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SpringCloudGateway-扩展

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Spring Cloud Gateway的监控端点

说到监控，就应该能想到Spring Boot Actuator。而Spring Cloud Gateway基于Actuator提供了许多的监控端点。只需要在项目中添加spring-boot-starter-actuator依赖，并将 gateway 端点暴露，即可获得若干监控端点。配置示例：

management:
  endpoints:
    web:
      exposure:
        include: gateway  # 或者配置“*”暴露全部端点

Spring Cloud Gateway的监控端点如下表：

端点请求方法描述
globalfilters GET 展示所有的全局过滤器信息
routefilters GET 展示所有的过滤器工厂信息
refresh POST（无消息体） 清空路由缓存，即刷新路由信息
routes GET 展示所有的路由信息列表
routes/{id} GET 展示指定id的路由的信息
routes/{id} POST（有消息体） 新增一个路由
routes/{id} DELETE（无消息体） 删除一个路由

Gateway所有的监控端点都挂载在 /actuator/gateway 路径下，例如globalfilters端点的完整访问路径是 /actuator/gateway/globalfilters。该端点主要是查看Gateway启用了哪些全局过滤器以及它们的执行顺序（数字越小越优先执行）。所以当我们不知道Gateway启用了哪些全局过滤器，或者不知道这些全局过滤器的执行顺序，就可以访问该端点进行查看：
Spring Cloud Gateway - 扩展

同理，如果不知道Gateway启用了哪些过滤器工厂，则可以访问routefilters端点查看：
Spring Cloud Gateway - 扩展

若想知道Gateway里定义了哪些路由又不想查看配置文件的话，那么就可以通过routes端点查看所有的路由信息列表：
Spring Cloud Gateway - 扩展

如果出现自定义的路由配置不生效或行为与预期不符，那么可以通过routes/{id}端点查看该路由具体的详细信息：
Spring Cloud Gateway - 扩展

routes/{id}端点还可以用于动态添加路由，只需发送POST请求并定义一个消息体即可。消息体示例：

{
  "predicates": [
    {
      "name": "Path",
      "args": {
        "_genkey_0": "/test"
      }
    }
  ],
  "filters": [
    {
      "name": "AddRequestHeader",
      "args": {
        "_genkey_0": "X-Request-Foo",
        "_genkey_1": "Bar"
      }
    },
    {
      "name": "PreLog",
      "args": {
        "_genkey_0": "a",
        "_genkey_1": "b"
      }
    }
  ],
  "uri": "https://www.example.com",
  "order": 0
}

消息体其实是有规律的，你可以先在配置文件中配置一个路由规则，然后访问 routes 端点，route_definition字段里的内容就是消息体，如下：
Spring Cloud Gateway - 扩展

接下来我们实际测试一下，复制该消息体，然后稍微修改一下并进行发送，如下：
Spring Cloud Gateway - 扩展

路由添加成功后，访问 routes 端点，就可以看到新添加的路由：
Spring Cloud Gateway - 扩展

注：如果没有实时生效，使用 refresh 端点刷新一下路由信息即可

官方文档：

  • Gateway Actuator API

关于Gateway的调试、排错

1、Gateway的监控端点：

上一小节介绍了Gateway的监控端点，这些监控端点可以帮助我们分析全局过滤器、过滤器工厂、路由详情等

2、日志：

设置一些相关包的日志级别，打印更详细的日志信息，可按需将如下包的日志级别设置成 debug 或 trace：

  • org.springframework.cloud.gateway
  • org.springframework.http.server.reactive
  • org.springframework.web.reactive
  • org.springframework.boot.autoconfigure.web
  • reactor.netty
  • redisratelimiter

配置示例：

logging:
  level:
    org.springframework.cloud.gateway: trace

3、Wiretap Logger【需Greenwich SR3及更高版本才会支持】：

Reactor Netty的 HttpClient 以及 HttpServer 可启用 Wiretap。需将 reactor.netty 包设置成 debug 或 trace ，然后在配置文件中添加如下配置：

  • spring.cloud.gateway.httpserver.wiretap=true：开启 HttpServer 的Wiretap
  • spring.cloud.gateway.httpclient.wiretap=true：开启 HttpClient 的Wiretap

wiretap其实是Reactor Netty的概念，用于打印对端之间的流量详情，相关文档：

  • HttpClient Wire Logger
  • HttpServer Wire Logger

过滤器执行顺序

我们都知道全局过滤器使用@Order 注解或实现 Ordered 接口来配置一个决定执行顺序的数字，该数字越小的过滤器越靠前执行。

但是在路由规则上所配置的过滤器工厂并没有配置类似Order之类的东西，那么是如何决定执行顺序的呢？其实，过滤器工厂默认也会被设置一个Order，该Order按配置顺序从1开始递增，也是Order越小越靠前执行。如下：

routes:
  - id: test-route
    uri: lb://user-center
    predicates:
      - TimeBetween=上午9:00,下午5:00
    filters:
      # 按配置顺序从1开始递增
      - AddRequestHeader=Y-Header, Bar    # Order为1
      - AddResponseHeader=X-Header, Bar   # Order为2
      - PreLog=testName,testValue         # Order为3

使用default-filters配置的默认过滤器也是同理，但如果配置了默认过滤器，则会先执行相同Order的默认过滤器：

default-filters: 
  - AddRequestHeader=Y-Foo, Bar    # Order为1
  - AddResponseHeader=X-Foo, Bar   # Order为2
routes:
  - id: test-route
    uri: lb://user-center
    predicates:
      - TimeBetween=上午9:00,下午5:00
    filters:
      # 按配置顺序从1开始递增
      - AddRequestHeader=Y-Header, Bar    # Order为1
      - AddResponseHeader=X-Header, Bar   # Order为2
      - PreLog=testName,testValue         # Order为3

如需自行控制过滤器工厂的Order，可返回OrderedGatewayFilter，如下示例：

@Slf4j
@Component
public class PreLogGatewayFilterFactory extends AbstractNameValueGatewayFilterFactory {

    @Override
    public OrderedGatewayFilter apply(NameValueConfig config) {
        return new OrderedGatewayFilter((exchange, chain) -> {
            ...
            return chain.filter(exchange);
        }, -1);
    }
}

核心代码:

  • org.springframework.cloud.gateway.route.RouteDefinitionRouteLocator#loadGatewayFilters：为过滤器设置了Order 数值，从1开始
  • org.springframework.cloud.gateway.route. RouteDefinitionRouteLocator#getFilters：加载默认过滤器 & 路由过滤器，并对过滤器做了排序
  • org.springframework.cloud.gateway.handler.FilteringWebH .andler#handle：构建过滤器链并执行

Spring Cloud Gateway跨域配置

Gateway支持CORS相关配置，可以通过不同的URL规则匹配不同的CORS策略。配置示例：

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

除此之外，还可以通过自定义过滤器来解决跨域问题，具体代码如下：

import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.web.cors.CorsConfiguration;
import org.springframework.web.cors.reactive.CorsWebFilter;
import org.springframework.web.cors.reactive.UrlBasedCorsConfigurationSource;
import org.springframework.web.util.pattern.PathPatternParser;

@Configuration
public class CorsConfig {

    @Bean
    public CorsWebFilter corsFilter() {
        CorsConfiguration config = new CorsConfiguration();
        config.addAllowedMethod("*");
        config.addAllowedOrigin("*");
        config.addAllowedHeader("*");

        UrlBasedCorsConfigurationSource source = new UrlBasedCorsConfigurationSource(new PathPatternParser());
        source.registerCorsConfiguration("/**", config);

        return new CorsWebFilter(source);
    }
}

Spring Cloud Gateway限流相关

在高并发的系统中，限流往往是一个绕不开的话题，我们都知道网关是流量的入口，所以在网关上做限流也是理所当然的。Spring Cloud Gateway内置了一个过滤器工厂，用于提供限流功能，这个过滤器工厂就是是RequestRateLimiterGatewayFilterFactory，该过滤器工厂基于令牌桶算法实现限流功能。

目前，该过滤器工厂默认使用 RedisRateLimiter 作为限速器，需要依赖Redis来存储限流配置，以及统计数据等。当然你也可以实现自己的RateLimiter，只需实现 org.springframework.cloud.gateway.filter.ratelimit.RateLimiter 接口，或者继承 org.springframework.cloud.gateway.filter.ratelimit.AbstractRateLimiter抽象类

Tips：

Redis Rate Limiter的实现基于这篇文章：Scaling your API with rate limiters
Spring官方引用的令牌桶算法文章：Token bucket

关于令牌桶之类的限流算法可以参考另一篇文章，这里就不过多赘述了：

  • 应用限流及其常见算法
动手实践

1、添加Redis依赖：


    org.springframework.boot
    spring-boot-starter-data-redis-reactive

2、添加如下配置：

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
        - id: user-center
          uri: lb://user-center
          predicates:
            - Path=/user-center/**
          filters:
            - StripPrefix=1
            - name: RequestRateLimiter
              args:
                # 令牌桶每秒填充平均速率
                redis-rate-limiter.replenishRate: 1
                # 令牌桶的上限
                redis-rate-limiter.burstCapacity: 2
                # 使用SpEL表达式从Spring容器中获取Bean对象
                key-resolver: "#{@pathKeyResolver}"
  # redis相关              
  redis:
    host: 127.0.0.1
    port: 6379

3、编写一个KeyResolver，用于定义针对什么进行限流。例如按照访问路径限流，就写一个针对访问路径的KeyResolver；按照请求参数限流，那就写一个针对请求参数的KeyResolver，以此类推。这里我们按照访问路径限流，具体实现代码如下：

@Configuration
public class RaConfiguration {

    /**
     * 按照Path限流
     *
     * @return key
     */
    @Bean
    public KeyResolver pathKeyResolver() {
        return exchange -> Mono.just(
                exchange.getRequest()
                        // 获取path
                        .getPath()
                        .toString()
        );
    }
}

从代码的实现不难看出，实际就只是返回了一个访问路径，这样限流规则就会作用到访问路径上。例如访问：http://${GATEWAY_URL}/users/1，对于这个路径，它的redis-rate-limiter.replenishRate = 1，redis-rate-limiter.burstCapacity = 2。

访问：http://${GATEWAY_URL}/shares/1，对于这个路径，它的redis-rate-limiter.replenishRate = 1，redis-rate-limiter.burstCapacity = 2；以此类推......

测试

接下来进行一个简单的测试，看看限流是否起作用了。持续频繁访问某个路径，当令牌桶的令牌被消耗完了，就会返回 429 这个HTTP状态码。如下：
Spring Cloud Gateway - 扩展

然后迅速查看Redis中存储的key，会发现其格式如下：
Spring Cloud Gateway - 扩展

从key的格式可以看出来，实际上 KeyResolver 的目的就是用来获取一个请求的唯一标识（这个标识可以是访问路径，可以是某个请求参数，总之就是可以从这个请求里获取出来的东西），并用其生成key以及解析key，以此实现针对性的限流。

拓展

如果请求会携带一个名为user的参数，其值为用户名，那么我们就可以通过这个请求参数来实现针对用户的限流。如下：

@Bean
public KeyResolver userKeyResolver() {
    return exchange -> Mono.just(
        exchange.getRequest()
            .getQueryParams()
            .getFirst("user")
    );
}

同理，我们还可以针对请求的来源IP进行限流。如下：

@Bean
public KeyResolver ipKeyResolver() {
    return exchange -> Mono.just(
      exchange.getRequest()
          .getHeaders()
          .getFirst("X-Forwarded-For")
    );
}

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