔)。所以一般来说，我们可以把每一个操作定义为一个 filter(过滤器)，然后使用“责任链模式”将这些 filter 串起来。责任链可以动态地组织这些 filter，解耦 filter 之间的关系，无论是增加还是减少 filter，都不会对其他的 filter 有任何的影响。

Zuul 就是采用责任链模式，Zuul1 中将 filter 定义为三类:pre routing filter(路由前过滤器)、routing filter(路由过滤器)和 after routing filter(路由后过滤器)。每一个 filter 定义了执行的顺序，在 filter 注册时，会按照顺序插入到 filter chain(过滤器链) 中。这样 Zuul 在接收到请求时，就会按照顺序依次执行插入到 filter chain 中的 filter 了。

另外还需要注意的一点是，为了提升网关对于请求的并行处理能力，我们一般会使用线程池来并行的执行请求。不过，这就带来一个问题:如果商品服务出现问题，造成响应缓慢，那么调用商品服务的线程就会被阻塞无法释放，久而久之，线程池中的线程就会被商品服务所占据，那么其他服务也会受到级联的影响。因此，我们需要针对不同的服务做线程隔离，或者保护。在我看来有两种思路:

如果你后端的服务拆分得不多，可以针对不同的服务，采用不同的线程池，这样商品服务的故障就不会影响到支付服务和用户服务了;
在线程池内部可以针对不同的服务，甚至不同的接口做线程的保护。比如说，线程池的最大线程数是 1000，那么可以给每个服务设置一个最多可以使用的配额。

一般来说，服务的执行时间应该在毫秒级别，线程被使用后会很快被释放，回到线程池给后续请求使用，同时处于执行中的线程数量不会很多，对服务或者接口设置线程的配额，不会影响到正常的执行。可是一旦发生故障，某个接口或者服务的响应时间变长，造成线程数暴涨，但是因为有配额的限制，也就不会影响到其他的接口或者服务了。你在实际应用中也可以将这两种方式结合，比如说针对不同的服务使用不同的线程池，在线程池内部针对不同的接口设置配额。

以上就是实现 API 网关的一些关键的点，你如果要自研 API 网关服务的话可以参考借鉴。另外 API 网关也有很多开源的实现，目前使用比较广泛的有以下几个:

Kong：在 Nginx 中运行的 Lua 程序。得益于 Nginx 的性能优势，Kong 相比于其它的开源 API 网关来说，性能方面是最好的。由于大中型公司对于 Nginx 运维能力都比较强，所以选择 Kong 作为 API 网关，无论是在性能还是在运维的把控力上，都是比较好的选择;
Zuul：Spring Cloud 全家桶中的成员，如果你已经使用了 Spring Cloud 中的其他组件，那么也可以考虑使用 Zuul 和它们无缝集成。不过，Zuul1 因为采用同步阻塞模型，所以在性能上并不是很高效，而 Zuul2 推出时间不长，难免会有坑。但是 Zuul 的代码简单易懂，可以很好的把控，并且你的系统的量级很可能达不到 Netfix 这样的级别，所以对于Java 技术栈的团队，使用 Zuul 也是一个不错的选择;
Tyk：一种 Go 语言实现的轻量级 API 网关，有着丰富的插件资源，对于 Go 语言栈的团队来说，也是一种不错的选择。

那么你要考虑的是，这些开源项目适不适合作为 AIP 网关供自己使用。而接下来，我以电商系统为例，带你将 API 网关引入我们的系统之中。

如何在你的系统中引入 API 网关呢?

目前为止，我们的电商系统已经经过了服务化改造，在服务层和客户端之间有一层薄薄的Web 层，这个 Web 层做的事情主要有两方面: 一方面是对服务层接口数据的聚合。比如，商品详情页的接口，可能会聚合服务层中，获取商品信息、用户信息、店铺信息以及用户评论等多个服务接口的数据; 另一方面 Web 层还需要将 HTTP 请求转换为 RPC 请求，并且对前端的流量做一些限制，对于某些请求添加设备 ID 的黑名单等等。

因此，我们在做改造的时候，可以先将 API 网关从 Web 层中独立出来，将协议转换、限流、黑白名单等事情，挪到 API 网关中来处理，形成独立的入口网关层;而针对服务接口数据聚合的操作，一般有两种解决思路:

1. 再独立出一组网关专门做服务聚合、超时控制方面的事情，我们一般把前一种网关叫做流量网关，后一种可以叫做业务网关;
2. 抽取独立的服务层，专门做接口聚合的操作。这样服务层就大概分为原子服务层和聚合服务层。

我认为，接口数据聚合是业务操作，与其放在通用的网关层来实现，不如放在更贴近业务的服务层来实现，所以，我更倾向于第二种方案。

同时，我们可以在系统和第三方支付服务，以及登陆服务之间部署出口网关服务。原先，你会在拆分出来的支付服务中，完成对于第三方支付接口所需要数据的加密、签名等操作，再调用第三方支付接口，完成支付请求。现在，你把对数据的加密、签名的操作放在出口网关中，这样一来，支付服务只需要调用出口网关的统一支付接口就可以了。在引入了 API 网关之后，我们的系统架构就变成了下面这样:

课程小结

本节课我带你了解了 API 网关在系统中的作用，在实现中的一些关键的点，以及如何将 API 网关引入你的系统，我想强调的重点如下:

API 网关分为入口网关和出口网关两类，入口网关作用很多，可以隔离客户端和微服务，从中提供协议转换、安全策略、认证、限流、熔断等功能。出口网关主要是为调用第三方服务提供统一的出口，在其中可以对调用外部的 API 做统一的认证、授权，审计以及访问控制;
API 网关的实现重点在于性能和扩展性，你可以使用多路 I/O 复用模型和线程池并发处理，来提升网关性能，使用责任链模式来提升网关的扩展性;
API 网关中的线程池，可以针对不同的接口或者服务做隔离和保护，这样可以提升网关的可用性;
API 网关可以替代原本系统中的 Web 层，将 Web 层中的协议转换、认证、限流等功能挪入到 API 网关中，将服务聚合的逻辑下沉到服务层。

API 网关可以为 API 的调用提供便捷，也可以为将一些服务治理的功能独立出来，达到复用的目的，虽然在性能上可能会有一些损耗，但是一般来说，使用成熟的开源 API 网关组件，这些损耗都是可以接受的。所以，当你的微服务系统越来越复杂时，你可以考虑使用 API 网关作为整体系统的门面。