微服务架构学习与思考(10)：微服务网关和开源 API 网关01-以 Nginx 为基础的 API 网关详细介绍

微服务架构学习与思考(10)：微服务网关和开源 API 网关01-以 Nginx 为基础的 API 网关详细介绍

一、为什么会有 API Gateway 网关

随着微服务架构的流行，很多公司把原有的单体架构改造成了微服务架构。

第一步：拆分

微服务架构就是把一个大单体改造成一个一个小的应用。比如把一个电商网站，从单体改造成微服务架构，如下图：

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改造成微服务后，用户通过 PC 和手机访问电商应用，都是调用后面的微服务 API，而且各自要调用多个后端 API 服务才能拿到需要的数据。业务量小的时候，这种访问方式没有多大问题。用户多了访问量大了呢？这种方式就不能持续。

第二步：API 功能逐渐增多

如果后面业务发展较快，用户需要的功能越来越多，那么相应的后端微服务的数量也会越来越多，用上面这种方式来访问，调用的微服务 API 数量越来越多，如果访问量大服务器压力就会加大，那能不能缩减下调用 API 的数量，减轻服务器访问压力？聚合服务，内部聚合一些 API 服务接口形成一个聚合服务，PC 或手机客户端访问这个聚合服务，是不是就减少了访问次数？提高访问性能，提升用户体验。

为了提高 API 服务的可用性，还会给 API 加上限流控制，超时控制，熔断降级，API 隔离等功能。

为了提高 API 服务访问安全性，还会给 API 加上访问控制，比如进行 JWT 验证，黑白名单机制。如下图：

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第三步：API 网关

想一想，每一个 API 服务都需要这些功能，那能不能把这些功能集和在一起？后面就不需要给每个 API 添加同样的功能。减少开发时间。

这些功能都可以集成到 API Gateway 网关中，如下图：

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还有，要上线服务或重构 API 服务时，这种用户直接访问的方式，就会造成用户访问出现错误，对用户体验是很大伤害。API 网关屏蔽用户直接访问后端服务，它就可以平滑过渡这种发布需求或重构 API 需求。

它还有负载均衡，后端服务可以进行相应扩展。

二、API 网关功能

通过上面介绍可以看到，API 网关可以统一后端的访问，也就是用户访问后端服务必须通过 API 网关才能够访问到。API 网关统一管理了后端的服务接入服务。

它就相当于一尊门神，守护着后端的所有服务。

API 网关的功能：

  • API 管理：API 上线、下线，API 路由转发

  • 服务治理：限流控制，超时控制，熔断降级

  • 安全策略：统一身份认证，黑白名单机制

  • 协议转换：REST、gRPC、Dubbo 不同协议转换

  • API 发布策略：灰度发布，流量染色

  • 负载均衡：服务扩展，服务伸缩

其他一些功能：监控报警、链路追踪、日志收集审查等。

三、常见开源 API 网关介绍

在前面写的关于微服务文章：微服务架构学习与思考(04)：微服务技术体系 一文中又提到过一些开源网关软件。这次再来详细介绍下开源 API 网关软件。

3.1 以 Nginx 为基础的网关

以 Nginx 为基础，在加上 Lua 语言来进行扩展编程的网关。

3.1.1 OpenResty

介绍：OpenResty® 是一个基于 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。

OpenResty 官网：官网地址

github：OpenResty github

看这个介绍，OpenResty 的功能不止于网关功能，还有高性能动态 Web 应用和服务。

它内部集成了大量精良的 Lua 库，库地址 。

有很多 Nginx API for lua，你可以自己用 lua 来编写相关功能。

当然，它还提供一个企业级(收费服务)产品，提供了很多关于 API 网关功能，Web 界面的操作。

没有找到与开源产品功能对比，只有企业级产品功能介绍。

3.1.2 Kong

Kong 网关介绍

kong 是一个高性能高可用易扩展的 API 网关和 API 服务管理的软件，它基于 OpenResty(Nginx+Lua)。

它可以在物理机上运行也可以在 kubernetes 上运行。

kong 官网：官网地址

github地址：kong github

kong 也提供了一张使用网关前后的对比图，可以直观看到使用 API 网关的变化，API 自身的功能明显减少，都集成到 kong 里面：

image-20221019231455819

​ (来自：//github.com/Kong/kong)

一些通用的功能都集成到 kong 里，而后面 API/RPC 只需要编写业务相关功能就可以了，简化了 API 开发。

kong 架构

kong 架构图：

image-20221020142810176

  • Admin API：通过 admin api 来管理 kong 的功能
  • Plugins：插件，默认插件和用户自定义插件
  • Clustering & Database：存储 kong 集群节点信息，API 信息，插件信息等。目前提供了 PostgreSQL 和 Cassandra 2 种支持，如果需要高可用建议使用 Cassandra。
  • OpenResty：处理插件、运行插件程序
  • Nginx：处理底层操作

功能简介

  • 开源产品和企业产品功能对比

kong 也提供了企业级产品，它还给出了 kong 开源产品和 kong 企业级产品功能对比图，功能详细对比在这里 //docs.konghq.com/gateway/latest/#features。

可以看到，企业级产品比开源产品提供了丰富得多的功能，这样才能给企业提供价值。

对比来看，开源功能相对企业版较少(开源产品功能也挺多)，但是开源产品功能已经足够小公司用，还能自定义插件功能。如果你有预算费用可以使用企业版，这样更快还有官方咨询服务。如果没有预算，那开源也足够用，也可自己开发插件。

  • 开源产品功能

开源产品除了提供一些基础功能:

包括 HTTP 基本认证、密钥认证、CORS、监控、文件日志、API 请求限流、请求转发、缓存、SSL设置等基本功能，这些功能都是通过插件机制实现。

在 kong 3.0.x 文档中，还看到了蓝绿部署、cluster等功能，更多功能可以看文档。

还有一些其他重要功能特性:

  1. 集群

kong 支持单节点集群和多节点集群。

单节点集群：连接到数据库（Cassandra 或 PostgreSQL）的单个 Kong 节点创建一个节点的 Kong 群集。通过此节点的 Admin API 应用的任何更改都将立即生效。

多节点集群：多节点集群它是通过定期后台作业与其他节点进行数据同步。可以通过配置参数 db_update_frequency(默认 5 秒) 更改频率，这个频率更新有点慢。所以 kong 集群数据一致性是最终一致性。

kong 也给用户提供了自定义插件的功能，如果你有需要，自己可以编写插件来扩展 kong 的功能。

  1. 扩展功能-编写插件

用户可以编写插件来对 kong 功能进行扩展，kong 的插件是在 API 请求响应循环的生命周期中被执行的。

kong 插件文档，默认用 lua 语言来编写插件，也可以用其它语言。

a. 编写插件可以使用的语言 lua，Go，python，js

kong 在 2.6.x 支持了其他语言编写插件，有 Go，python，js，文档地址：//docs.konghq.com/gateway/2.6.x/reference/external-plugins/。更老的版本应该也有支持的，得去看文档。

它还有一个编写插件的模板。

b. 插件市场 plugin hub

kong 也有自己的一个插件市场，也就是说你也可以给 kong 贡献第三方插件，是优质插件可能会被收录。

  1. 通过 admin-api 来管理 kong

详细看文档地址：//docs.konghq.com/gateway/3.0.x/admin-api/

web UI 界面管理

kong 企业版提供了管理 UI，开源版本没有管理 UI。但是程序员是多么的勤奋也崇尚开源，所以就有很多开源贡献的管理 UI，其中比较好用的，介绍 1 个， konga。

konga 看 github 上的更新时间，也是 3 年前了，也算比较老的了。

3.1.3 APISIX 网关

APISIX 介绍

Apache APISIX 是 Apache 软件基金会下的云原生 API 网关，它兼具动态、实时、高性能等特点，提供了负载均衡、动态上游、灰度发布（金丝雀发布）、服务熔断、身份认证、可观测性等丰富的流量管理功能。我们可以使用 Apache APISIX 来处理传统的南北向流量，也可以处理服务间的东西向流量。同时，它也支持作为 K8s Ingress Controller 来使用。

apisix 也是基于 nginx，openresty 的。

apisix 文档：apisix doc

apisix github：apisix github

APISIX 架构

整体架构图：

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​ (from://apisix.apache.org/zh/docs/apisix/getting-started/)

从图上可以看出，APISIX 底层基座也是基于 Nginx 和 OpenResty。运行在基座之上的是 APISIX 软件。

  • 底层技术基座：Nginx 和 OpenResty

  • APISIX软件：看上面架构图，

    第一部分：APISIX Core，apisix 核心，包括 Lua 插件、多语言插件运行时（Plugin Runner）、Wasm 插件运行时等

    第二部分：各种内置插件，包括可观测性、安全、流量控制等插件。

APISIX 多语言插件运行时提供多种开发语言的支持，比如 Golang、Java、Python、JS 等。

技术架构图：

从另外一个角度来看看apisix架构，分为数据面和控制面：

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​ (from://github.com/apache/apisix)

  • apisix 使用 etcd 作为配置中心来进行数据信息保存和同步配置。

特性功能

可以到 github 上看它的 Features，列举了很多功能特性。

  • 扩展能力-插件功能

a）apisix 内置了很多插件，可以看文档 Plugins。

b）它也有一个插件市场，plugin hub。

c）当然你也可以自定义插件。这些看起来与 kong 开源版本拥有扩展功能差不多。

  • 高可用集群
  1. Apache APISIX 的数据平面是无状态的，可以进行随意的弹性伸缩，前面加一层负载均衡即可
  2. Apache APISIX 的控制平面是依赖于 etcd cluster 的高可用实现的，不需要任何关系型数据库的依赖

与 kong 区别：

这第二点与 Kong 集群有区别，Kong 集群依赖的是 Postgre 和 Cassandra。

Web UI

通过RESTful API 来管理 apisix，通过 Admin API 来管理 apisix 节点。通过 Control API 控制单个 apisix 数据平面行为。

官方还提供了一个 Dashboard，通过 UI 管理 apisix。

与 kong 区别：

kong 开源版本没有这个 Dashboard 功能，企业版本有。

3.1.4 Orange 网关

这个 orange 也是一 OpenResty 为基础开发的网关，

orange 官网： orange 地址

github 地址：orange github

orange 的功能相对于前面的 kong 和 apisix，比较少。所以它的架构肯定比他们简单，可以作为学习之用。

如果你不需要那么多功能，可以试用下这款 API 网关。

四、API 网关缺点

  1. 让系统复杂度变高

在整个系统架构中，多一个了 API 网关，就多了一份维护工作，多了一处发生“危险”的地方。

  1. API 网关可能成为性能瓶颈

因为所有的流量都要经过 API 网关，可以通过扩展集群来解决。前面在加一组负载均衡设备等方法。

五、参考

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