我是靠谱客的博主 自由咖啡豆,最近开发中收集的这篇文章主要介绍从零开始,设计一个高性能 API 网关,觉得挺不错的,现在分享给大家,希望可以做个参考。

概述

一、前言

最近在 github 上看了 soul 网关的设计,突然就来了兴趣准备自己从零开始写一个高性能的网关。经过两周时间的开发,我的网关 ship-gate 核心功能基本都已完成,最大的缺陷就是前端功底太差没有管理后台 ????。

二、设计

2.1 技术选型

网关是所有请求的入口,所以要求有很高的吞吐量,为了实现这点可以使用请求异步化来解决。目前一般有以下两种方案:

  • Tomcat/Jetty+NIO+Servlet3

Servlet3 已经支持异步,这种方案使用比较多,京东,有赞和 Zuul,都用的是这种方案。

  • Netty+NIO

Netty 为高并发而生,目前唯品会的网关使用这个策略,在唯品会的技术文章中在相同的情况下 Netty 是每秒 30w+的吞吐量,Tomcat 是 13w+,可以看出是有一定的差距的,但是 Netty 需要自己处理 HTTP 协议,这一块比较麻烦。

后面发现 Soul 网关是基于 Spring WebFlux(底层 Netty)的,不用太关心 HTTP 协议的处理,于是决定也用 Spring WebFlux。

网关的第二个特点是具备可扩展性,比如 Netflix Zuul 有 preFilters,postFilters 等在不同的阶段方便处理不同的业务,基于责任链模式将请求进行链式处理即可实现。

在微服务架构下,服务都会进行多实例部署来保证高可用,请求到达网关时,网关需要根据 URL 找到所有可用的实例,这时就需要服务注册和发现功能,即注册中心。

现在流行的注册中心有 Apache 的 Zookeeper 和阿里的 Nacos 两种(consul 有点小众),因为之前写 RPC 框架时已经用过了 Zookeeper,所以这次就选择了 Nacos。

2.2 需求清单

首先要明确目标,即开发一个具备哪些特性的网关,总结下后如下:

  • 自定义路由规则

可基于 version 的路由规则设置,路由对象包括 DEFAUL,HEADER 和 QUERY 三种,匹配方式包括=、regex、like 三种。

  • 跨语言

HTTP 协议天生跨语言

  • 高性能

Netty 本身就是一款高性能的通信框架,同时 server 将一些路由规则等数据缓存到 JVM 内存避免请求 admin 服务。

  • 高可用

支持集群模式防止单节点故障,无状态。

  • 灰度发布

灰度发布(又名金丝雀发布)是指在黑与白之间,能够平滑过渡的一种发布方式。在其上可以进行 A/B testing,即让一部分用户继续用产品特性 A,一部分用户开始用产品特性 B,如果用户对 B 没有什么反对意见,那么逐步扩大范围,把所有用户都迁移到 B 上面来。通过特性一可以实现。

  • 接口鉴权

基于责任链模式,用户开发自己的鉴权插件即可。

  • 负载均衡

支持多种负载均衡算法,如随机,轮询,加权轮询等。利用 SPI 机制可以根据配置进行动态加载。

2.3 架构设计

在参考了一些优秀的网关 Zuul,Spring Cloud Gateway,Soul 后,将项目划分为以下几个模块。

它们之间的关系如图:

网关设计

注意:这张图与实际实现有点出入,Nacos push 到本地缓存的那个环节没有实现,目前只有 ship-sever 定时轮询 pull 的过程。ship-admin 从 Nacos 获取注册服务信息的过程,也改成了 ServiceA 启动时主动发生 HTTP 请求通知 ship-admin。

2.4 表结构设计

图片

三、编码

3.1 ship-client-spring-boot-starter

首先创建一个 spring-boot-starter 命名为 ship-client-spring-boot-starter,其核心类 AutoRegisterListener 就是在项目启动时做了两件事:

  1. 服务信息注册到 Nacos 注册中心

  2. 知 ship-admin 服务上线了并注册下线 hook。

代码如下:

public class AutoRegisterListener implements ApplicationListener<ContextRefreshedEvent> {  
  
    private final static Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(AutoRegisterListener.class);  
  
    private volatile AtomicBoolean registered = new AtomicBoolean(false);  
  
    private final ClientConfigProperties properties;  
  
    @NacosInjected  
    private NamingService namingService;  
  
    @Autowired  
    private RequestMappingHandlerMapping handlerMapping;  
  
    private final ExecutorService pool;  
  
    /**  
     * url list to ignore  
     */  
    private static List<String> ignoreUrlList = new LinkedList<>();  
  
    static {  
        ignoreUrlList.add("/error");  
    }  
  
    public AutoRegisterListener(ClientConfigProperties properties) {  
        if (!check(properties)) {  
            LOGGER.error("client config port,contextPath,appName adminUrl and version can't be empty!");  
            throw new ShipException("client config port,contextPath,appName adminUrl and version can't be empty!");  
        }  
        this.properties = properties;  
        pool = new ThreadPoolExecutor(1, 4, 0, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>());  
    }  
  
    /**  
     * check the ClientConfigProperties  
     *  
     * @param properties  
     * @return  
     */  
    private boolean check(ClientConfigProperties properties) {  
        if (properties.getPort() == null || properties.getContextPath() == null  
                || properties.getVersion() == null || properties.getAppName() == null  
                || properties.getAdminUrl() == null) {  
            return false;  
        }  
        return true;  
    }  
  
  
    @Override  
    public void onApplicationEvent(ContextRefreshedEvent event) {  
        if (!registered.compareAndSet(false, true)) {  
            return;  
        }  
        doRegister();  
        registerShutDownHook();  
    }  
  
    /**  
     * send unregister request to admin when jvm shutdown  
     */  
    private void registerShutDownHook() {  
        final String url = "http://" + properties.getAdminUrl() + AdminConstants.UNREGISTER_PATH;  
        final UnregisterAppDTO unregisterAppDTO = new UnregisterAppDTO();  
        unregisterAppDTO.setAppName(properties.getAppName());  
        unregisterAppDTO.setVersion(properties.getVersion());  
        unregisterAppDTO.setIp(IpUtil.getLocalIpAddress());  
        unregisterAppDTO.setPort(properties.getPort());  
        Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread(() -> {  
            OkhttpTool.doPost(url, unregisterAppDTO);  
            LOGGER.info("[{}:{}] unregister from ship-admin success!", unregisterAppDTO.getAppName(), unregisterAppDTO.getVersion());  
        }));  
    }  
  
    /**  
     * register all interface info to register center  
     */  
    private void doRegister() {  
        Instance instance = new Instance();  
        instance.setIp(IpUtil.getLocalIpAddress());  
        instance.setPort(properties.getPort());  
        instance.setEphemeral(true);  
        Map<String, String> metadataMap = new HashMap<>();  
        metadataMap.put("version", properties.getVersion());  
        metadataMap.put("appName", properties.getAppName());  
        instance.setMetadata(metadataMap);  
        try {  
            namingService.registerInstance(properties.getAppName(), NacosConstants.APP_GROUP_NAME, instance);  
        } catch (NacosException e) {  
            LOGGER.error("register to nacos fail", e);  
            throw new ShipException(e.getErrCode(), e.getErrMsg());  
        }  
        LOGGER.info("register interface info to nacos success!");  
        // send register request to ship-admin  
        String url = "http://" + properties.getAdminUrl() + AdminConstants.REGISTER_PATH;  
        RegisterAppDTO registerAppDTO = buildRegisterAppDTO(instance);  
        OkhttpTool.doPost(url, registerAppDTO);  
        LOGGER.info("register to ship-admin success!");  
    }  
  
  
    private RegisterAppDTO buildRegisterAppDTO(Instance instance) {  
        RegisterAppDTO registerAppDTO = new RegisterAppDTO();  
        registerAppDTO.setAppName(properties.getAppName());  
        registerAppDTO.setContextPath(properties.getContextPath());  
        registerAppDTO.setIp(instance.getIp());  
        registerAppDTO.setPort(instance.getPort());  
        registerAppDTO.setVersion(properties.getVersion());  
        return registerAppDTO;  
    }  
}  

3.2 ship-server

ship-sever 项目主要包括了两个部分内容, 1.请求动态路由的主流程 2.本地缓存数据和 ship-admin 及 nacos 同步,这部分在后面 3.3 再讲。

ship-server 实现动态路由的原理是利用 WebFilter 拦截请求,然后将请求教给 plugin chain 去链式处理。

PluginFilter 根据 URL 解析出 appName,然后将启用的 plugin 组装成 plugin chain。

public class PluginFilter implements WebFilter {  
  
    private ServerConfigProperties properties;  
  
    public PluginFilter(ServerConfigProperties properties) {  
        this.properties = properties;  
    }  
  
    @Override  
    public Mono<Void> filter(ServerWebExchange exchange, WebFilterChain chain) {  
        String appName = parseAppName(exchange);  
        if (CollectionUtils.isEmpty(ServiceCache.getAllInstances(appName))) {  
            throw new ShipException(ShipExceptionEnum.SERVICE_NOT_FIND);  
        }  
        PluginChain pluginChain = new PluginChain(properties, appName);  
        pluginChain.addPlugin(new DynamicRoutePlugin(properties));  
        pluginChain.addPlugin(new AuthPlugin(properties));  
        return pluginChain.execute(exchange, pluginChain);  
    }  
  
    private String parseAppName(ServerWebExchange exchange) {  
        RequestPath path = exchange.getRequest().getPath();  
        String appName = path.value().split("/")[1];  
        return appName;  
    }  
}  

PluginChain 继承了 AbstractShipPlugin 并持有所有要执行的插件。

/**  
 * @Author: Ship  
 * @Description:  
 * @Date: Created in 2020/12/25  
 */  
public class PluginChain extends AbstractShipPlugin {  
    /**  
     * the pos point to current plugin  
     */  
    private int pos;  
    /**  
     * the plugins of chain  
     */  
    private List<ShipPlugin> plugins;  
  
    private final String appName;  
  
    public PluginChain(ServerConfigProperties properties, String appName) {  
        super(properties);  
        this.appName = appName;  
    }  
  
    /**  
     * add enabled plugin to chain  
     *  
     * @param shipPlugin  
     */  
    public void addPlugin(ShipPlugin shipPlugin) {  
        if (plugins == null) {  
            plugins = new ArrayList<>();  
        }  
        if (!PluginCache.isEnabled(appName, shipPlugin.name())) {  
            return;  
        }  
        plugins.add(shipPlugin);  
        // order by the plugin's order  
        plugins.sort(Comparator.comparing(ShipPlugin::order));  
    }  
  
    @Override  
    public Integer order() {  
        return null;  
    }  
  
    @Override  
    public String name() {  
        return null;  
    }  
  
    @Override  
    public Mono<Void> execute(ServerWebExchange exchange, PluginChain pluginChain) {  
        if (pos == plugins.size()) {  
            return exchange.getResponse().setComplete();  
        }  
        return pluginChain.plugins.get(pos++).execute(exchange, pluginChain);  
    }  
  
    public String getAppName() {  
        return appName;  
    }  
  
}  

AbstractShipPlugin 实现了 ShipPlugin 接口,并持有 ServerConfigProperties 配置对象。

public abstract class AbstractShipPlugin implements ShipPlugin {  
  
    protected ServerConfigProperties properties;  
  
    public AbstractShipPlugin(ServerConfigProperties properties) {  
        this.properties = properties;  
    }  
}  

ShipPlugin 接口定义了所有插件必须实现的三个方法 order(),name()和 execute()

public interface ShipPlugin {  
    /**  
     * lower values have higher priority  
     *  
     * @return  
     */  
    Integer order();  
  
    /**  
     * return current plugin name  
     *  
     * @return  
     */  
    String name();  
  
    Mono<Void> execute(ServerWebExchange exchange,PluginChain pluginChain);  
  
}  

DynamicRoutePlugin 继承了抽象类 AbstractShipPlugin,包含了动态路由的主要业务逻辑。

public class DynamicRoutePlugin extends AbstractShipPlugin {  
  
    private final static Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(DynamicRoutePlugin.class);  
  
    private static WebClient webClient;  
  
    private static final Gson gson = new GsonBuilder().create();  
  
    static {  
        HttpClient httpClient = HttpClient.create()  
                .tcpConfiguration(client ->  
                        client.doOnConnected(conn ->  
                                conn.addHandlerLast(new ReadTimeoutHandler(3))  
                                        .addHandlerLast(new WriteTimeoutHandler(3)))  
                                .option(ChannelOption.TCP_NODELAY, true)  
                );  
        webClient = WebClient.builder().clientConnector(new ReactorClientHttpConnector(httpClient))  
                .build();  
    }  
  
    public DynamicRoutePlugin(ServerConfigProperties properties) {  
        super(properties);  
    }  
  
    @Override  
    public Integer order() {  
        return ShipPluginEnum.DYNAMIC_ROUTE.getOrder();  
    }  
  
    @Override  
    public String name() {  
        return ShipPluginEnum.DYNAMIC_ROUTE.getName();  
    }  
  
    @Override  
    public Mono<Void> execute(ServerWebExchange exchange, PluginChain pluginChain) {  
        String appName = pluginChain.getAppName();  
        ServiceInstance serviceInstance = chooseInstance(appName, exchange.getRequest());  
//        LOGGER.info("selected instance is [{}]", gson.toJson(serviceInstance));  
        // request service  
        String url = buildUrl(exchange, serviceInstance);  
        return forward(exchange, url);  
    }  
  
    /**  
     * forward request to backend service  
     *  
     * @param exchange  
     * @param url  
     * @return  
     */  
    private Mono<Void> forward(ServerWebExchange exchange, String url) {  
        ServerHttpRequest request = exchange.getRequest();  
        ServerHttpResponse response = exchange.getResponse();  
        HttpMethod method = request.getMethod();  
  
        WebClient.RequestBodySpec requestBodySpec = webClient.method(method).uri(url).headers((headers) -> {  
            headers.addAll(request.getHeaders());  
        });  
  
        WebClient.RequestHeadersSpec<?> reqHeadersSpec;  
        if (requireHttpBody(method)) {  
            reqHeadersSpec = requestBodySpec.body(BodyInserters.fromDataBuffers(request.getBody()));  
        } else {  
            reqHeadersSpec = requestBodySpec;  
        }  
        // nio->callback->nio  
        return reqHeadersSpec.exchange().timeout(Duration.ofMillis(properties.getTimeOutMillis()))  
                .onErrorResume(ex -> {  
                    return Mono.defer(() -> {  
                        String errorResultJson = "";  
                        if (ex instanceof TimeoutException) {  
                            errorResultJson = "{"code":5001,"message":"network timeout"}";  
                        } else {  
                            errorResultJson = "{"code":5000,"message":"system error"}";  
                        }  
                        return ShipResponseUtil.doResponse(exchange, errorResultJson);  
                    }).then(Mono.empty());  
                }).flatMap(backendResponse -> {  
                    response.setStatusCode(backendResponse.statusCode());  
                    response.getHeaders().putAll(backendResponse.headers().asHttpHeaders());  
                    return response.writeWith(backendResponse.bodyToFlux(DataBuffer.class));  
                });  
    }  
  
    /**  
     * weather the http method need http body  
     *  
     * @param method  
     * @return  
     */  
    private boolean requireHttpBody(HttpMethod method) {  
        if (method.equals(HttpMethod.POST) || method.equals(HttpMethod.PUT) || method.equals(HttpMethod.PATCH)) {  
            return true;  
        }  
        return false;  
    }  
  
    private String buildUrl(ServerWebExchange exchange, ServiceInstance serviceInstance) {  
        ServerHttpRequest request = exchange.getRequest();  
        String query = request.getURI().getQuery();  
        String path = request.getPath().value().replaceFirst("/" + serviceInstance.getAppName(), "");  
        String url = "http://" + serviceInstance.getIp() + ":" + serviceInstance.getPort() + path;  
        if (!StringUtils.isEmpty(query)) {  
            url = url + "?" + query;  
        }  
        return url;  
    }  
  
  
    /**  
     * choose an ServiceInstance according to route rule config and load balancing algorithm  
     *  
     * @param appName  
     * @param request  
     * @return  
     */  
    private ServiceInstance chooseInstance(String appName, ServerHttpRequest request) {  
        List<ServiceInstance> serviceInstances = ServiceCache.getAllInstances(appName);  
        if (CollectionUtils.isEmpty(serviceInstances)) {  
            LOGGER.error("service instance of {} not find", appName);  
            throw new ShipException(ShipExceptionEnum.SERVICE_NOT_FIND);  
        }  
        String version = matchAppVersion(appName, request);  
        if (StringUtils.isEmpty(version)) {  
            throw new ShipException("match app version error");  
        }  
        // filter serviceInstances by version  
        List<ServiceInstance> instances = serviceInstances.stream().filter(i -> i.getVersion().equals(version)).collect(Collectors.toList());  
        //Select an instance based on the load balancing algorithm  
        LoadBalance loadBalance = LoadBalanceFactory.getInstance(properties.getLoadBalance(), appName, version);  
        ServiceInstance serviceInstance = loadBalance.chooseOne(instances);  
        return serviceInstance;  
    }  
  
  
    private String matchAppVersion(String appName, ServerHttpRequest request) {  
        List<AppRuleDTO> rules = RouteRuleCache.getRules(appName);  
        rules.sort(Comparator.comparing(AppRuleDTO::getPriority).reversed());  
        for (AppRuleDTO rule : rules) {  
            if (match(rule, request)) {  
                return rule.getVersion();  
            }  
        }  
        return null;  
    }  
  
  
    private boolean match(AppRuleDTO rule, ServerHttpRequest request) {  
        String matchObject = rule.getMatchObject();  
        String matchKey = rule.getMatchKey();  
        String matchRule = rule.getMatchRule();  
        Byte matchMethod = rule.getMatchMethod();  
        if (MatchObjectEnum.DEFAULT.getCode().equals(matchObject)) {  
            return true;  
        } else if (MatchObjectEnum.QUERY.getCode().equals(matchObject)) {  
            String param = request.getQueryParams().getFirst(matchKey);  
            if (!StringUtils.isEmpty(param)) {  
                return StringTools.match(param, matchMethod, matchRule);  
            }  
        } else if (MatchObjectEnum.HEADER.getCode().equals(matchObject)) {  
            HttpHeaders headers = request.getHeaders();  
            String headerValue = headers.getFirst(matchKey);  
            if (!StringUtils.isEmpty(headerValue)) {  
                return StringTools.match(headerValue, matchMethod, matchRule);  
            }  
        }  
        return false;  
    }  
  
}  

3.3 数据同步

app 数据同步

后台服务(如订单服务)启动时,只将服务名,版本,ip 地址和端口号注册到了 Nacos,并没有实例的权重和启用的插件信息怎么办?

一般在线的实例权重和插件列表都是在管理界面配置,然后动态生效的,所以需要 ship-admin 定时更新实例的权重和插件信息到注册中心。

对应代码 ship-admin 的 NacosSyncListener

@Configuration  
public class NacosSyncListener implements ApplicationListener<ContextRefreshedEvent> {  
  
    private static final Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(NacosSyncListener.class);  
  
    private static ScheduledThreadPoolExecutor scheduledPool = new ScheduledThreadPoolExecutor(1,  
            new ShipThreadFactory("nacos-sync", true).create());  
  
    @NacosInjected  
    private NamingService namingService;  
  
    @Value("${nacos.discovery.server-addr}")  
    private String baseUrl;  
  
    @Resource  
    private AppService appService;  
  
    @Override  
    public void onApplicationEvent(ContextRefreshedEvent event) {  
        if (event.getApplicationContext().getParent() != null) {  
            return;  
        }  
        String url = "http://" + baseUrl + NacosConstants.INSTANCE_UPDATE_PATH;  
        scheduledPool.scheduleWithFixedDelay(new NacosSyncTask(namingService, url, appService), 0, 30L, TimeUnit.SECONDS);  
    }  
  
    class NacosSyncTask implements Runnable {  
  
        private NamingService namingService;  
  
        private String url;  
  
        private AppService appService;  
  
        private Gson gson = new GsonBuilder().create();  
  
        public NacosSyncTask(NamingService namingService, String url, AppService appService) {  
            this.namingService = namingService;  
            this.url = url;  
            this.appService = appService;  
        }  
  
        /**  
         * Regular update weight,enabled plugins to nacos instance  
         */  
        @Override  
        public void run() {  
            try {  
                // get all app names  
                ListView<String> services = namingService.getServicesOfServer(1, Integer.MAX_VALUE, NacosConstants.APP_GROUP_NAME);  
                if (CollectionUtils.isEmpty(services.getData())) {  
                    return;  
                }  
                List<String> appNames = services.getData();  
                List<AppInfoDTO> appInfos = appService.getAppInfos(appNames);  
                for (AppInfoDTO appInfo : appInfos) {  
                    if (CollectionUtils.isEmpty(appInfo.getInstances())) {  
                        continue;  
                    }  
                    for (ServiceInstance instance : appInfo.getInstances()) {  
                        Map<String, Object> queryMap = buildQueryMap(appInfo, instance);  
                        String resp = OkhttpTool.doPut(url, queryMap, "");  
                        LOGGER.debug("response :{}", resp);  
                    }  
                }  
  
            } catch (Exception e) {  
                LOGGER.error("nacos sync task error", e);  
            }  
        }  
  
        private Map<String, Object> buildQueryMap(AppInfoDTO appInfo, ServiceInstance instance) {  
            Map<String, Object> map = new HashMap<>();  
            map.put("serviceName", appInfo.getAppName());  
            map.put("groupName", NacosConstants.APP_GROUP_NAME);  
            map.put("ip", instance.getIp());  
            map.put("port", instance.getPort());  
            map.put("weight", instance.getWeight().doubleValue());  
            NacosMetadata metadata = new NacosMetadata();  
            metadata.setAppName(appInfo.getAppName());  
            metadata.setVersion(instance.getVersion());  
            metadata.setPlugins(String.join(",", appInfo.getEnabledPlugins()));  
            map.put("metadata", StringTools.urlEncode(gson.toJson(metadata)));  
            map.put("ephemeral", true);  
            return map;  
        }  
    }  
}  

ship-server 再定时从 Nacos 拉取 app 数据更新到本地 Map 缓存。

@Configuration  
public class DataSyncTaskListener implements ApplicationListener<ContextRefreshedEvent> {  
  
    private static ScheduledThreadPoolExecutor scheduledPool = new ScheduledThreadPoolExecutor(1,  
            new ShipThreadFactory("service-sync", true).create());  
  
    @NacosInjected  
    private NamingService namingService;  
  
    @Autowired  
    private ServerConfigProperties properties;  
  
    @Override  
    public void onApplicationEvent(ContextRefreshedEvent event) {  
        if (event.getApplicationContext().getParent() != null) {  
            return;  
        }  
        scheduledPool.scheduleWithFixedDelay(new DataSyncTask(namingService)  
                , 0L, properties.getCacheRefreshInterval(), TimeUnit.SECONDS);  
        WebsocketSyncCacheServer websocketSyncCacheServer = new WebsocketSyncCacheServer(properties.getWebSocketPort());  
        websocketSyncCacheServer.start();  
    }  
  
  
    class DataSyncTask implements Runnable {  
  
        private NamingService namingService;  
  
        public DataSyncTask(NamingService namingService) {  
            this.namingService = namingService;  
        }  
  
        @Override  
        public void run() {  
            try {  
                // get all app names  
                ListView<String> services = namingService.getServicesOfServer(1, Integer.MAX_VALUE, NacosConstants.APP_GROUP_NAME);  
                if (CollectionUtils.isEmpty(services.getData())) {  
                    return;  
                }  
                List<String> appNames = services.getData();  
                // get all instances  
                for (String appName : appNames) {  
                    List<Instance> instanceList = namingService.getAllInstances(appName, NacosConstants.APP_GROUP_NAME);  
                    if (CollectionUtils.isEmpty(instanceList)) {  
                        continue;  
                    }  
                    ServiceCache.add(appName, buildServiceInstances(instanceList));  
                    List<String> pluginNames = getEnabledPlugins(instanceList);  
                    PluginCache.add(appName, pluginNames);  
                }  
                ServiceCache.removeExpired(appNames);  
                PluginCache.removeExpired(appNames);  
  
            } catch (NacosException e) {  
                e.printStackTrace();  
            }  
        }  
  
        private List<String> getEnabledPlugins(List<Instance> instanceList) {  
            Instance instance = instanceList.get(0);  
            Map<String, String> metadata = instance.getMetadata();  
            // plugins: DynamicRoute,Auth  
            String plugins = metadata.getOrDefault("plugins", ShipPluginEnum.DYNAMIC_ROUTE.getName());  
            return Arrays.stream(plugins.split(",")).collect(Collectors.toList());  
        }  
  
        private List<ServiceInstance> buildServiceInstances(List<Instance> instanceList) {  
            List<ServiceInstance> list = new LinkedList<>();  
            instanceList.forEach(instance -> {  
                Map<String, String> metadata = instance.getMetadata();  
                ServiceInstance serviceInstance = new ServiceInstance();  
                serviceInstance.setAppName(metadata.get("appName"));  
                serviceInstance.setIp(instance.getIp());  
                serviceInstance.setPort(instance.getPort());  
                serviceInstance.setVersion(metadata.get("version"));  
                serviceInstance.setWeight((int) instance.getWeight());  
                list.add(serviceInstance);  
            });  
            return list;  
        }  
    }  
}  

路由规则数据同步

同时,如果用户在管理后台更新了路由规则,ship-admin 需要推送规则数据到 ship-server,这里参考了 soul 网关的做法利用 websocket 在第一次建立连接后进行全量同步,此后路由规则发生变更就只作增量同步。

服务端 WebsocketSyncCacheServer:

/**  
 * @Author: Ship  
 * @Description:  
 * @Date: Created in 2020/12/28  
 */  
public class WebsocketSyncCacheServer extends WebSocketServer {  
  
    private final static Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(WebsocketSyncCacheServer.class);  
  
    private Gson gson = new GsonBuilder().create();  
  
    private MessageHandler messageHandler;  
  
    public WebsocketSyncCacheServer(Integer port) {  
        super(new InetSocketAddress(port));  
        this.messageHandler = new MessageHandler();  
    }  
  
  
    @Override  
    public void onOpen(WebSocket webSocket, ClientHandshake clientHandshake) {  
        LOGGER.info("server is open");  
    }  
  
    @Override  
    public void onClose(WebSocket webSocket, int i, String s, boolean b) {  
        LOGGER.info("websocket server close...");  
    }  
  
    @Override  
    public void onMessage(WebSocket webSocket, String message) {  
        LOGGER.info("websocket server receive message:n[{}]", message);  
        this.messageHandler.handler(message);  
    }  
  
    @Override  
    public void onError(WebSocket webSocket, Exception e) {  
  
    }  
  
    @Override  
    public void onStart() {  
        LOGGER.info("websocket server start...");  
    }  
  
  
    class MessageHandler {  
  
        public void handler(String message) {  
            RouteRuleOperationDTO operationDTO = gson.fromJson(message, RouteRuleOperationDTO.class);  
            if (CollectionUtils.isEmpty(operationDTO.getRuleList())) {  
                return;  
            }  
            Map<String, List<AppRuleDTO>> map = operationDTO.getRuleList()  
                    .stream().collect(Collectors.groupingBy(AppRuleDTO::getAppName));  
            if (OperationTypeEnum.INSERT.getCode().equals(operationDTO.getOperationType())  
                    || OperationTypeEnum.UPDATE.getCode().equals(operationDTO.getOperationType())) {  
                RouteRuleCache.add(map);  
            } else if (OperationTypeEnum.DELETE.getCode().equals(operationDTO.getOperationType())) {  
                RouteRuleCache.remove(map);  
            }  
        }  
    }  
}  

客户端 WebsocketSyncCacheClient:

@Component  
public class WebsocketSyncCacheClient {  
  
    private final static Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(WebsocketSyncCacheClient.class);  
  
    private WebSocketClient client;  
  
    private RuleService ruleService;  
  
    private Gson gson = new GsonBuilder().create();  
  
    public WebsocketSyncCacheClient(@Value("${ship.server-web-socket-url}") String serverWebSocketUrl,  
                                    RuleService ruleService) {  
        if (StringUtils.isEmpty(serverWebSocketUrl)) {  
            throw new ShipException(ShipExceptionEnum.CONFIG_ERROR);  
        }  
        this.ruleService = ruleService;  
        ScheduledThreadPoolExecutor executor = new ScheduledThreadPoolExecutor(1,  
                new ShipThreadFactory("websocket-connect", true).create());  
        try {  
            client = new WebSocketClient(new URI(serverWebSocketUrl)) {  
                @Override  
                public void onOpen(ServerHandshake serverHandshake) {  
                    LOGGER.info("client is open");  
                    List<AppRuleDTO> list = ruleService.getEnabledRule();  
                    String msg = gson.toJson(new RouteRuleOperationDTO(OperationTypeEnum.INSERT, list));  
                    send(msg);  
                }  
  
                @Override  
                public void onMessage(String s) {  
                }  
  
                @Override  
                public void onClose(int i, String s, boolean b) {  
                }  
  
                @Override  
                public void onError(Exception e) {  
                    LOGGER.error("websocket client error", e);  
                }  
            };  
  
            client.connectBlocking();  
            //使用调度线程池进行断线重连,30秒进行一次  
            executor.scheduleAtFixedRate(() -> {  
                if (client != null && client.isClosed()) {  
                    try {  
                        client.reconnectBlocking();  
                    } catch (InterruptedException e) {  
                        LOGGER.error("reconnect server fail", e);  
                    }  
                }  
            }, 10, 30, TimeUnit.SECONDS);  
  
        } catch (Exception e) {  
            LOGGER.error("websocket sync cache exception", e);  
            throw new ShipException(e.getMessage());  
        }  
    }  
  
    public <T> void send(T t) {  
        while (!client.getReadyState().equals(ReadyState.OPEN)) {  
            LOGGER.debug("connecting ...please wait");  
        }  
        client.send(gson.toJson(t));  
    }  
}  

四、测试

4.1 动态路由测试

  1. 本地启动 nacos ,sh startup.sh -m standalone

  2. 启动 ship-admin

  3. 本地启动两个 ship-example 实例。

实例 1 配置:

ship:  
  http:  
    app-name: order  
    version: gray_1.0  
    context-path: /order  
    port: 8081  
    admin-url: 127.0.0.1:9001  
  
server:  
  port: 8081  
  
nacos:  
  discovery:  
    server-addr: 127.0.0.1:8848  

实例 2 配置:

ship:  
  http:  
    app-name: order  
    version: prod_1.0  
    context-path: /order  
    port: 8082  
    admin-url: 127.0.0.1:9001  
  
server:  
  port: 8082  
  
nacos:  
  discovery:  
    server-addr: 127.0.0.1:8848  
  1. 在数据库添加路由规则配置,该规则表示当 http header 中的 name=ship 时请求路由到 gray_1.0 版本的节点。

图片

  1. 启动 ship-server,看到以下日志时则可以进行测试了。

2021-01-02 19:57:09.159  INFO 30413 --- [SocketWorker-29] cn.sp.sync.WebsocketSyncCacheServer      : websocket server receive message:  
[{"operationType":"INSERT","ruleList":[{"id":1,"appId":5,"appName":"order","version":"gray_1.0","matchObject":"HEADER","matchKey":"name","matchMethod":1,"matchRule":"ship","priority":50}]}]  
  1. 用 Postman 请求http://localhost:9000/order/user/add,POST方式,header设置name=ship,可以看到只有实例1有日志显示。

==========add user,version:gray_1.0  

4.2 性能压测

压测环境:

  • MacBook Pro 13 英寸

  • 处理器 2.3 GHz 四核 Intel Core i7

  • 内存 16 GB 3733 MHz LPDDR4X

  • 后端节点个数一个

  • 压测工具:wrk

压测结果:20 个线程,500 个连接数,吞吐量大概每秒 9400 个请求。

压测结果

五、总结

千里之行始于足下,开始以为写一个网关会很难,但当你实际开始行动时就会发现其实没那么难,所以迈出第一步很重要。过程中也遇到了很多问题,还在 github 上给 soul 和 nacos 这两个开源项目提了两个 issue,后来发现是自己的问题,尴尬 ????。本文代码已全部上传到 github:

https://github.com/2YSP/ship-gate

参考资料:

https://nacos.io/zh-cn/docs/quick-start.html

https://dromara.org/website/zh-cn/docs/soul/soul.html

https://docs.spring.io/spring-framework/docs/5.1.7.RELEASE/spring-framework-reference/web-reactive.html#webflux

https://github.com/TooTallNate/Java-WebSocket

转载:从零开始,设计一个高性能 API 网关 

最后

以上就是自由咖啡豆为你收集整理的从零开始,设计一个高性能 API 网关的全部内容,希望文章能够帮你解决从零开始,设计一个高性能 API 网关所遇到的程序开发问题。

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