原创好文!亿级流量网关设计思路(二)

本文涉及的产品
应用型负载均衡 ALB,每月750个小时 15LCU
网络型负载均衡 NLB,每月750个小时 15LCU
日志服务 SLS,月写入数据量 50GB 1个月
简介: 本文准备围绕七个点来讲网关,分别是网关的基本概念、网关设计思路、网关设计重点、流量网关、业务网关、常见网关对比,对基础概念熟悉的朋友可以根据目录查看自己感兴趣的部分

流量网关

流量网关,顾名思义就是控制流量进入集群的网关,有很多工作需要在这一步做,对于一个服务集群,势必有很多非法的请求或者无效的请求,这时候要将请求拒之门外,降低集群的流量压力。

微信图片_20220418194837.png

定义全局性的、跟具体的后端业务应用和服务完全无关的策略网关就是上图所示的架构模型——流量网关。流量网关通常只专注于全局的Api管理策略,比如全局流量监控、日志记录、全局限流、黑白名单控制、接入请求到业务系统的负载均衡等,有点类似防火墙。Kong 就是典型的流量网关。

下面是kong的架构图,来自官网:

微信图片_20220418194842.png

这里需要补充一点的是,业务网关一般部署在流量网关之后、业务系统之前,比流量网关更靠近业务系统。通常API网指的是业务网关。有时候我们也会模糊流量网关和业务网关,让一个网关承担所有的工作,所以这两者之间并没有严格的界线。

业务网关

当一个单体应用被拆分成许许多多的微服务应用后,也带来了一些问题。一些与业务非强相关的功能,比如权限控制、日志输出、数据加密、熔断限流等,每个微服务应用都需要,因此存在着大量重复的代码实现。而且由于系统的迭代、人员的更替,各个微服务中这些功能的实现细节出现了较大的差异,导致维护成本变高。另一方面,原先单体应用下非常容易做的接口管理,在服务拆分后没有了一个集中管理的地方,无法统计已存在哪些接口、接口定义是什么、运行状态如何。

网关就是为了解决上述问题。作为微服务体系中的核心基础设施,一般需要具备接口管理、协议适配、熔断限流、安全防护等功能,各种开源的网关产品(比如 zuul)都提供了优秀高可扩展性的架构、可以很方便的实现我们需要的一些功能、比如鉴权、日志监控、熔断限流等。

与流量网关相对应的就是业务网关,业务网关更靠近我们的业务,也就是与服务器应用层打交道,那么有很多应用层需要考虑的事情就可以依托业务网关,例如在线程模型、协议适配、熔断限流,服务编排等。下面看看业务网关体系结构:

微信图片_20220418194846.png

图片来自:业务网关的落地实践

从这个图中可以看出业务网关主要职责以及所做的事情, 目前业务网关比较成熟的 API 网关框架产品有三个 分别是:Zuul1、Zuul2 和 SpringCloud Gateway, 后面再进行对比。

常见网关对比

既然对比,就先宏观上对各种网关有一个了解,后面再挑一些常用的或者说应用广泛的详细了解。

目前常见的开源网关大致上按照语言分类有如下几类:

  • Nginx+lua:OpenResty、Kong、Orange、Abtesting gateway 等
  • Java:Zuul/Zuul2、Spring Cloud Gateway、Kaazing KWG、gravitee、Dromara soul 等
  • Go:Janus、fagongzi、Grpc-gateway
  • Dotnet:Ocelot
  • NodeJS:Express Gateway、Micro Gateway

按照使用数量、成熟度等来划分,主流的有 4 个:

  • OpenResty
  • Kong
  • Zuul/Zuul2
  • Spring Cloud Gateway

OpenResty

相关连接: 官网、B站、Github

OpenResty是一个流量网关,根据前面对流量网关的介绍就可以知道流量网关的职责。

OpenResty基于 Nginx 与 Lua 的高性能 Web 平台,其内部集成了大量精良的 Lua 库、第三方模块以及大多数的依赖项。用于方便地搭建能够处理超高并发、扩展性极高的动态 Web 应用、Web 服务和动态网关。

通过揉和众多设计良好的 Nginx 模块,OpenResty 有效地把 Nginx 服务器转变为一个强大的 Web 应用服务器,基于它开发人员可以使用 Lua 编程语言对 Nginx 核心以及现有的各种 Nginx C 模块进行脚本编程,构建出可以处理一万以上并发请求的极端高性能的 Web 应用

OpenResty 最早是顺应 OpenAPI 的潮流做的,所以 Open 取自“开放”之意,而Resty便是 REST 风格的意思。虽然后来也可以基于 ngx_openresty 实现任何形式的 web service 或者传统的 web 应用。

也就是说 Nginx 不再是一个简单的静态网页服务器,也不再是一个简单的反向代理了。第二代的 openresty 致力于通过一系列 nginx 模块,把nginx扩展为全功能的 web 应用服务器。

ngx_openresty 是用户驱动的项目,后来也有不少国内用户的参与,从 openresty.org 的点击量分布上看,国内和国外的点击量基本持平。

ngx_openresty 目前有两大应用目标:

  1. 通用目的的 web 应用服务器。在这个目标下,现有的 web 应用技术都可以算是和 OpenResty 或多或少有些类似,比如 Nodejs, PHP 等等。ngx_openresty 的性能(包括内存使用和 CPU 效率)算是最大的卖点之一。
  2. Nginx 的脚本扩展编程,用于构建灵活的 Web 应用网关和 Web 应用防火墙。有些类似的是 NetScaler。其优势在于 Lua 编程带来的巨大灵活性。

Kong

相关连接: 官网、Github

Kong基于OpenResty开发,也是流量层网关, 是一个云原生、快速、可扩展、分布式的Api 网关。继承了OpenResty的高性能、易扩展性等特点。Kong通过简单的增加机器节点,可以很容易的水平扩展。同时功能插件化,可通过插件来扩展其能力。而且在任何基础架构上都可以运行。具有以下特性:

  • 提供了多样化的认证层来保护Api。
  • 可对出入流量进行管制。
  • 提供了可视化的流量检查、监视分析Api。
  • 能够及时的转换请求和相应。
  • 提供log解决方案
  • 可通过api调用Serverless 函数。

Kong解决了什么问题

当我们决定对应用进行微服务改造时,应用客户端如何与微服务交互的问题也随之而来,毕竟服务数量的增加会直接导致部署授权、负载均衡、通信管理、分析和改变的难度增加。

面对以上问题,API GATEWAY是一个不错的解决方案,其所提供的访问限制、安全、流量控制、分析监控、日志、请求转发、合成和协议转换功能,可以解放开发者去把精力集中在具体逻辑的代码,而不是把时间花费在考虑如何解决应用和其他微服务链接的问题上。

图片来自Kong官网:

微信图片_20220418194853.png

可以看到Kong解决的问题。专注于全局的Api管理策略,全局流量监控、日志记录、全局限流、黑白名单控制、接入请求到业务系统的负载均衡等。

Kong的优点以及性能

在众多 API GATEWAY 框架中,Mashape 开源的高性能高可用API网关和API服务管理层——KONG(基于 NGINX+Lua)特点尤为突出,它可以通过插件扩展已有功能,这些插件(使用 lua 编写)在API请求响应循环的生命周期中被执行。于此同时,KONG本身提供包括 HTTP 基本认证、密钥认证、CORS、TCP、UDP、文件日志、API请求限流、请求转发及 NGINX 监控等基本功能。目前,Kong 在 Mashape 管理了超过 15,000 个 API,为 200,000 开发者提供了每月数十亿的请求支持。

Kong架构

Kong提供一些列的服务,这就不得不谈谈内部的架构:

微信图片_20220418194857.png

首先最底层是基于Nginx, Nginx是高性能的基础层, 一个良好的负载均衡、反向代理器,然后在此基础上增加Lua脚本库,形成了OpenResty,拦截请求, 响应生命周期,可以通过Lua编写脚本,所以插件比较丰富。

关于Kong的一些插件库以及如何配置,可以参考简书:开源API网关系统(Kong教程)入门到精通

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