Spring Cloud Gateway入坑记

前提

最近在做老系统的重构，重构完成后新系统中需要引入一个网关服务，作为新系统和老系统接口的适配和代理。之前，很多网关应用使用的是Spring-Cloud-Netfilx基于Zuul1.x版本实现的那套方案，但是鉴于Zuul1.x已经停止迭代，它使用的是比较传统的阻塞(B)IO + 多线程的实现方案，其实性能不太好。后来Spring团队干脆自己重新研发了一套网关组件，这个就是本次要调研的Spring-Cloud-Gateway。

简介

Spring Cloud Gateway依赖于Spring Boot 2.0,Spring WebFlux,和Project Reactor。许多熟悉的同步类库(例如Spring-Data和Spring-Security)和同步编程模式在Spring Cloud Gateway中并不适用，所以最好先阅读一下上面提到的三个框架的文档。

Spring Cloud Gateway依赖于Spring Boot和Spring WebFlux提供的基于Netty的运行时环境，它并非构建为一个WAR包或者运行在传统的Servlet容器中。

专有名词

• 路由(Route)：路由是网关的基本组件。它由ID，目标URI，谓词(Predicate)集合和过滤器集合定义。如果谓词聚合判断为真，则匹配路由。
• 谓词(Predicate)：使用的是Java8中基于函数式编程引入的java.util.Predicate。使用谓词(聚合)判断的时候，输入的参数是ServerWebExchange类型，它允许开发者匹配来自HTTP请求的任意参数，例如HTTP请求头、HTTP请求参数等等。
• 过滤器(Filter)：使用的是指定的GatewayFilter工厂所创建出来的GatewayFilter实例，可以在发送请求到下游之前或者之后修改请求(参数)或者响应(参数)。

其实Filter还包括了GlobalFilter，不过在官方文档中没有提到。

工作原理

客户端向Spring Cloud Gateway发出请求，如果Gateway Handler Mapping模块处理当前请求如果匹配到一个目标路由配置，该请求就会转发到Gateway Web Handler模块。Gateway Web Handler模块在发送请求的时候，会把该请求通过一个匹配于该请求的过滤器链。上图中过滤器被虚线分隔的原因是：过滤器的处理逻辑可以在代理请求发送之前或者之后执行。所有pre类型的过滤器执行之后，代理请求才会创建(和发送)，当代理请求创建(和发送)完成之后，所有的post类型的过滤器才会执行。

见上图，外部请求进来后如果落入过滤器链，那么虚线左边的就是pre类型的过滤器，请求先经过pre类型的过滤器，再发送到目标被代理的服务。目标被代理的服务响应请求，响应会再次经过滤器链，也就是走虚线右侧的过滤器链，这些过滤器就是post类型的过滤器。

注意，如果在路由配置中没有明确指定对应的路由端口，那么会使用如下的默认端口：

• HTTP协议，使用80端口。
• HTTPS协议，使用443端口。

引入依赖

建议直接通过Train版本(其实笔者考究过，Train版本的代号其实是伦敦地铁站的命名，像当前的Spring Cloud最新版本是Greenwich.SR1，Greenwich可以在伦敦地铁站的地图查到这个站点，对应的SpringBoot版本是2.1.x)引入Spring-Cloud-Gateway，因为这样可以跟上最新稳定版本的Spring-Cloud版本，另外由于Spring-Cloud-Gateway基于Netty的运行时环境启动，不需要引入带Servlet容器的spring-boot-starter-web。

父POM引入下面的配置：

<dependencyManagement>
        <dependencies>
            <dependency>
                <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
                <artifactId>spring-cloud-dependencies</artifactId>
                <version>Greenwich.SR1</version>
                <type>pom</type>
                <scope>import</scope>
            </dependency>
            <dependency>
                <groupId>org.springframework.boot</groupId>
                <artifactId>spring-boot-dependencies</artifactId>
                <version>2.1.4.RELEASE</version>
                <type>pom</type>
                <scope>import</scope>
            </dependency>
        </dependencies>
</dependencyManagement>

子模块或者需要引入Spring-Cloud-Gateway的模块POM引入下面的配置：

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

创建一个启动类即可：

@SpringBootApplication
public class RouteServerApplication {

	public static void main(String[] args) {
		SpringApplication.run(RouteServerApplication.class,args);
	}
}

网关配置

网关配置最终需要转化为一个RouteDefinition的集合，配置的定义接口如下：

public interface RouteDefinitionLocator {
	Flux<RouteDefinition> getRouteDefinitions();
}

通过YAML文件配置或者流式编程式配置（其实文档中还有配合Eureka的DiscoveryClient进行配置，这里暂时不研究），最终都是为了创建一个RouteDefinition的集合。

Yaml配置

配置实现是PropertiesRouteDefinitionLocator，关联着配置类GatewayProperties：

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
       - id: datetime_after_route    # <------ 这里是路由配置的ID
        uri: http://www.throwable.club  # <------ 这里是路由最终目标Server的URI(Host)
        predicates:                     # <------ 谓词集合配置，多个是用and逻辑连接
         - Path=/blog    # <------- Key(name)=Expression，键是谓词规则工厂的ID，值一般是匹配规则的正则表示

编程式流式配置

编程式和流式编程配置需要依赖RouteLocatorBuilder，目标是构造一个RouteLocator实例：

@Bean
public RouteLocator customRouteLocator(RouteLocatorBuilder builder) {
    return builder.routes()
            .route(r -> r.path("/blog")
                .uri("http://www.throwable.club")
            )
            .build();
}

路由谓词工厂

Spring Cloud Gateway将路由(Route)作为Spring-WebFlux的HandlerMapping组件基础设施的一部分，也就是HandlerMapping进行匹配的时候，会把配置好的路由规则也纳入匹配机制之中。Spring Cloud Gateway自身包含了很多内建的路由谓词工厂。这些谓词分别匹配一个HTTP请求的不同属性。多个路由谓词工厂可以用and的逻辑组合在一起。

目前Spring Cloud Gateway提供的内置的路由谓词工厂如下：

指定日期时间规则路由谓词

按照配置的日期时间指定的路由谓词有三种可选规则：

• 匹配请求在指定日期时间之前。
• 匹配请求在指定日期时间之后。
• 匹配请求在指定日期时间之间。

值得注意的是，配置的日期时间必须满足ZonedDateTime的格式：

//年月日和时分秒用'T'分隔,接着-07:00是和UTC相差的时间，最后的[America/Denver]是所在的时间地区
2017-01-20T17:42:47.789-07:00[America/Denver]

例如网关的应用是2019-05-01T00:00:00+08:00[Asia/Shanghai]上线的，上线之后的请求都路由奥www.throwable.club，那么配置如下：

server 
  port: 9090
spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
       - id: datetime_after_route
        uri: http://www.throwable.club
        predicates:
         - After=2019-05-01T00:00:00+08:00[Asia/Shanghai]

此时，只要请求网关http://localhost:9090，请求就会转发到http://www.throwable.club。

如果想要只允许2019-05-01T00:00:00+08:00[Asia/Shanghai]之前的请求，那么只需要改为：

server 
  port: 9091
spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
       - id: datetime_before_route
        uri: http://www.throwable.club
        predicates:
         - Before=2019-05-01T00:00:00+08:00[Asia/Shanghai]

如果只允许两个日期时间段之间的时间进行请求，那么只需要改为：

server 
  port: 9090
spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
       - id: datetime_between_route
        uri: http://www.throwable.club
        predicates:
         - Between=2019-05-01T00:00:00+08:00[Asia/Shanghai],2019-05-02T00:00:00+08:00[Asia/Shanghai]

那么只有2019年5月1日0时到5月2日0时的请求才能正常路由。

Cookie路由谓词

CookieRoutePredicateFactory需要提供两个参数，分别是Cookie的name和一个正则表达式(value)。只有在请求中的Cookie对应的name和value和Cookie路由谓词中配置的值匹配的时候，才能匹配命中进行路由。

server 
  port: 9090
spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
       - id: cookie_route
        uri: http://www.throwable.club
        predicates:
         - Cookie=doge,throwable

请求需要携带一个Cookie，name为doge，value需要匹配正则表达式"throwable"才能路由到http://www.throwable.club。

这里尝试本地搭建一个订单Order服务，基于SpringBoot2.1.4搭建，启动在9091端口：

// 入口类
@RestController
@RequestMapping(path = "/order")
@SpringBootApplication
public class OrderServiceApplication {

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(OrderServiceApplication.class,args);
    }

    @GetMapping(value = "/cookie")
    public ResponseEntity<String> cookie(@CookieValue(name = "doge") String doge) {
        return ResponseEntity.ok(doge);
    }
}

订单服务application.yaml配置：

spring:
  application:
    name: order-service
server:
  port: 9091

网关路由配置：

spring:
  application:
    name: route-server
  cloud:
    gateway:
      routes:
        - id: cookie_route
          uri: http://localhost:9091
          predicates:
            - Cookie=doge,throwable

curl http://localhost:9090/order/cookie --cookie "doge=throwable"

//响应结果
throwable

Header路由谓词

HeaderRoutePredicateFactory需要提供两个参数，分别是Header的name和一个正则表达式(value)。只有在请求中的Header对应的name和value和Header路由谓词中配置的值匹配的时候，才能匹配命中进行路由。

订单服务中新增一个/header端点：

@RestController
@RequestMapping(path = "/order")
@SpringBootApplication
public class OrderServiceApplication {

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(OrderServiceApplication.class,args);
    }

    @GetMapping(value = "/header")
    public ResponseEntity<String> header(@RequestHeader(name = "accessToken") String accessToken) {
        return ResponseEntity.ok(accessToken);
    }
}

网关的路由配置如下：

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
        - id: header_route
          uri: http://localhost:9091
          predicates:
            - Header=accessToken,Doge

curl -H "accessToken:Doge" http://localhost:9090/order/header

//响应结果
Doge

Host路由谓词

HostRoutePredicateFactory只需要指定一个主机名列表，列表中的每个元素支持Ant命名样式，使用.作为分隔符，多个元素之间使用,区分。Host路由谓词实际上针对的是HTTP请求头中的Host属性。

订单服务中新增一个/header端点：

@RestController
@RequestMapping(path = "/order")
@SpringBootApplication
public class OrderServiceApplication {

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(OrderServiceApplication.class,args);
    }

    @GetMapping(value = "/host")
    public ResponseEntity<String> host(@RequestHeader(name = "Host") String host) {
        return ResponseEntity.ok(host);
    }
}

网关的路由配置如下：

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
        - id: host_route
          uri: http://localhost:9091
          predicates:
            - Host=localhost:9090

curl http://localhost:9090/order/host

//响应结果
localhost:9091  # <--------- 这里要注意一下，路由到订单服务的时候，Host会被修改为localhost:9091

其实可以定制更多样化的Host匹配模式，甚至可以支持URI模板变量。

- Host=www.throwable.**,**.throwable.**

- Host={sub}.throwable.club

请求方法路由谓词

MethodRoutePredicateFactory只需要一个参数：要匹配的HTTP请求方法。

网关的路由配置如下：

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
        - id: method_route
          uri: http://localhost:9091
          predicates:
            - Method=GET

这样配置，所有的进入到网关的GET方法的请求都会路由到http://localhost:9091。

订单服务中新增一个/get端点：

@GetMapping(value = "/get")
public ResponseEntity<String> get() {
    return ResponseEntity.ok("get");
}

curl http://localhost:9090/order/get

//响应结果
get 

请求路径路由谓词

PathRoutePredicateFactory需要PathMatcher模式路径列表和一个可选的标志位参数matchOptionalTrailingSeparator。这个是最常用的一个路由谓词。

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
        - id: path_route
          uri: http://localhost:9091
          predicates:
            - Path=/order/path

@GetMapping(value = "/path")
public ResponseEntity<String> path() {
    return ResponseEntity.ok("path");
}

curl http://localhost:9090/order/path

//响应结果
path 

此外，可以通过{segment}占位符配置路径如/foo/1或/foo/bar或/bar/baz，如果通过这种形式配置，在匹配命中进行路由的时候，会提取路径中对应的内容并且将键值对放在ServerWebExchange.getAttributes()集合中，KEY为ServerWebExchangeUtils.URI_TEMPLATE_VARIABLES_ATTRIBUTE，这些提取出来的属性可以供GatewayFilter Factories使用。

请求查询参数路由谓词

QueryRoutePredicateFactory需要一个必须的请求查询参数(param的name)以及一个可选的正则表达式(regexp)。

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: query_route
        uri: http://localhost:9091
        predicates:
        - Query=doge,throwabl.

这里配置的param就是doge，正则表达式是throwabl.。

@GetMapping(value = "/query")
public ResponseEntity<String> query(@RequestParam("name") String doge) {
  return ResponseEntity.ok(doge);
}

curl http://localhost:9090/order/query?doge=throwable

//响应结果
throwable 

远程IP地址路由谓词

RemoteAddrRoutePredicateFactory匹配规则采用CIDR符号（IPv4或IPv6）字符串的列表（最小值为1），例如192.168.0.1/16（其中192.168.0.1是远程IP地址并且16是子网掩码）。

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: remoteaddr_route
        uri: http://localhost:9091
        predicates:
        - RemoteAddr=127.0.0.1

@GetMapping(value = "/remote")
public ResponseEntity<String> remote() {
  return ResponseEntity.ok("remote");
}

curl http://localhost:9090/order/remote

//响应结果
remote 

关于远程IP路由这一个路由谓词其实还有很多扩展手段，这里暂时不展开。

多个路由谓词组合

因为路由配置中的predicates属性其实是一个列表，可以直接添加多个路由规则：

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: remoteaddr_route
        uri: http://localhost:9091
        predicates:
        - RemoteAddr=xxxx
        - Path=/yyyy
        - Query=zzzz,aaaa

这些规则是用and逻辑组合的，例如上面的例子相当于：

request = ...
if(request.getRemoteAddr == 'xxxx' && request.getPath match '/yyyy' && request.getQuery('zzzz') match 'aaaa') {
    return true;
}
return false;

GatewayFilter工厂

路由过滤器GatewayFilter允许修改进来的HTTP请求内容或者返回的HTTP响应内容。路由过滤器的作用域是一个具体的路由配置。Spring Cloud Gateway提供了丰富的内建的GatewayFilter工厂，可以按需选用。

因为GatewayFilter工厂类实在太多，笔者这里举个简单的例子。

如果我们想对某些请求附加特殊的HTTP请求头，可以选用AddRequestHeaderX-Request-Foo:Bar，application.yml如下：

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: add_request_header_route
        uri: https://example.org
        filters:
        - AddRequestHeader=X-Request-Foo,Bar

那么所有的从网关入口的HTTP请求都会添加一个特殊的HTTP请求头：X-Request-Foo:Bar。

目前GatewayFilter工厂的内建实现如下：

GatewayFilter工厂使用的时候需要知道其ID以及配置方式，配置方式可以看对应工厂类的公有静态内部类XXXXConfig。

GlobalFilter工厂

GlobalFilter的功能其实和GatewayFilter是相同的，只是GlobalFilter的作用域是所有的路由配置，而不是绑定在指定的路由配置上。多个GlobalFilter可以通过@Order或者getOrder()方法指定每个GlobalFilter的执行顺序，order值越小，GlobalFilter执行的优先级越高。

注意，由于过滤器有pre和post两种类型，pre类型过滤器如果order值越小，那么它就应该在pre过滤器链的顶层，post类型过滤器如果order值越小，那么它就应该在pre过滤器链的底层。示意图如下：

例如要实现负载均衡的功能，application.yml配置如下：

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: myRoute
        uri: lb://myservice   # <-------- lb特殊标记会使用LoadBalancerClient搜索目标服务进行负载均衡
        predicates:
        - Path=/service/**

目前Spring Cloud Gateway提供的内建的GlobalFilter如下：

内建的GlobalFilter大多数和ServerWebExchangeUtils的属性相关，这里就不深入展开。

跨域配置

网关可以通过配置来控制全局的CORS行为。全局的CORS配置对应的类是CorsConfiguration，这个配置是一个URL模式的映射。例如application.yaml文件如下：

spring:
  cloud:
    gateway:
      globalcors:
        corsConfigurations:
          '[/**]':
            allowedOrigins: "https://docs.spring.io"
            allowedMethods:
            - GET

在上面的示例中，对于所有请求的路径，将允许来自docs.spring.io并且是GET方法的CORS请求。

Actuator端点相关

引入spring-boot-starter-actuator，需要做以下配置开启gateway监控端点：

management.endpoint.gateway.enabled=true 
management.endpoints.web.exposure.include=gateway

目前支持的端点列表：

其中/actuator/gateway/routes/{id}添加一个新的路由配置请求参数的格式如下：

{
  "id": "first_route","predicates": [{
    "name": "Path","args": {"doge":"/throwable"}
  }],"filters": [],"uri": "https://www.throwable.club","order": 0
}

小结

笔者虽然是一个底层的码畜，但是很久之前就向身边的朋友说：

反应式编程结合同步非阻塞IO或者异步非阻塞IO是目前网络编程框架的主流方向，最好要跟上主流的步伐掌握这些框架的使用，有能力最好成为它们的贡献者。

目前常见的反应式编程框架有：

• Reactor和RxJava2，其中Reactor在后端的JVM应用比较常见，RxJava2在安卓编写的APP客户端比较常见。
• Reactor-Netty，这个是基于Reactor和Netty封装的。
• Spring-WebFlux和Spring-Cloud-Gateway，其中Spring-Cloud-Gateway依赖Spring-WebFlux，而Spring-WebFlux底层依赖于Reactor-Netty。

根据这个链式关系，最好系统学习一下Reactor和Netty。

参考资料：

• Spring-Cloud-Gateway官方文档
• Reactor官方文档

附录

选用Spring-Cloud-Gateway不仅仅是为了使用新的技术，更重要的是它的性能有了不俗的提升，基准测试项目spring-cloud-gateway-bench的结果如下：

原文链接

• Github Page：http://www.throwable.club/2019/05/04/spring-cloud-gateway-guide
• Coding Page：http://throwable.coding.me/2019/05/04/spring-cloud-gateway-guide

(本文完 c-3-d e-a-20190504)

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娱乐公众号（《天天沙雕》），甄选奇趣沙雕图文和视频不定期推送，缓解生活工作压力：

（编辑：李大同）

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