使用 API 网关构建微服务

本期内容

微服务系列文章的第一篇介绍了微服务架构模式，讨论了使用微服务的优缺点，以及为什么微服务虽然复杂度高却是复杂应用程序的理想选择。

在决定以一组微服务来构建自己的应用时，你需要确定应用客户端如何与微服务交互。

在单体式程序中，通常只有一组冗余的或者负载均衡的服务提供点。在微服务架构中，每一个微服务暴露一组细粒度的服务提供点。在本篇文章中，我们来看它如何影响客户端到服务端通信，并提出一种使用 API 网关的方法。

简要概述

让我们想象一下，你要为一个购物应用程序开发一个原生移动客户端。你很可能需要实现一个产品详情页面，展示任何指定商品的信息。

下图展示了 Amazon Android 应用在商品详情页显示的内容。

 

即使只是个智能手机应用，产品详情页面也显示了大量的信息。该页面不仅包含基本的产品信息（如名称、描述、价格），而且还显示了如下内容：

• 购物车中的商品数量
• 历史订单
• 客户评论
• 低库存预警
• 送货选项
• 各种推荐，包括经常与该商品一起购买的其它商品、购买该商品的客户购买的其它商品、购买该商品的客户看过的其它商品
• 其它的购物选择

使用单体应用程序架构时，移动客户端通过向应用程序发起一次 REST 调用（GET api.company.com/productdetails/）来获取这些数据。负载均衡器将请求路由给 N 个相同的应用程序实例中的其中之一。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。

相反，若是采用微服务架构，显示在产品页上的数据会分布在不同的微服务上。下面列举了可能与产品详情页数据有关的一些微服务：

• 购物车服务——购物车中的件数
• 订单服务——历史订单
• 目录服务——商品基本信息，如名称、图片和价格
• 评论服务——客户的评论
• 库存服务——低库存预警
• 送货服务——送货选项、期限和费用，这些信息单独从送货方 API 获取
• 推荐服务——推荐商品

我们需要决定移动客户端如何访问这些服务。让我们看看有哪些方法。

客户端与微服务直接通信

从理论上讲，客户端可以直接向每个微服务发送请求。每个微服务都有一个公开的端点(https ://.api.company.name）。该 URL 映射到微服务的负载均衡器，由后者负责在可用实例之间分发请求。为了获取产品详情，移动客户端将逐一向上文列出的 N 个服务发送请求。

遗憾的是，这种方法存在挑战和局限。问题之一是客户端需求和每个微服务暴露的细粒度 API 不匹配。在这个例子中，客户端需要发送 7 个独立请求。在更复杂的应用程序中，可能要发送更多的请求；按照 Amazon 的说法，他们在显示他们的产品页面时就调用了数百个服务。然而，客户端通过 LAN 发送许多请求，这在公网上可能会很低效，在移动网络上就根本不可行。这种方法还使得客户端代码非常复杂。

客户端直接调用微服务的另一个问题是，部分服务使用的协议对 web 并不友好。一个服务可能使用 Thrift 二进制 RPC，而另一个服务可能使用 AMQP 消息传递协议。不管哪种协议对于浏览器或防火墙都不够友好，最好是内部使用。在防火墙之外，应用程序应该使用诸如 HTTP 和 WebSocket 之类的协议。

这种方法的另一个缺点是，它会使得微服务难以重构。随着时间推移，我们可能想要更改系统拆分成服务的方式。例如，我们可能合并两个服务，或者将一个服务拆分成两个或更多服务。然而，如果客户端与微服务直接通信，那么执行这类重构就非常困难了。

由于上述三种问题的原因，客户端直接与服务器端通信的方式很少在实际中使用。

使用 API 网关构建微服务

通常来说，使用 API 网关是更好的解决方式。API 网关是一个服务器，也可以说是进入系统的唯一节点。这与面向对象设计模式中的 Facade 模式很像。API 网关封装内部系统的架构，并且提供 API 给各个客户端。它还可能还具备授权、监控、负载均衡、缓存、请求分片和管理、静态响应处理等功能。下图展示了一个适应当前架构的 API 网关。

API 网关负责服务请求路由、组合及协议转换。客户端的所有请求都首先经过 API 网关，然后由它将请求路由到合适的微服务。API 网关经常会通过调用多个微服务并合并结果来处理一个请求。它可以在 web 协议（如 HTTP 与 WebSocket）与内部使用的非 web 友好协议之间转换。

API 网关还能为每个客户端提供一个定制的 API。通常，它会向移动客户端暴露一个粗粒度的 API。以产品详情的场景为例，API 网关可以提供一个端点（/productdetails?productid=xxx），使移动客户端可以通过一个请求获取所有的产品详情。API 网关通过调用各个服务（产品信息、推荐、评论等等）并合并结果来处理请求。

Netflix API 网关是一个很好的 API 网关实例。Netflix 流媒体服务提供给成百上千种类型的设备使用，包括电视、机顶盒、智能手机、游戏系统、平板电脑等等。

最初，Netflix 试图为他们的流媒体服务提供一个通用的 API。然而他们发现，由于各种各样的设备都有自己独特的需求，这种方式并不能很好地工作。如今，他们使用一个 API 网关，通过运行与针对特定设备的适配器代码，来为每种设备提供定制的 API。通常，一个适配器通过调用平均 6 到 7 个后端服务来处理每个请求。Netflix API 网关每天处理数十亿请求。

API 网关的优点和缺点

如你所料，使用 API 网关有优点也有不足。使用 API 网关的最大优点是，它封装了应用程序的内部结构。客户端只需要同网关交互，而不必调用特定的服务。API 网关为每一类客户端提供了特定的 API，这减少了客户端与应用程序间的交互次数，还简化了客户端代码。

API 网关也有一些不足。它增加了一个我们必须开发、部署和维护的高可用组件。还有一个风险是，API 网关变成了开发瓶颈。为了暴露每个微服务的端点，开发人员必须更新 API 网关。API网关的更新过程要尽可能地简单，这很重要；否则，为了更新网关，开发人员将不得不排队等待。不过，虽然有这些不足，但对于大多数现实世界的应用程序而言，使用 API 网关是合理的。