【Spring Cloud Gateway 实战系列】基础篇：路由、断言、过滤器、负载均衡深度解析

一、引言

在微服务架构中，API网关是流量的统一入口，承担着路由转发、流量管控、安全防护等核心职责。Spring Cloud Gateway作为Spring官方推荐的第二代网关，基于Spring 5.0、Spring Boot 2.0和Project Reactor构建，提供了高性能的响应式编程模型和丰富的扩展能力。相比 Zuul 1.x，它采用响应式编程模型，能够更高效地处理高并发场景。
本文将从基础入手，深入讲解路由、断言、过滤器、负载均衡及与Nacos的集成，帮助读者快速掌握Gateway的核心技术。

二、核心概念与基础架构

Spring Cloud Gateway 是 Spring Cloud 生态中基于 WebFlux 构建的高性能响应式 API 网关，定位为替代传统的 Zuul 网关。其核心价值在于提供统一的路由管理、流量控制、安全防护等功能，成为微服务架构的 “统一入口”。

2.1 核心组件

Spring Cloud Gateway的核心由三大组件构成：

• 路由（Route）：路由是网关的基本单元，包含ID、目标URI、断言和过滤器。
• 断言（Predicate）：用于匹配请求条件（如路径、参数、时间等），决定请求是否匹配当前路由。
• 过滤器（Filter）：分为全局过滤器（GlobalFilter）和局部过滤器（GatewayFilter），用于请求/响应的预处理和后处理。

2.2 核心功能

• 路由转发：根据请求规则将请求分发到不同微服务
• 负载均衡：集成 Spring Cloud LoadBalancer 实现动态负载均衡
• 过滤链：通过 Filter 链实现请求预处理和响应后处理
• 动态配置：支持配置中心动态更新路由规则
• 安全防护：集成 Spring Security 实现认证授权

2.3 核心优势

• 高性能：基于WebFlux的非阻塞IO模型，吞吐量比传统网关提升30%以上。
• 动态路由：支持从Nacos、Redis等动态加载路由规则，无需重启服务。
• 丰富的生态：内置30+开箱即用的过滤器，支持插件化扩展。

三、路由与断言：网关的核心逻辑

3.1 路由配置基础

路由配置通常在application.yml中定义，示例如下：

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
        - id: user-service-route
          uri: lb://user-service # 负载均衡服务名
          predicates:
            - Path=/api/user/** # 路径匹配
          filters:
            - StripPrefix=1 # 移除路径前缀

3.2 断言（Predicate）详解

断言是路由匹配的核心条件，Spring Cloud Gateway提供了多种内置断言工厂。

3.2.1 路径匹配断言（Path）

• 语法：Path=/path/**
• 示例：匹配以/api/user/开头的所有路径

predicates:
  - Path=/api/user/**

3.2.2 参数匹配断言（Query）

• 语法：Query=param[,regex]
• 示例：匹配包含token参数且值以Bearer_开头的请求

predicates:
  - Query=token,Bearer_.*

3.2.3 IP段匹配断言（RemoteAddr）

• 语法：RemoteAddr=192.168.1.0/24
• 示例：仅允许来自192.168.1.0/24网段的请求

predicates:
  - RemoteAddr=192.168.1.0/24

3.2.4 时间范围断言（Between）

• 语法：Between=startTime,endTime
• 示例：仅在2023-01-01至2023-12-31之间的请求生效

predicates:
  - Between=2023-01-01T00:00:00+08:00,2023-12-31T23:59:59+08:00

3.2.5 组合断言（逻辑运算符）

• 语法：使用()组合多个断言
• 示例：匹配路径为/api/user且请求方法为POST的请求

predicates:
  - (Path=/api/user && Method=POST)

3.2.6 流量分配断言（Weight）

• 语法：Weight=group,weight
• 示例：将80%的流量转发到weighthigh.org，20%转发到weightlow.org

routes:
  - id: weight_high
    uri: https://weighthigh.org
    predicates:
      - Weight=group1,8
  - id: weight_low
    uri: https://weightlow.org
    predicates:
      - Weight=group1,2

四、过滤器：请求与响应的精细化控制

4.1 过滤器分类

• 全局过滤器（GlobalFilter）：对所有路由生效，需实现GlobalFilter接口。
• 局部过滤器（GatewayFilter）：仅对当前路由生效，通过配置文件定义。
• 默认过滤器（default-filters）：对所有路由生效，配置在spring.cloud.gateway.default-filters中。

4.2 内置过滤器示例

4.2.1 添加请求头（AddRequestHeader）

filters:
  - AddRequestHeader=X-Request-Id,${random.uuid}

4.2.2 移除路径前缀（StripPrefix）

filters:
  - StripPrefix=1 # 移除第一个路径段

4.2.3 限流过滤器（RequestRateLimiter）

filters:
  - name: RequestRateLimiter
    args:
      key-resolver: "#{@remoteAddrKeyResolver}" # 基于IP限流
      redis-rate-limiter.replenishRate: 10 # 每秒生成10个令牌
      redis-rate-limiter.burstCapacity: 20 # 令牌桶容量

4.3 自定义全局过滤器

@Component
@Order(-1) // 优先级：数值越小，执行越早
public class AuthFilter implements GlobalFilter {
    @Override
    public Mono<Void> filter(ServerWebExchange exchange, GatewayFilterChain chain) {
        String token = exchange.getRequest().getHeaders().getFirst("Authorization");
        if (token == null || !token.startsWith("Bearer ")) {
            exchange.getResponse().setStatusCode(HttpStatus.UNAUTHORIZED);
            return exchange.getResponse().setComplete();
        }
        return chain.filter(exchange); // 放行请求
    }
}

五、负载均衡：与Nacos的深度集成

5.1 服务注册与发现

1. 引入依赖：

<dependency>
    <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-gateway</artifactId>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-nacos-discovery</artifactId>
</dependency>

2. 配置Nacos：

spring:
  cloud:
    nacos:
      discovery:
        server-addr: localhost:8848 # Nacos服务地址
    gateway:
      discovery:
        locator:
          enabled: true # 启用服务发现路由
          lower-case-service-id: true # 服务名小写

3. 路由配置：

routes:
  - id: user-service
    uri: lb://user-service # 负载均衡服务名
    predicates:
      - Path=/api/user/**

5.2 负载均衡策略配置

默认使用轮询策略，可通过@LoadBalancerClient指定其他策略：

@Configuration
public class LoadBalancerConfig {
    @Bean
    public ReactorLoadBalancer<ServiceInstance> randomLoadBalancer(Environment environment,
                                                                   ServiceInstanceListSupplier supplier) {
        return new RandomLoadBalancer(environment, supplier); // 随机策略
    }
}

@LoadBalancerClient(name = "user-service", configuration = LoadBalancerConfig.class)
public interface UserClient {
    // Feign客户端接口
}

六、与Nacos的动态路由集成

6.1 动态路由配置

1. 在Nacos控制台创建配置文件：

# Data ID: gateway-routes.yaml
spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
        - id: product-service
          uri: lb://product-service
          predicates:
            - Path=/api/product/**
          filters:
            - StripPrefix=1

2. 在网关服务中加载配置：

spring:
  cloud:
    config:
      import: "optional:nacos:gateway-routes.yaml"

3. 动态刷新路由：

curl -X POST http://localhost:8080/actuator/gateway/refresh

6.2 动态服务发现

网关会自动从Nacos获取服务实例列表，实现动态负载均衡：

uri: lb://product-service # 自动发现服务实例