Spring Cloud Gateway是Spring官方基于Spring5.0、SpringBoot2.0、Netty和Project Reactor等技术开发的网关，旨在为微服务框架提供一种简单而有效的统一的API路由管理方式，统一访问接口。
Spring Cloud Gateway作为Spring Cloud生态体系中的网关，目标是替代Netflix的Zuul，其不仅提供统一的路由方式，并且基于Filter链的方式提供了网关基本的功能，例如：安全、监控/埋点和限流等等。
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SpringCloud Gateway
特点
SpringCloud Gateway是一款业务友好型的网关，适应于业务网关场景，具有以下特点：
- 非阻塞IO
- 采用非阻塞 IO 网络框架支撑，reactor 模式，采用更少的资源完成请求
- SC组件无缝集成
- 与 Spring Cloud生态组件无缝集成，符合大部分业务系统的集成需求，集成成本低
- Reactive编程
- 基于WebFlux响应式Web模型，事件驱动与非阻塞 IO 结合，满血使用 CPU 性能，性能吞吐量更优秀
- 简单易开发
- 只需掌握Route原理，会编写Filter即可上手网关开发
- 开箱即用监控机制
- 基于SpringBoot Actuator提供完整开箱即用的生产级监控
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SpringCloud Gateway
构成
SpringCloud Gateway由三部分组成：Route、Predicate、Filter。
- 路由Route：即一套路由规则，是集URI、predicate、filter等属性的一个元数据类。
- 断言Predicate：Java8函数断言，这里可以看做是满足什么条件的时候，route规则进行生效。允许开发者去定义匹配来自于Http Request中的任何信息，如请求头和参数。
- 过滤器Filter：filter针对请求和响应进行增强、修改处理。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。
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SpringCloud Gateway
整体架构
宏观层面
SpringCloud Gateway是一款非常好的衔接器。首先是衔接内部网络与外部应用，让所有访问内部网络的流量需经过网关的访问控制，统一提供给外部应用，避免不受控的非法访问，增强系统安全性。作为实现内外部的衔接的组件，网关首先建立内部微服务纳管的协议，无论协议是否相同，技术栈是否匹配，都可以通过技术手段纳管到网关中。
其次网关与外部微服务也建立起统一的访问协议，来对外提供访问。
在整个访问的过程中，网关核心在于将请求流量由上游发起经过网关到下游的微服务，在流量出入的过程中，网关在路由策略，协议转换、过滤、API组合等方面构建网关的核心能力。
微观层面
SpringCloud内部有Route，同样也是一个非常紧密的左手拉右手的效果，一方面Route通过Predicate来匹配来自外部应用的访问流量，另一方面通过Route来找到目标微服务。
从宏观到微观，网关起到了将外部应用的访问，按照一定的访问策略，访问目标微服务的中间件的作用。
以一次请求看SpringCloud Gateway的调用流程：
- RoutePredicateHandlerMapping：通过lookupRoute方法，遍历所有路由列表，一个路由一个路由的正则匹配，指导找到第一个可以匹配的Route路由。
- FilteringWebHandler：创建过滤器链，按顺序调用Filter，filter又分为PreFilter前置过滤器和PostFilter后置过滤器。
- 整个请求过ServerWebExchange作为上下文贯穿启动，对于一次请求的信息从ServerWebExchange获取，修改则保存在ServerWebExchange中，注意基于Reactive特性，ServerWebExchange是只读的，修改Exchange需重新builder
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SpringCloud Gateway
路由条件匹配器
SpringCloud Gateway路由条件匹配器是一个断言，根据Http Request中的请求报文来进行匹配，当满足条件则路由生效。
- After：匹配在指定日期时间之后发生的请求。
- Before：匹配在指定日期之前发生的请求。
- Between：需要指定两个日期参数，设定一个时间区间，匹配此时间区间内的请求。
- Cookie：需要指定两个参数，分别为name和regexp（正则表达式），也可以理解Key和Value，匹配具有给定名称且其值与正则表达式匹配的Cookie。
- Header：需要两个参数header和regexp（正则表达式），也可以理解为Key和Value，匹配请求携带信息。
- Host：匹配当前请求是否来自于设置的主机。
- Method：可以设置一个或多个参数，匹配HTTP请求，比如GET、POST
- Path：匹配指定路径下的请求，可以是多个用逗号分隔
- Query：需要指定一个或者多个参数，一个必须参数和一个可选的正则表达式，匹配请求中是否包含第一个参数，如果有两个参数，则匹配请求中第一个参数的值是否符合正则表达式。
- RemoteAddr：匹配指定IP或IP段，符合条件转发。
- Weight：需要两个参数group和weight（int），实现了路由权重功能，按照路由权重选择同一个分组中的路由
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SpringCloud Gateway
路由过滤器
SpringCloud Gateway过滤器针对HTTP请求报文中的Header、Body、Param等元素进行操作。最新的SpringCloud Gateway版本内置了32种Filter拓展。
过滤器的应用：
- 对于请求报文(header、path、param、body)进行设值、添加、修改、删除、缓存等操作，根据修改的环节又分为请求与响应
- 对网关流量计数，实现熔断限流功能
- 设置请求重定向地址
- 设置请求状态
- 保存Session
- 请求重试
- 设置请求大小
- Token传递
SpringCloud Gateway过滤器是最常用的开发方式，支持两种自定义Filter模式：GlobalFilter、GatewayFilter，GlobalFilter是全局过滤器，面向全局生效，GatewayFilter是局部过滤器对于特定的Route生效。
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SpringCloud Gateway
优化实践
基于SpringCloud Gateway我们有深入的使用，为了让它能够更好地适应企业级的业务场景需求，我们对它的性能和功能上做了很多优化。
路由匹配性能优化
SpringCloud Gateway默认使用逐个路由匹配的方式进行路由的查找，对于每一次请求都会逐个匹配路由的断言规则，直到匹配到第一个路由找到调用的目标服务。所以对于在路由非常多的场景，路由的断言匹配严重影响来访问效率。
针对路由断言匹配我们进行来性能优化，首先通过增加BusyRouteList，采用MRU的算法来维护一个最近常用的繁忙队列，将最常用的路由可以快速匹配出来；其次对于路由列表我们增加来按照路由路径进行分组，往往不同路径代表着不同的微服务，路由是路由中最具有区分力的元素，通过按路径分组，可以进一步大大提升查询路由的效率。
动态路由
动态路由作为网关控制分离的重要实现方式，支持集中管理路由规则，弹性扩展实例。我们将网关拆分为console的控制面，负责维护管理下发控制策略，broker数据面负责作为网关接入业务服务执行路由规则。动态路由通过拓展RouteLocator组件实现CachingRouteLocator，允许每个网关实例到“配置中间件”获取路由定义信息，配置中间件可以是Nacos、Redis、Zookeeper等。
弹性架构
弹性架构：针对网关broker数据面进行组织分化形成共享微服务网关、专有微服务网关、特性微服务网关，实现企业级业务系统的网关集中化管理，实现网关分布式化，避免单点故障，又满足不同业务系统不同路由策略、协议、业务流量情况的需求，同时以特性微服务网关来提供对nginx、kong、envoy的适配。
服务发现
服务发现：服务发现模块拓展SpringCloud Gateway现有的LoadBalancerClientFilter实现，通过便携轻量级的NacosClient、EurekaClient、K8sClient、OpenshiftClient统一多种注册中心的服务发现模式，并支持灵活配置，通过GatewayDiscoveryClient抽象统一返回ServiceList。
多协议转换
多协议转换：协议转换需要将Gateway进入的Http协议进行转换，适配支持dubbo、webservice、grpc协议，将协议转换拆分为三个组件来实现，如对于dubbo协议由Http2Dubbo转换器，DubboInvoker调用器，DubboWriteResponse响应适配器组成。
网关鉴权
网关鉴权：网关在微服务架构中是鉴权的最佳实现方式，具有非侵入易维护的特点。将鉴权可分为Token校验、权限验证、数据权限验证、操作记录几步骤，轻松实现业务系统的安全增强。
标准接口定义
- 接口调试：网关数据面Broker代理内部微服务，承接来自外部流量的请求；对于接口调试场景，Console服务将用户请求翻译成标准Http格式协议，Broker实时感知请求并调试目标服务，返回调试结果。
- 流量录制：对于网关经过的请求，在网关通过请求转换接口定义来获得接口定义录制下来，随后可以随时发起流量回放，用来排查问题，或者自动化测试。
- 流量复制：对于网关经过的请求，在网关如果开启流量复制策略，则首先将流量转换为接口定义，在下发转发到对应的微服务。
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谐云HC-Gateway
API网关
谐云HC-Gateway是基于Java开发的API网关平台，提供高性能、高可用、易扩展的统一API网关解决方案。具有以下特点：
- API网关全生命周期管理
- 支持对接口生命周期过程中的开发、调试、发布、授权、接口文档、日志分析、下线的管理，保证各个阶段的稳定进行。
- 易扩展性
- 提供了丰富的系统组件完成鉴权、限流、监控等能力，能够满足大部分的业务需求；支持自定义插件满足个性化需求、便于调整或替换已有集成功能，不必频繁对网关层代码进行改动，确保网关层的稳定性。
- 高可管理性
- 匹配企业的各种管理特性，包括多租户、多权限、多环境的管理。
- 丰富的可观测性
- 提供网关、应用、路由、服务级别的监控能力，支持链路追踪，将监控数据输出到控制台，提供图像化的展示，帮助用户监控与定位问题。
- 全面的安全防护
- 提供API认证、访问控制、流量控制、IP黑白名单等多种安全机制，避免潜在的安全风险。
- API门户
- 支持将接口上架到API门户，提供给第三方开发者采购与使用。
谐云HC-Gateway整体架构图
在控制面，HC-Gateway可提供完善的网关管控，完成服务、接口、应用的相关管理以及配置下发工作；在数据面，可多实例扩展，支持多种类型的微服务接入，包括Nacos、Eureka、Kubernetes微服务、自定义服务；负责网关具体策略的执行，如路由策略、灰度策略、流控策略、安全策略等。
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