API 网关详细介绍（上）
业界有很多流行的 API 网关，开源的有 Nginx、Netflix Zuul、Kong 等。当然 Kong 还有商业版，类似的商业版网关还有 GoKu API Gateway 和 Tyk 等。
GoKu API Gateway 是由国内公司 eolinker 使用 Go 语言研发，拥有社区版和商业版，包含 API Gateway 和 Dashboard 两部分。其中社区版本包含大量基础功能，可以满足中型企业和产品的使用；企业版本包含更多扩展；比较适合大型软件和大型组织使用。
Tyk 由国外的 TykTechnologies 公司研发，也是基于 Go 语言。Tyk 一切均导向收费版本，免费版本第一次申请有一年的使用授权。
下面将会介绍常用的 API 网关组件 Nginx、Zuul 和 Kong 的相关特性。
Nginx
Nginx 可以说是互联网应用的标配组件，主要的使用场景包括负载均衡、反向代理、代理缓存、限流等。
Nginx 由内核和模块组成，内核的设计非常微小和简洁，完成的工作也非常简单，仅仅通过查找配置文件与客户端请求进行 URL 匹配，用于启动不同的模块去完成相应的工作。
Nginx 在启动后，会有一个 Master 进程和多个 Worker 进程，Master 进程和 Worker 进程之间是通过进程间通信进行交互的，如图所示。Worker 工作进程的阻塞点是在像 select()、epoll_wait() 等这样的 I/O 多路复用函数调用处，以等待发生数据可读 / 写事件。Nginx 采用了异步非阻塞的方式来处理请求，也就是说，Nginx 是可以同时处理成千上万个请求的。
还可以将 Lua 嵌入到 Nginx 中，从而可以使用 Lua 来编写脚本，这样就可以使用 Lua 编写应用脚本，部署到 Nginx 中运行，即 Nginx 变成了一个 Web 容器；这样开发人员就可以使用 Lua 语言开发高性能Web应用了。在开发的时候使用 OpenResty 来搭建开发环境，OpenResty 将 Nginx 核心、LuaJIT、许多有用的 Lua 库和 Nginx 第三方模块打包在一起；这样只需要安装 OpenResty，不需要了解 Nginx 核心和写复杂的 C/C++ 模块就可以，只需要使用 Lua 语言进行 Web 应用开发了。
使用 Nginx 的反向代理和负载均衡可实现负载均衡及高可用，除此之外还需要我们解决自注册和网关本身的扩展性。
Springcloud-gateway
Spring Cloud Gateway 是 Spring Cloud 微服务生态下的网关组件。Spring Cloud Gateway 是基于 Spring 5 和 Spring Boot 2 搭建的
Netflix Zuul
Zuul 是 Netflix 开源的微服务网关组件，它可以和 Eureka、Ribbon、Hystrix 等组件配合使用。社区活跃，融合于 SpringCloud 完整生态，是构建微服务体系前置网关服务的最佳选型。Zuul 的核心是一系列的过滤器，这些过滤器可以完成以下功能：
- 身份认证与安全：识别每个资源的验证要求，并拒绝那些与要求不符的请求。
- 审查与监控：与边缘位置追踪有意义的数据和统计结果，从而带来精确的生产视图。
- 动态路由：动态地将请求路由到不同的后端集群。
- 压力测试：逐渐增加指向集群的流量，以了解性能。
- 负载分配：为每一种负载类型分配对应容量，并弃用超出限定值的请求。
- 静态响应处理：在边缘位置直接建立部分响应，从而避免其转发到内部集群。
- 多区域弹性：跨越 AWS Region 进行请求路由，旨在实现 ELB（Elastic Load Balancing，弹性负载均衡）使用的多样化，以及让系统的边缘更贴近系统的使用者。
上面提及的这些特性是 Nigix 所没有的，Netflix 公司研发 Zuul 是为了解决云端的诸多问题（特别是帮助 AWS 解决跨 Region 情况下的这些特性实现），而不仅仅是做一个类似于 Nigix 的反向代理，当然，我们可以仅使用反向代理功能，这里不多做描述。
Zuul 目前有两个大的版本：Zuul1 和 Zuul2。
- Zuul1 是基于 Servlet 框架构建，如图所示，采用的是阻塞和多线程方式，即一个线程处理一次连接请求，这种方式在内部延迟严重、设备故障较多情况下会引起存活的连接增多和线程增加的情况发生。
- Netflix 发布的 Zuul2 有重大的更新，它运行在异步和无阻塞框架上，每个 CPU 核一个线程，处理所有的请求和响应，请求和响应的生命周期是通过事件和回调来处理的，这种方式减少了线程数量，因此开销较小。
Kong
Kong 是 Mashape 开源的高性能高可用 API 网关和 API 服务管理层，一款基于 Nginx_Lua 模块写的高可用服务网关，由于 Kong 是基于 Nginx 的，所以可以水平扩展多个 Kong 服务器。通过前置的负载均衡配置把请求均匀地分发到各个 Server，来应对大批量的网络请求。
Nginx、Zuul 和 Kong 这三种 API 网关组件的功能和特性，并制作了如下的对比表格：
| 组件/指标 | Nginx | Zuul（1.x）/springcloud gateway | Kong 社区版 |
|---|---|---|---|
| API 注册/动态路由 | 在Nginx中配置 | 动态路由 | 通过 Admin API 管理 |
| 支持协议 | RESTful API | RESTful API | RESTful API |
| 插件机制 | Lua 插件机制 | 可以基于源码定制开发，基于 Servlet/Filter | Lua 插件机制 |
| 安全认证 & 鉴权 | 插件支持 | 支持 OAuth、JWT 等 | 支持OAuth2.0、黑白名单、ACL、JWT、SSL 等 |
| 限流 | 插件 | 插件 | 支持Rate Limiting |
| 高可用集群 | 配合硬件负载均衡 | 可以通过部署多个 Zuul 做负载均衡 | 支持集群 |
| 可管理性 | 无 | 没有 GUI 管理台 | 提供 Rest API 交互 |
| 性能 | 高 | 一般 | 高 |
| 日志记录 | Nginx 可灵活记日志 | 可自行配置 | 日志可以记录到磁盘，或者HTTP、TCP、UDP发出去 |
总得来说，Zuul 复杂度较低，上手简单，可以自定义开发，但是高并发场景下的性能相对较差；Nginx 性能经受得住考验，配合 Lua 可以引入各种插件，但是功能性相对较弱，需要开发者自身去完善很多功能；Kong 基于 Nginx、OpenResty 和 Lua，对性能要求高，需要对外开放，建议考虑使用 Kong。下面我们将重点介绍。
Kong网关介绍：
- 为什么需要云原生网关？
- Kong 介绍
- Kong 的基本架构
- 使用 Kong 构建服务网关
- 几种常用插件应用
- 自定义插件的实践
为什么需要 API 网关？
当使用单体应用程序架构时，客户端（Web 或移动端）通过向后端应用程序发起一次 REST 调用来获取数据。负载均衡器将请求路由给 N 个相同的应用程序实例中的一个。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。微服务架构下，单体应用被切割成多个微服务，如果将所有的微服务直接对外暴露，势必会出现安全方面的各种问题。
客户端可以直接向每个微服务发送请求，其问题主要如下：
- 客户端需求和每个微服务暴露的细粒度 API 不匹配。
- 部分服务使用的协议不是Web友好协议。可能使用 Thrift 二进制 RPC，也可能使用 AMQP 消息传递协议。
- 微服务难以重构。如果合并两个服务，或者将一个服务拆分成两个或更多服务，这类重构就非常困难了。
服务端的各个服务直接暴露给客户端调用势必会引起各种问题。同时，服务端的各个服务可扩展和伸缩性很差。API 网关是微服务架构中的基础组件，位于接入层之下和业务服务层之上，如前所述的这些功能适合在 API 网关实现。
关于服务网关的开源组件，有 Netflix Zuul、Spring Cloud Gateway、Kong、Traefik、NGINX 和服务网关类型的 Envoy 等。我们现在使用的是可编程的新型网关：Spring Cloud Gateway， Spring Cloud Gateway是基于WebFlux异步编程技术。本文主要介绍现代微服务网关 Kong，在 Kong 的官网介绍中，第一条特性便是 Kong 的云原生属性：与平台无关，Kong 可以从裸机运行到 Kubernetes。本文基于 Kong 1.2.1，自定义插件部分会涉及部分 Lua 编码，适合服务端开发和运维人员。
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什么是 Kong
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。
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为什么使用Kong
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）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 的基本架构
Kong 是基于 Nginx 的，所以可以水平扩展多个 Kong 服务器。通过前置的负载均衡配置把请求均匀地分发到各个 Server，来应对大批量的网络请求。
Kong 主要有三个组件：
- Kong Server ：基于nginx的服务器，用来接收 API 请求。
- Apache Cassandra/PostgreSQL：用来存储操作数据。
- Kong dashboard：官方推荐 UI 管理工具，当然，也可以使用 restfull 方式管理 admin api。
Kong 采用插件机制进行功能定制，插件集（可以是 0 或 N 个）在 API 请求响应循环的生命周期中被执行。插件使用 Lua 编写，基础功能包括：HTTP 基本认证、密钥认证、CORS（Cross-Origin Resource Sharing，跨域资源共享）、TCP、UDP、文件日志、API 请求限流、请求转发以及 Nginx 监控等。
Kong 网关具有以下的特性：
- 可扩展性: 通过简单地添加更多的服务器，可以轻松地进行横向扩展，这意味着您的平台可以在一个较低负载的情况下处理任何请求；
- 模块化: 可以通过添加新的插件进行扩展，这些插件可以通过RESTful Admin API轻松配置；
- 在任何基础架构上运行: Kong 网关可以在任何地方都能运行。可以在云或内部网络环境中部署 Kong，包括单个或多个数据中心设置，以及 public，private 或 invite-only APIs。
常用概念
Kong 中常用的术语介绍，这些术语会在下面的实践中经常用到。
- Route：请求的转发规则，按照 Hostname 和 PATH，将请求转发给 Service；
- Services：多个 Upstream 的集合，是 Route 的转发目标；
- Consumer：API 的用户，记录用户信息；
- Plugin：插件，可以是全局的，也可以绑定到 Service、Router 或者 Consumer；
- Certificate：https 配置的证书；
- Sni：域名与 Certificate 的绑定，指定了一个域名对应的 https 证书；
- Upstream：上游对象用来表示虚拟主机名，拥有多个服务（目标）时，会对请求进行负载均衡；
- Target：最终处理请求的 Backend 服务。
使用 Kong 构建服务网关
客户端的请求将会首先经由微服务网关处理，一些通用的功能切面将会在网关生效，即 Kong 中的插件，之后才会将请求进行转发到对应的 Backend 服务，如下图所示。
安装实践
目前 Kong 的最新版本 1.2，Kong 的安装支持多种方式。官方支持如下列出方式的安装：
除了官方提供的安装方式，还有社区提供的安装方式，详细了解参见：https://konghq.com/install/。
一、安装Kong
1.构建 Kong 的容器网络
首先我们创建一个 Docker 自定义网络，以允许容器相互发现和通信。在下面的创建命令中 kong-net 是我们创建的 Docker 网络名称。
docker network create kong-net
2.搭建数据库环境
Kong 目前使用 Cassandra 或者 PostgreSQL，你可以执行以下命令中的一个来选择你的 Database。请注意定义网络 --network=kong-net 。
使用 PostgreSQL:
docker pull postgres:9.6
docker run -d --name kong-database \\
--network=kong-net \\
-p 5432:5432 \\
-e "POSTGRES_USER=kong" \\
-e "POSTGRES_DB=kong" \\
-e "POSTGRES_PASSWORD=kong" \\
postgres:9.6
3.初始化或者迁移数据库
我们使用 docker run --rm 来初始化数据库，该命令执行后会退出容器而保留内部的数据卷（volume）。这个命令我们还是要注意的，一定要跟你声明的网络，数据库类型、host 名称一致。
下面指定的数据库是 PostgreSQL：
docker run --rm \\
--network=kong-net \\
-e "KONG_DATABASE=postgres" \\
-e "KONG_PG_HOST=kong-database" \\
-e "KONG_PG_PASSWORD=kong" \\
-e "KONG_CASSANDRA_CONTACT_POINTS=kong-database" \\
kong:1.5.1 kong migrations bootstrap
4.启动 Kong 容器
完成初始化或者迁移数据库后，我们就可以启动一个连接到数据库容器的 Kong 容器，请务必保证你的数据库容器启动状态，同时检查所有的环境参数 -e 是否是你定义的环境。
docker pull kong:1.5.1
docker run -d --name kong \\
--network=kong-net \\
-e "KONG_DATABASE=postgres" \\
-e "KONG_PG_HOST=kong-database" \\
-e "KONG_PG_PASSWORD=kong" \\
-e "KONG_CASSANDRA_CONTACT_POINTS=kong-database" \\
-e "KONG_PROXY_ACCESS_LOG=/dev/stdout" \\
-e "KONG_ADMIN_ACCESS_LOG=/dev/stdout" \\
-e "KONG_PROXY_ERROR_LOG=/dev/stderr" \\
-e "KONG_ADMIN_ERROR_LOG=/dev/stderr" \\
-e "KONG_ADMIN_LISTEN=0.0.0.0:8001, 0.0.0.0:8444 ssl" \\
-p 8000:8000 \\
-p 8443:8443 \\
-p 8001:8001 \\
-p 8444:8444 \\
kong:1.5.1
Kong 默认绑定 4 个端口：
8000：用来接收客户端的 HTTP 请求，并转发到 upstream。
8443：用来接收客户端的 HTTPS 请求，并转发到 upstream。
8001：HTTP 监听的 API 管理接口。
8444：HTTPS 监听的 API 管理接口。
到这里，Kong 已经安装完毕，我们可以使用 docker ps 命令查看当前运行容器，正常情况下可以看到 Kong 和 PostgreSQL 的两个容器：
docker ps
我们可以通过 curl -i http://192.168.1.200:8001 来查看 Kong 是否运行完好。
二、安装Kong UI
Kong 企业版提供了管理 UI，开源版本是没有的。但是有很多的开源的管理 UI ，其中比较流行的有Kong Dashboard 和 Konga。简单介绍一下 Kong Dashboard 和 Konga。
1.Kong Dashboard
docker 环境中安装运行如下：
docker pull pgbi/kong-dashboard
docker run --rm \\
--network=kong-net \\
-p 8080:8080 \\
pgbi/kong-dashboard start \\
--kong-url http://kong:8001
启动之后，可以在浏览器中输入 http://192.168.1.200:8080/ 来访问 Kong Dashboard 管理界面。
2.Konga
Konga（官网地址:pantsel.github.io/konga/，Github地址：github.com/pantsel/kon… ）可以很好地通过 UI 观察到现在 Kong 的所有的配置，并且可以对于管理Kong节点情况进行查看、监控和预警。Konga主要是用 AngularJS 写的，运行于 nodejs 服务端。具有以下特性：
- 管理所有 Kong Admin API 对象。
- 支持从远程源（数据库，文件，API等）导入使用者。
- 管理多个 Kong 节点。使用快照备份，还原和迁移 Kong 节点。
- 使用运行状况检查监视节点和 API 状态。
- 支持电子邮件和闲置通知。
- 支持多用户。
- 易于数据库集成（MySQL，PostgresSQL，MongoDB，SQL Server）。
下面使用的 PostgreSQL 是和上面在 docker 环境中安装 Kong 时的是一致的，注意用户名、密码、数据库名称等配置，docker 环境安装启动 Konga：
docker pull pantsel/konga
docker run -d -p 1337:1337 \\
--network kong-net \\
--name konga \\
-e "DB_ADAPTER=postgres" \\
-e "DB_URI=postgresql://kong:kong@kong-database/kong" \\
pantsel/konga
如果 Konga 容器启动成功，可以通过 http://192.168.1.200:1337/ 访问管理界面。通过注册后进入，然后在 CONNECTIONS 中添加 Kong 服务的管理路径 http://192.168.1.200:8001。Konga 管理界面示例如下：
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