微服務架構學習與思考(10)：微服務網關和開源 API 網關01-以 Nginx 為基礎的 API 網關詳細介紹

微服務架構學習與思考(10)：微服務網關和開源 API 網關01-以 Nginx 為基礎的 API 網關詳細介紹

一、為什麼會有 API Gateway 網關

隨着微服務架構的流行，很多公司把原有的單體架構改造成了微服務架構。

第一步：拆分

微服務架構就是把一個大單體改造成一個一個小的應用。比如把一個電商網站，從單體改造成微服務架構，如下圖：

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改造成微服務後，用戶通過 PC 和手機訪問電商應用，都是調用後面的微服務 API，而且各自要調用多個後端 API 服務才能拿到需要的數據。業務量小的時候，這種訪問方式沒有多大問題。用戶多了訪問量大了呢？這種方式就不能持續。

第二步：API 功能逐漸增多

如果後面業務發展較快，用戶需要的功能越來越多，那麼相應的後端微服務的數量也會越來越多，用上面這種方式來訪問，調用的微服務 API 數量越來越多，如果訪問量大服務器壓力就會加大，那能不能縮減下調用 API 的數量，減輕服務器訪問壓力？聚合服務，內部聚合一些 API 服務接口形成一個聚合服務，PC 或手機客戶端訪問這個聚合服務，是不是就減少了訪問次數？提高訪問性能，提升用戶體驗。

為了提高 API 服務的可用性，還會給 API 加上限流控制，超時控制，熔斷降級，API 隔離等功能。

為了提高 API 服務訪問安全性，還會給 API 加上訪問控制，比如進行 JWT 驗證，黑白名單機制。如下圖：

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第三步：API 網關

想一想，每一個 API 服務都需要這些功能，那能不能把這些功能集和在一起？後面就不需要給每個 API 添加同樣的功能。減少開發時間。

這些功能都可以集成到 API Gateway 網關中，如下圖：

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還有，要上線服務或重構 API 服務時，這種用戶直接訪問的方式，就會造成用戶訪問出現錯誤，對用戶體驗是很大傷害。API 網關屏蔽用戶直接訪問後端服務，它就可以平滑過渡這種發佈需求或重構 API 需求。

它還有負載均衡，後端服務可以進行相應擴展。

二、API 網關功能

通過上面介紹可以看到，API 網關可以統一後端的訪問，也就是用戶訪問後端服務必須通過 API 網關才能夠訪問到。API 網關統一管理了後端的服務接入服務。

它就相當於一尊門神，守護着後端的所有服務。

API 網關的功能：

  • API 管理：API 上線、下線，API 路由轉發

  • 服務治理：限流控制，超時控制，熔斷降級

  • 安全策略：統一身份認證，黑白名單機制

  • 協議轉換：REST、gRPC、Dubbo 不同協議轉換

  • API 發佈策略：灰度發佈，流量染色

  • 負載均衡：服務擴展，服務伸縮

其他一些功能：監控報警、鏈路追蹤、日誌收集審查等。

三、常見開源 API 網關介紹

在前面寫的關於微服務文章：微服務架構學習與思考(04)：微服務技術體系 一文中又提到過一些開源網關軟件。這次再來詳細介紹下開源 API 網關軟件。

3.1 以 Nginx 為基礎的網關

以 Nginx 為基礎，在加上 Lua 語言來進行擴展編程的網關。

3.1.1 OpenResty

介紹：OpenResty® 是一個基於 Nginx 與 Lua 的高性能 Web 平台，其內部集成了大量精良的 Lua 庫、第三方模塊以及大多數的依賴項。用於方便地搭建能夠處理超高並發、擴展性極高的動態 Web 應用、Web 服務和動態網關。

OpenResty 官網：官網地址

github：OpenResty github

看這個介紹，OpenResty 的功能不止於網關功能，還有高性能動態 Web 應用和服務。

它內部集成了大量精良的 Lua 庫，庫地址 。

有很多 Nginx API for lua，你可以自己用 lua 來編寫相關功能。

當然，它還提供一個企業級(收費服務)產品，提供了很多關於 API 網關功能，Web 界面的操作。

沒有找到與開源產品功能對比，只有企業級產品功能介紹。

3.1.2 Kong

Kong 網關介紹

kong 是一個高性能高可用易擴展的 API 網關和 API 服務管理的軟件，它基於 OpenResty(Nginx+Lua)。

它可以在物理機上運行也可以在 kubernetes 上運行。

kong 官網：官網地址

github地址：kong github

kong 也提供了一張使用網關前後的對比圖，可以直觀看到使用 API 網關的變化，API 自身的功能明顯減少，都集成到 kong 裏面：

image-20221019231455819

​ (來自：//github.com/Kong/kong)

一些通用的功能都集成到 kong 里，而後面 API/RPC 只需要編寫業務相關功能就可以了，簡化了 API 開發。

kong 架構

kong 架構圖：

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  • Admin API：通過 admin api 來管理 kong 的功能
  • Plugins：插件，默認插件和用戶自定義插件
  • Clustering & Database：存儲 kong 集群節點信息，API 信息，插件信息等。目前提供了 PostgreSQL 和 Cassandra 2 種支持，如果需要高可用建議使用 Cassandra。
  • OpenResty：處理插件、運行插件程序
  • Nginx：處理底層操作

功能簡介

  • 開源產品和企業產品功能對比

kong 也提供了企業級產品，它還給出了 kong 開源產品和 kong 企業級產品功能對比圖，功能詳細對比在這裡 //docs.konghq.com/gateway/latest/#features。

可以看到，企業級產品比開源產品提供了豐富得多的功能，這樣才能給企業提供價值。

對比來看，開源功能相對企業版較少(開源產品功能也挺多)，但是開源產品功能已經足夠小公司用，還能自定義插件功能。如果你有預算費用可以使用企業版，這樣更快還有官方諮詢服務。如果沒有預算，那開源也足夠用，也可自己開發插件。

  • 開源產品功能

開源產品除了提供一些基礎功能:

包括 HTTP 基本認證、密鑰認證、CORS、監控、文件日誌、API 請求限流、請求轉發、緩存、SSL設置等基本功能，這些功能都是通過插件機制實現。

在 kong 3.0.x 文檔中，還看到了藍綠部署、cluster等功能，更多功能可以看文檔。

還有一些其他重要功能特性:

  1. 集群

kong 支持單節點集群和多節點集群。

單節點集群：連接到數據庫（Cassandra 或 PostgreSQL）的單個 Kong 節點創建一個節點的 Kong 群集。通過此節點的 Admin API 應用的任何更改都將立即生效。

多節點集群：多節點集群它是通過定期後台作業與其他節點進行數據同步。可以通過配置參數 db_update_frequency(默認 5 秒) 更改頻率，這個頻率更新有點慢。所以 kong 集群數據一致性是最終一致性。

kong 也給用戶提供了自定義插件的功能，如果你有需要，自己可以編寫插件來擴展 kong 的功能。

  1. 擴展功能-編寫插件

用戶可以編寫插件來對 kong 功能進行擴展，kong 的插件是在 API 請求響應循環的生命周期中被執行的。

kong 插件文檔，默認用 lua 語言來編寫插件，也可以用其它語言。

a. 編寫插件可以使用的語言 lua，Go，python，js

kong 在 2.6.x 支持了其他語言編寫插件，有 Go，python，js，文檔地址：//docs.konghq.com/gateway/2.6.x/reference/external-plugins/。更老的版本應該也有支持的，得去看文檔。

它還有一個編寫插件的模板。

b. 插件市場 plugin hub

kong 也有自己的一個插件市場，也就是說你也可以給 kong 貢獻第三方插件，是優質插件可能會被收錄。

  1. 通過 admin-api 來管理 kong

詳細看文檔地址：//docs.konghq.com/gateway/3.0.x/admin-api/

web UI 界面管理

kong 企業版提供了管理 UI，開源版本沒有管理 UI。但是程序員是多麼的勤奮也崇尚開源，所以就有很多開源貢獻的管理 UI，其中比較好用的，介紹 1 個， konga。

konga 看 github 上的更新時間，也是 3 年前了，也算比較老的了。

3.1.3 APISIX 網關

APISIX 介紹

Apache APISIX 是 Apache 軟件基金會下的雲原生 API 網關，它兼具動態、實時、高性能等特點，提供了負載均衡、動態上游、灰度發佈（金絲雀發佈）、服務熔斷、身份認證、可觀測性等豐富的流量管理功能。我們可以使用 Apache APISIX 來處理傳統的南北向流量，也可以處理服務間的東西向流量。同時，它也支持作為 K8s Ingress Controller 來使用。

apisix 也是基於 nginx，openresty 的。

apisix 文檔：apisix doc

apisix github：apisix github

APISIX 架構

整體架構圖：

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

從圖上可以看出，APISIX 底層基座也是基於 Nginx 和 OpenResty。運行在基座之上的是 APISIX 軟件。

  • 底層技術基座：Nginx 和 OpenResty

  • APISIX軟件：看上面架構圖，

    第一部分：APISIX Core，apisix 核心，包括 Lua 插件、多語言插件運行時（Plugin Runner）、Wasm 插件運行時等

    第二部分：各種內置插件，包括可觀測性、安全、流量控制等插件。

APISIX 多語言插件運行時提供多種開發語言的支持，比如 Golang、Java、Python、JS 等。

技術架構圖：

從另外一個角度來看看apisix架構，分為數據面和控制面：

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​ (from://github.com/apache/apisix)

  • apisix 使用 etcd 作為配置中心來進行數據信息保存和同步配置。

特性功能

可以到 github 上看它的 Features，列舉了很多功能特性。

  • 擴展能力-插件功能

a）apisix 內置了很多插件，可以看文檔 Plugins。

b）它也有一個插件市場，plugin hub。

c）當然你也可以自定義插件。這些看起來與 kong 開源版本擁有擴展功能差不多。

  • 高可用集群
  1. Apache APISIX 的數據平面是無狀態的，可以進行隨意的彈性伸縮，前面加一層負載均衡即可
  2. Apache APISIX 的控制平面是依賴於 etcd cluster 的高可用實現的，不需要任何關係型數據庫的依賴

與 kong 區別：

這第二點與 Kong 集群有區別，Kong 集群依賴的是 Postgre 和 Cassandra。

Web UI

通過RESTful API 來管理 apisix，通過 Admin API 來管理 apisix 節點。通過 Control API 控制單個 apisix 數據平面行為。

官方還提供了一個 Dashboard，通過 UI 管理 apisix。

與 kong 區別：

kong 開源版本沒有這個 Dashboard 功能，企業版本有。

3.1.4 Orange 網關

這個 orange 也是一 OpenResty 為基礎開發的網關，

orange 官網： orange 地址

github 地址：orange github

orange 的功能相對於前面的 kong 和 apisix，比較少。所以它的架構肯定比他們簡單，可以作為學習之用。

如果你不需要那麼多功能，可以試用下這款 API 網關。

四、API 網關缺點

  1. 讓系統複雜度變高

在整個系統架構中，多一個了 API 網關，就多了一份維護工作，多了一處發生「危險」的地方。

  1. API 網關可能成為性能瓶頸

因為所有的流量都要經過 API 網關，可以通過擴展集群來解決。前面在加一組負載均衡設備等方法。

五、參考

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