Java亿级流量架构之网关设计思路

Part1 什么是网关

网关,很多地方将网关比如成门, 没什么问题, 但是需要区分网关与网桥的区别

网桥工作在数据链路层，在不同或相同类型的LAN之间存储并转发数据帧，必要时进行链路层上的协议转换。可连接两个或多个网络，在其中传送信息包。

网关是一个大概念，不具体特指一类产品，只要连接两个不同的网络都可以叫网关,网桥一般只转发信息,而网关可能进行包装。

网关通俗理解

根据网关的特性,举个例子:

假如你要去找集团老板(这儿只是举个例子), 大家都知道老板肯定不是谁想见就能见的, 也怕坏人嘛, 那么你去老板所在的办公楼,假如是集团总部, 大楼这个门就充当了网关的角色, 大门一般都有看门员 ,看门员会做哪些事情呢?

首先所有想见老板的人肯定都得从这个门进( 统一入口 ), 这个门相当于将办公室和外界隔离了,主要为了保护里面的安全以及正常工作, 来到这个门之后, 门卫肯定会让你出示相关证件( 鉴权检验 ), 意思就是判断你要见老板这个请求是否合理, 如果不合理直接就拒绝了, 让你回家等消息 , 如果鉴权之后, 发现你找老板其实只是为了和他谈谈两元店的生意, 门卫会跟你说这个用不着找老板, 你去集团投资部就行了( 动态路由 , 将请求路由到不同的后端集群中), 此时会对你进行一些 包装 ,例如给你出具一个访问证类似的,然后告诉你路该怎么走,等等。

你看看,网关的作用是不是就是这三个, 最终目的就是减少你与集团的耦合,具体到计算机上就是减少客户端与服务端的耦合,如果没有网关意味着所有请求都会直接调用服务器上的资源,这样耦合太强了,服务器出了问题,客户端会直接报错, 例如老板换工作的地方了,如果没有网关你直接去原来的地方找, 肯定会被告知老板不在这儿。

为什么需要网关

当使用单体应用程序架构时，客户端（Web 或移动端）通过向后端应用程序发起一次 REST 调用来获取数据。负载均衡器将请求路由给 N 个相同的应用程序实例中的一个。然后应用程序会查询各种数据库表，并将响应返回给客户端。微服务架构下，单体应用被切割成多个微服务，如果将所有的微服务直接对外暴露，势必会出现安全方面的各种问题,另外内外耦合严重。

客户端可以直接向每个微服务发送请求，其问题主要如下：

• 客户端需求和每个微服务暴露的细粒度 API 不匹配。

• 部分服务使用的协议不是Web友好协议。可能使用 Thrift 二进制 RPC，也可能使用 AMQP 消息传递协议。

• 微服务难以重构。如果合并两个服务，或者将一个服务拆分成两个或更多服务，这类重构就非常困难了。

网关与服务器集群

回到我们服务器上,下面图介绍了网关(Gateway)作用,可知 Gateway 方式下的架构，可以细到为每一个服务的实例配置一个自己的 Gateway，也可以粗到为一组服务配置一个，甚至可以粗到为整个架构配置一个接入的 Gateway。于是，整个系统架构的复杂度就会变得简单可控起来。

这张图展示了一个多层 Gateway 架构，其中有一个总的 Gateway 接入所有的流量( 流量网关 )，并分发给不同的子系统，还有第二级 Gateway 用于做各个子系统的接入 Gateway( 业务网关 )。可以看到，网关所管理的服务粒度可粗可细。通过网关，我们可以把分布式架构组织成一个星型架构，由网络对服务的请求进行路由和分发。下面来聊聊好的网关应该具备哪些功能,也就是网关设计模式。

Part2 网关设计思路

一个网关需要有以下的功能:

请求路由

网关一定要有请求路由的功能。这样一来，对于调用端来说，也是一件非常方便的事情。因为调用端不需要知道自己需要用到的其它服务的地址，全部统一地交给 Gateway 来处理。

服务注册

为了能够代理后面的服务，并把请求路由到正确的位置上，网关应该有服务注册功能，也就是后端的服务实例可以把其提供服务的地址注册、取消注册。一般来说，注册也就是注册一些 API 接口。比如，HTTP 的 Restful 请求，可以注册相应 API 的 URI、方法、HTTP 头。这样，Gateway 就可以根据接收到的请求中的信息来决定路由到哪一个后端的服务上。

负载均衡

因为一个网关可以接收多个服务实例，所以网关还需要在各个对等的服务实例上做负载均衡策略。简单点就是直接 Round-Robin 轮询，复杂点的可以设置上权重进行分发，再复杂一点还可以做到 session 粘连。

弹力设计

网关还可以把弹力设计中的那些异步、重试、幂等、流控、熔断、监视等都可以实现进去。这样，同样可以像 Service Mesh 那样，让应用服务只关心自己的业务逻辑（或是说数据面上的事）而不是控制逻辑（控制面）。

安全方面

SSL 加密及证书管理、Session 验证、授权、数据校验，以及对请求源进行恶意攻击的防范。错误处理越靠前的位置就是越好，所以，网关可以做到一个全站的接入组件来对后端的服务进行保护。当然，网关还可以做更多更有趣的事情，比如：灰度发布、API聚合、API编排。

灰度发布

网关完全可以做到对相同服务不同版本的实例进行导流，还可以收集相关的数据。这样对于软件质量的提升，甚至产品试错都有非常积极的意义。

API 聚合

使用网关可以将多个单独请求聚合成一个请求。在微服务体系的架构中，因为服务变小了，所以一个明显的问题是，客户端可能需要多次请求才能得到所有的数据。这样一来，客户端与后端之间的频繁通信会对应用程序的性能和规模产生非常不利的影响。于是，我们可以让网关来帮客户端请求多个后端的服务（有些场景下完全可以并发请求），然后把后端服务的响应结果拼装起来，回传给客户端（当然，这个过程也可以做成异步的，但这需要客户端的配合）。

API 编排

同样在微服务的架构下，要走完一个完整的业务流程，我们需要调用一系列 API，就像一种工作流一样，这个事完全可以通过网页来编排这个业务流程。我们可能通过一个 DSL 来定义和编排不同的 API，也可以通过像 AWS Lambda 服务那样的方式来串联不同的 API。

Part3 网关设计重点

网关设计重点主要是三个, 高性能、高可用、高扩展:

高性能

在技术设计上，