微服务架构之网关层Zuul剖析

原创梁松华松华说

单体架构时代，应用可以自己做过滤器、限流等非业务逻辑，但是随着微服务的推广盛行，如果每个微服务重复造轮子甚至需要对多终端兼容，效率低下，此时迫切需要一种通用的解决方案，从而演化出API网关，单点入口、路由转发、限流熔断、监控、安全认证等通用的功能由网关来承担

一、Zuul简介

Zuul相当于是第三方调用和服务提供方之间的防护门，其中最大的亮点就是可动态发布过滤器

二、Zuul可以为我们提供什么

1、权限控制

2、预警和监控

3、红绿部署、(粘性)金丝雀部署，流量调度支持

4、流量复制转发，方便分支测试、埋点测试、压力测试

5、跨区域高可用，异常感知

6、防爬防攻击

7、负载均衡、健康检查和屏蔽坏节点

8、静态资源处理

9、重试容错服务

三、Zuul网关架构

可以看到其架构主要分为发布模块、控制管理加载模块、运行时模块、线程安全的请求上下文模块。在Spring Cloud中，Zuul每个后端都称为一个Route,为了避免资源抢占，整合了Hystrix进行隔离和限流，基于线程的隔离机制，另外一种机制是信号量，后面文章会提到。Zuul默认使用ThreadLocal

protected static final ThreadLocal<? extends RequestContext> threadLocal = new ThreadLocal<RequestContext>() {     @Override     protected RequestContext initialValue() {        try {           return contextClass.newInstance();        } catch (Throwable e) {           e.printStackTrace();           throw new RuntimeException(e);        }     }  };

请求处理生命周期，"pre" filters（认证、路由、请求日记）->"routing filters"(将请求发送到后端)->"post" filters（增加HTTP头、收集统计和度量、客户端响应）

四、过滤器

一些概念

1、类型Type,定义被运行的阶段，也就是pre\routing\post\error阶段

2、顺序Execution Order,定义同类型链执行中顺序

3、条件Criteria,定义过滤器执行的前提条件

4、动作Action，定义过滤器执行的业务

下面是一个DEMO

class DebugFilter extends ZuulFilter {
    static final DynamicBooleanProperty routingDebug = DynamicPropertyFactory.getInstance().getBooleanProperty(ZuulConstants.ZUUL_DEBUG_REQUEST, true)    static final DynamicStringProperty debugParameter = DynamicPropertyFactory.getInstance().getStringProperty(ZuulConstants.ZUUL_DEBUG_PARAMETER, "d")
    @Override    String filterType() {        return 'pre'    }
    @Override    int filterOrder() {        return 1    }
    boolean shouldFilter() {        if ("true".equals(RequestContext.getCurrentContext().getRequest().getParameter(debugParameter.get()))) {            return true        }
        return routingDebug.get();    }
    Object run() {        RequestContext ctx = RequestContext.getCurrentContext()        ctx.setDebugRouting(true)        ctx.setDebugRequest(true)        ctx.setChunkedRequestBody()        return null;    }

五、代码剖析

在Servlet API 中有一个ServletContextListener接口，它能够监听 ServletContext 对象的生命周期，实际上就是监听 Web 应用的生命周期。接口中定义了两个方法

/** * 当Servlet 容器启动Web 应用时调用该方法。在调用完该方法之后，容器再对Filter 初始化， * 并且对那些在Web 应用启动时就需要被初始化的Servlet 进行初始化。 */contextInitialized(ServletContextEvent sce)

/** * 当Servlet 容器终止Web 应用时调用该方法。在调用该方法之前，容器会先销毁所有的Servlet 和Filter 过滤器。 */contextDestroyed(ServletContextEvent sce)

在Zuul网关中

public class InitializeServletListener implements ServletContextListener {
@Overridepublic void contextInitialized(ServletContextEvent arg0) {    try {        //实例化        initZuul();           } catch (Exception e) {        LOGGER.error("Error while initializing zuul gateway.", e);        throw new RuntimeException(e);    }}
 private void initZuul() throws Exception {     //文件管理    FilterFileManager.init(5, preFiltersPath, postFiltersPath, routeFiltersPath, errorFiltersPath);    //从DB中加载Filter    startZuulFilterPoller();  }}

在initZuul中，FilterFileManager主要是做文件管理，起一个poll Thread，定期把FilterDirectory中file放到FilterLoader中，在FilterLoad中会进行编译再放到filterRegistry中。而startZuulFilterPoller主要是判断DB中有是否变化或者新增的Filer,然后写到FilterDirectory中

public boolean putFilter(File file) throws Exception {   Class clazz = COMPILER.compile(file);    if (!Modifier.isAbstract(clazz.getModifiers())) {        filter = (ZuulFilter) FILTER_FACTORY.newInstance(clazz);        filterRegistry.put(file.getAbsolutePath() + file.getName(), filter);        filterClassLastModified.put(sName, file.lastModified());        //二次hash检查        List<ZuulFilter> list = hashFiltersByType.get(filter.filterType());        if (list != null) {            hashFiltersByType.remove(filter.filterType()); //rebuild this list      }     }  }

过滤器对应的DB字段有

filter_id,revision,create_time,is_active,is_canary,filter_code,filter_type,filter_name,disable_property_name,filter_order,application_name

我们再回到主流程看ZuulServlet,每当一个客户请求一个HttpServlet对象,该对象的service()方法就要被调用,而且传递给这个方法一个"请求"(ServletRequest)对象和一个"响应"(ServletResponse)对象作为参数

public class SynZuulServlet extends HttpServlet {
private ZuulRunner zuulRunner = new ZuulRunner();
@Overridepublic void service(javax.servlet.ServletRequest req, javax.servlet.ServletResponse res) throws javax.servlet.ServletException, java.io.IOException {    try {        init((HttpServletRequest) req, (HttpServletResponse) res);RequestContext.getCurrentContext().setZuulEngineRan();        try {            preRoute();        } catch (ZuulException e) {            error(e);            postRoute();            return;        }        try {            route();        } catch (ZuulException e) {            error(e);            postRoute();            return;        }        try {            postRoute();        } catch (ZuulException e) {            error(e);            return;        }
    } catch (Throwable e) {    } finally {        RequestContext.getCurrentContext().unset();    }}

运行时主要从filterRegistry根据type取出过滤器依次执行

六、Zuul2.x版本解读

Zuul2.x的核心功能特性

服务器协议

HTTP/2——完整的入站（inbound）HTTP/2连接服务器支持
双向TLS（Mutual TLS）——支持在更安全的场景下运行

弹性特性

自适应重试——Netflix用于增强弹性和可用性的核心重试逻辑
源并发保护——可配置的并发限制，避免源过载，隔离Zuul背后的各个源

运营特性

请求Passport——跟踪每个请求的所有生命周期事件，这对调试异步请求非常有用
状态分类——请求成功和失败的可能状态枚举，比HTTP状态码更精细
请求尝试——跟踪每个代理的尝试和状态，对调试重试和路由特别有用

实际上Zuul2.x是将ZuulFilter变换成Netty Handler,在Netty中，一系列的Handler会聚合在一起并使用Pipline执行，拿Netty的Sample来说明下

//EventLoopGroup线程组，包含一组NIO线程 //bossGroup\workerGroup,一个用于连接管理，另外一个进行SocketChannel的网络读写 EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(); EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup(); ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();            bootstrap.group(bossGroup,workerGroup)                    .channel(NioServerSocketChannel.class)                    .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {                        @Override                        protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {                            ch.pipeline().addLast(new LengthFieldBasedFrameDecoder(10240, 0, 2, 0, 2))                                    .addLast(new StringDecoder(UTF_8))                                    .addLast(new LengthFieldPrepender(2))                                    .addLast(new StringEncoder(UTF_8))                                    .addLast(new ServerHandler());                        }                    }).childOption(ChannelOption.TCP_NODELAY, true);  ChannelFuture future = bootstrap.bind(18080).sync();

在Zuul2.x中默认注册了这些Handler

@Overrideprotected void initChannel(Channel ch) throws Exception{    // Configure our pipeline of ChannelHandlerS.    ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
    storeChannel(ch);    addTimeoutHandlers(pipeline);    addPassportHandler(pipeline);    addTcpRelatedHandlers(pipeline);    addHttp1Handlers(pipeline);    addHttpRelatedHandlers(pipeline);    addZuulHandlers(pipeline);}

我们在上面的pipeline中注册了一个ServerHandler,这个handler就是用来处理Client端实际发送的数据的

public class ServerHandler extends  SimpleChannelInboundHandler<String> {
@Overridepublic void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, String message) throws Exception {    System.out.println("from client:" + message);    JSONObject json = JSONObject.fromObject(message);    String source = json.getString("source");    String md5 = DigestUtils.md5Hex(source);    json.put("md5Hex",md5);    ctx.writeAndFlush(json.toString());//write bytes to socket,and flush(clear) the buffer cache.}
@Overridepublic void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) {    ctx.flush();}
@Overridepublic void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) {    cause.printStackTrace();    ctx.close();}}

Zuul2.x相比1.x最大的变化就是异步化，最大的功臣莫过于Netty,上面涉及到的很重要的就是ChannelPipleline和ChannelFuture

ChannelPipleline实际上是一个双向链表,提供了addBefore\addAfter\addFirst\addLast\remove等方法，链表操作会影响Handler的调用关系。ChannelFuture是为了解决如何获取异步结果的问题而声音设计的接口，有未完成和完成这两种状态，不过通过CannelFuture的get()方法获取结果可能导致线程长时间被阻塞，一般使用非阻塞的GenericFutureListener

@Override public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) {     ChannelFuture future = ctx.channel().close();     future.addListener(new ChannelFutureListener() {         public void operationComplete(ChannelFuture future) {
         }     }); }

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