APISIX 简介：云原生 API 网关的架构与实践

TracyCoder123

于 2025-06-17 16:54:07 发布

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分类专栏：微服务与分布式文章标签：云原生架构 apisix

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引言：APISIX 概述

APISIX（Apache APISIX）是一个高性能、可扩展的云原生 API 网关，基于 Nginx 和 etcd 构建。

作为微服务架构的流量入口，它提供了动态路由、负载均衡、服务发现、认证授权、可观测性等核心能力。

其设计遵循"云原生"和"可扩展"理念，支持热加载、动态配置和插件化架构，已成为 Apache 顶级项目，被广泛应用于金融、电商、互联网等领域的关键业务场景。

Apisix 基于 Nginx 和 etcd 构建，主要有以下原因：

高性能：Nginx 是一款基于 C 语言开发的高性能服务器软件，其底层开发经过了深度优化，在处理高并发连接时表现出色，能够同时处理超过十万个并发连接的请求，性能达到极致，并且在大规模应用中得到了充分有效的验证。Apisix 基于 Nginx 的网络层，可以利用 Nginx 的高性能优势，轻松应对高流量的 API 请求。
事件驱动模型：Nginx 采用事件驱动的异步非阻塞模型，这种模型使得 Nginx 在处理大量并发请求时，能够避免线程切换带来的开销，提高资源利用率和响应速度。Apisix 基于 Nginx 内核的事件驱动模型，单进程即可支持 10 万+并发连接，能够高效地处理各种 API 流量。
可扩展性：通过 Lua 和 LuaJIT 技术，Apisix 可以在 Nginx 的基础上进行灵活扩展。Lua 语言具有简洁高效、易于学习和扩展的特点，开发人员可以方便地编写 Lua 脚本，实现各种自定义的功能，如流量控制、日志记录、安全检测、故障注入等插件，同时支持用户编写自定义插件来对数据面进行扩充。

分布式配置管理：etcd 是一个高可用的分布式键值（key - value）存储系统，内部采用 raft 协议作为一致性算法，能够保证数据在分布式环境下的一致性和可靠性。Apisix 利用 etcd 来存储和同步网关的配置数据，管理员通过 admin API 或者 dashboard 对配置进行修改后，etcd 可以在毫秒级别内将配置变更通知到所有的数据面节点，确保整个集群的配置能够及时、一致地更新。
服务发现与注册：由于 Apisix 使用 etcd 作为配置中心，在与其他组件配合时非常方便，可以直接将 etcd 当作服务注册发现中心来使用，支持服务的注册和发现功能。当然，Apisix 同时也支持 Consul、Eureka、Nacos 等其他服务注册中心，以满足不同用户的需求。
配置灵活性与动态性：etcd 的 watch 机制允许客户端监控特定 key 的变化。在 Apisix 中，通过 etcd 的 watch 功能，各个节点可以实时感知配置的变化，并及时更新自身的配置，实现动态路由、动态插件配置等功能，无需手动重启或重新加载配置，大大提高了网关的灵活性和可管理性。

Dashboard（可视化界面）
- 提供图形化操作面板，支持路由、服务、插件的可视化配置
- 集成监控看板，展示流量指标、错误率、插件运行状态等数据
- 支持多租户权限管理和操作审计
Admin API（管理接口）
- 基于RESTful设计的API接口，支持配置的增删改查
- 具备灰度发布能力，可按版本、权重控制配置发布范围
- 支持Webhook回调，可与CI/CD流程集成实现自动化部署

etcd集群（分布式配置中心）
- 采用Raft共识算法保证配置强一致性，支持多节点高可用
- 存储三类核心数据：
  - 路由规则（URI匹配规则、负载均衡策略）
  - 插件配置（限流策略、认证方式、日志格式）
  - 服务节点信息（上游服务IP:Port、健康检查状态）
- 通过Watch机制实现配置变更的毫秒级推送，无需重启节点

APISIX Core（请求处理引擎）
- 基于OpenResty构建，采用多worker进程模型（每个worker独立处理请求）
- 核心流程：
  1. 接收客户端请求并解析URI
  2. 根据etcd配置执行路由匹配
  3. 按顺序调用插件链处理请求
  4. 转发请求到上游服务并处理响应
- 性能优势：单节点可支撑10万+并发连接，CPU多核利用率达90%以上
Plugin System（插件系统）
- 模块化设计，100+官方插件覆盖三大场景：
  - 流量治理（限流、熔断、重试、负载均衡）
  - 安全防护（JWT认证、IP黑白名单、SQL注入防护）
  - 可观测性（Prometheus监控、Skywalking追踪、Access Log记录）
- 支持自定义插件开发，通过Lua脚本扩展功能，无需修改核心代码

（1）基于 Nginx 的事件驱动模型

多进程架构：
- Master-Worker 模型：
  - Master 进程：负责读取配置、管理 Worker 进程（如启动、重启、优雅退出）。
  - Worker 进程：处理实际请求，多个 Worker 进程通过共享内存实现数据交换。
- 异步非阻塞 I/O：
  - 每个 Worker 进程采用 epoll/kqueue 等事件驱动机制，单进程可处理数万并发连接。
  - 请求处理过程中不阻塞线程，而是通过回调函数处理响应。

（2）请求处理阶段：
Nginx 将请求处理分为多个阶段（Phase），OpenResty 可在这些阶段中插入 Lua 代码：

（3）LuaJIT 与 Nginx 的深度集成

LuaJIT 引擎：
- 即时编译（JIT）：将 Lua 代码编译为机器码，性能接近 C 语言。
- 协程支持：Lua 协程（coroutine）实现轻量级线程，避免阻塞 Worker 进程。
ngx_lua 模块：
OpenResty 通过 ngx_lua 模块将 Lua 环境嵌入 Nginx，提供以下核心功能：
- 请求上下文：通过 ngx 全局对象访问请求信息（如 ngx.var、ngx.req）。
- 非阻塞 I/O：支持异步访问数据库、缓存（如 Redis、MySQL）。
- 共享内存：通过 ngx.shared.DICT 实现 Worker 间数据共享。
- 定时器：支持异步定时任务（如 ngx.timer.at）。