作者：個推應用平臺基礎架構高級研發工程師 阿飛

在微服務架構中，不同的微服務可以有不同的網絡地址，各個微服務之間通過互相調用完成用戶請求，客戶端可能通過調用N個微服務的接口完成一個用戶請求。因此，在客戶端和服務端之間增加一個API網關成為多數微服務架構的必然選擇。

在個推的微服務實踐中，API網關也起著至關重要的作用。一方面，API網關是個推微服務體系對外的唯一入口；另一方面，API網關中實現了很多后端服務的共性需求，避免了重復建設。

個推微服務網關的設計與實現

個推微服務主要是基于Docker和Kubernetes進行實踐的。在整個微服務架構中，最底層的是個推私有部署的Kubernetes集群，在集群之上，部署了應用服務。

個推的應用服務體系共分為三層，最上一層是網關層，接著是業務層，最下面是基礎層服務。在部署應用服務時，我們使用了Kubernetes的命名空間對不同產品線的產品進行隔離。除了應用服務外， Kubernetes集群上還部署了Consul來實現配置的管理、Kube-DNS實現服務注冊與發現，以及一些輔助系統來進行應用和集群的管理。

下圖是個推微服務體系的架構圖。

個推對API網關的功能需求主要有以下幾方面：

1. 要支持配置多個產品，為不同的產品提供不同的端口；

2. 動態路由；

3. URI的重寫；

4. 服務的注冊與發現；

5. 負載均衡；

6. 安全相關的需求，如session校驗等；

7. 流量控制；

8. 鏈路追蹤；

9. A/B Testing。

在對市面上已有的網關產品進行調研后，我們的技術團隊發現，它們并不太適合應用于個推的微服務體系。第一，個推配置的管理都是基于Consul實現的，而大部分網關產品都需要基于一些DB存儲，來進行配置的管理；第二，大部分的網關產品提供的功能比較通用，也比較完善，這同時也降低了配置的復雜度以及靈活性；第三，大部分的網關產品很難直接融入到個推的微服務架構體系中。

最終，個推選擇使用了OperResty和Lua進行自研網關，在自研的過程中，我們也借鑒了其他網關產品的一些設計，如Kong和Orange的插件機制等。

個推的API網關的插件設計如下圖所示。

OpenResty對請求的處理分為多個階段。個推API網關的插件主要是在Set、Rewrite、Access、Header_filter、Body_filter、Log這六個階段做相應的處理，其中，每一個插件都可以在一個或多個階段起到相應的作用。在一個請求到達API網關之后，網關會根據配置為該請求選擇插件，然后根據每個插件的規則，進一步過濾出匹配規則的插件，最后對插件進行實例化，對流量進行相應的處理。

我們可以通過舉例來理解這個過程，如上圖所示，localhost:8080/api/demo/test/hello這個請求到達網關后，網關會根據host和端口確定產品信息，并提取出URI(/api/demo/test/hello)，然后根據產品的具體配置，篩選出需要使用的插件——Rewrite_URI、Dyups和Auth，接下來根據每個插件的規則配置進行過濾，過濾后，只有Rewrite_URI和Dyups兩個插件被選中。之后實例化這兩個插件，在各個階段對請求進行處理。請求被轉發到后端服務時，URI就被rewrite為“/demo/test/hello”，upstream也被設置為“prod1-svc1”。請求由后端服務處理之后，響應會經網關返回給客戶端，這就是整個插件的設計和工作的流程。為了優化性能，我們將插件的實例化延緩到了請求真正開始處理時，在此之前，網關會通過產品配置和規則，過濾掉不需要執行的插件。從圖中也可以看出，每個插件的規則配置都很簡單，并且沒有統一的格式，這也確保了插件配置的簡單靈活。

網關的配置均為熱更新，通過Consul和Consul-Template來實現，配置在Consul上進行更新后，Consul-Template會將其實時地拉取下來，然后通過以下兩種方式進行更新。

（1）通過調用Update API，將配置更新到shared-dict中。

（2）更新配置文件，利用Reload OpenResty實現配置文件的更新。

個推微服務網關提供的主要功能

1.動態路由

動態路由主要涉及到三個方面：服務注冊、服務發現和請求轉發。

如下圖所示，服務的注冊和發現是基于Kubernetes的Service和Kube-DNS實現的，在Consul中，會維持一個服務的映射表，應用的每一個微服務都對應Kubernetes上的一個Service，每創建一個Service都會在Consul上的服務映射表中添加一項（會被實時更新到網關的共享內存中）。網關每收到一個請求都會從服務映射表中查詢到具體的后端服務（即Kubernetes中的Service名），并進行動態路由。Kube-DNS可以將Service的域名解析成Kubernetes內部的ClusterIP，而Service代理了多個Pod，會將流量均衡地轉發到不同的Pod上。

2.流量控制

流量控制主要是通過一個名為“Counter”的后端服務和網關中的流控插件實現的。Counter負責存儲請求的訪問次數和限值，并且支持按時間維度進行計數。流控插件負責攔截流量，調用Counter的接口進行超限查詢，如果Counter返回請求超限，網關就會直接拒絕訪問，實現限次的功能，再結合時間維度就可以實現限頻的需求。同時流控插件通過輸出日志信息到fluent-bit，由fluent-bit聚合計次來更新Counter中的計數。

3.鏈路追蹤

整個微服務體系的鏈路追蹤是基于分布式的鏈路追蹤系統Zipkin來實現的。通過在網關安裝Zipkin插件和在后端服務中引入Zipkin中間件，實現最終的鏈路追蹤功能。具體架構如下圖所示。

4. A/B測試

在A/B測試的實現中，有以下幾個關鍵點：

（1）所有的策略信息都配置在Consul上，并通過Consul-Template實時生效到各個微服務的內存中；

（2）每條策略均有指明，調用一個微服務時應調用A還是B（默認為A）；

（3）網關中實現A/B插件，在請求到達網關時，通過A/B插件配置的規則，即可確定請求適用的A/B策略；

（4）網關會將請求適用的A/B策略通過URL參數傳遞下去；

（5）每個微服務通過傳遞下來的策略，選擇正確的服務進行訪問。

下圖給出了兩種場景下的調用鏈路。

總結

以上就是個推微服務網關的設計和主要功能的實現。之后，個推的技術團隊會不斷提升API網關的彈性設計，使其能夠在故障出現時，縮小故障的影響范圍；同時，我們也會繼續將網關與DevOps平臺做進一步地結合，以確保網關在迭代更新時，能夠有更多的自動化測試來保證質量，實現更快速地部署。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的个推微服务网关架构实践的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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