Spring Cloud Gateway：微服务架构下的 API 网关详解

前言

在微服务架构中，API 网关（API Gateway） 是一个关键的组件，它充当了微服务架构的“门面”，负责路由、认证、限流、熔断、日志记录等通用功能。随着微服务数量的增加，传统的网关方案（如 Zuul、Nginx 等）逐渐暴露出性能、可扩展性、灵活性等方面的不足。

Spring Cloud Gateway 是 Spring Cloud 官方推出的第二代 API 网关解决方案，基于 Project Reactor 和 Netty 构建，具有非阻塞、响应式、高性能的特点，是目前构建微服务架构中最主流的网关实现之一。

一、Spring Cloud Gateway 简介

Spring Cloud Gateway 是 Spring Cloud Alibaba 的一部分，但它本身是 Spring Cloud 的原生组件。它使用了 WebFlux + Reactor 技术栈，基于 Netty 提供异步非阻塞的网络通信能力。

1.1 核心概念

Spring Cloud Gateway 有三个核心概念：

• Route（路由）：路由是网关的基本单元，由 ID、目标 URI、断言集合和过滤器集合组成。
• Predicate（断言）：用于匹配请求是否符合某个条件（如路径、方法、头信息等）。
• Filter（过滤器）：用于修改请求和响应，如添加头、修改请求体、限流、鉴权等。

二、Spring Cloud Gateway 的优势

与 Zuul 相比，Spring Cloud Gateway 有以下优势：

三、快速入门

3.1 添加依赖

<dependencies>
    <!-- Spring Cloud Gateway -->
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
        <artifactId>spring-cloud-starter-gateway</artifactId>
    </dependency>

    <!-- Eureka Client（可选） -->
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
        <artifactId>spring-cloud-starter-netflix-eureka-client</artifactId>
    </dependency>
</dependencies>

3.2 配置文件（application.yml）

server:
  port: 8080

spring:
  application:
    name: gateway-service
  cloud:
    gateway:
      routes:
        - id: user-service
          uri: lb://user-service
          predicates:
            - Path=/api/user/**
          filters:
            - StripPrefix=1

上面的配置表示：

• 所有访问 /api/user/** 的请求都会被转发到 user-service 微服务。
• lb://user-service 表示使用负载均衡访问服务。
• StripPrefix=1 表示去掉第一层路径 /api/user，只保留后面的部分。

四、核心组件详解

4.1 Route（路由）

路由是网关的核心配置单元，由以下几个部分组成：

• id：路由的唯一标识
• uri：目标服务的地址，支持 http://, lb://（负载均衡）等
• predicates：一组断言，用于匹配请求
• filters：一组过滤器，用于修改请求或响应

示例：

routes:
  - id: order-service
    uri: http://localhost:8082
    predicates:
      - Method=POST
      - Path=/api/order/**
    filters:
      - AddRequestHeader=X-Request-Id, 123456

4.2 Predicate（断言）

断言用于判断请求是否符合某个条件。Spring Cloud Gateway 提供了多种内置的断言，常见的包括：

4.3 Filter（过滤器）

过滤器用于在请求前后对请求或响应进行处理。Spring Cloud Gateway 分为两种类型的过滤器：

• GatewayFilter（局部过滤器）：作用于特定路由
• GlobalFilter（全局过滤器）：作用于所有路由

常见过滤器示例

五、自定义断言和过滤器

5.1 自定义断言工厂

@Component
public class MyHeaderRoutePredicateFactory extends AbstractRoutePredicateFactory<MyHeaderRoutePredicateFactory.Config> {

    public MyHeaderRoutePredicateFactory() {
        super(Config.class);
    }

    @Override
    public Predicate<ServerWebExchange> apply(Config config) {
        return exchange -> {
            String header = exchange.getRequest().getHeaders().getFirst("X-Custom-Header");
            return config.value.equals(header);
        };
    }

    public static class Config {
        private String value;

        public String getValue() {
            return value;
        }

        public void setValue(String value) {
            this.value = value;
        }
    }
}

使用方式：

predicates:
  - MyHeader=X-Custom-Value

5.2 自定义过滤器工厂

@Component
public class MyRequestTimeGatewayFilterFactory extends AbstractGatewayFilterFactory<MyRequestTimeGatewayFilterFactory.Config> {

    public MyRequestTimeGatewayFilterFactory() {
        super(Config.class);
    }

    @Override
    public GatewayFilter apply(Config config) {
        return (exchange, chain) -> {
            long start = System.currentTimeMillis();
            return chain.filter(exchange).then(
                Mono.fromRunnable(() -> {
                    long end = System.currentTimeMillis();
                    System.out.println("请求耗时：" + (end - start) + " ms");
                })
            );
        };
    }

    public static class Config {
        // 可以添加配置项
    }
}

使用方式：

filters:
  - MyRequestTime

六、集成服务注册与发现（如 Nacos、Eureka）

Spring Cloud Gateway 可以自动从服务注册中心获取服务实例，并进行负载均衡调用。

示例（Eureka）

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
        - id: user-service
          uri: lb://user-service
          predicates:
            - Path=/user/**

其中 lb://user-service 表示使用负载均衡访问服务。

七、集成熔断机制（Hystrix）

Spring Cloud Gateway 支持集成 Hystrix 进行熔断处理。

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
        - id: user-service
          uri: lb://user-service
          predicates:
            - Path=/user/**
          filters:
            - name: Hystrix
              args:
                name: fallback
                fallbackUri: forward:/fallback

创建一个 fallback 接口：

@RestController
public class FallbackController {
    @GetMapping("/fallback")
    public String fallback() {
        return "服务不可用，请稍后再试！";
    }
}

八、限流（RateLimiter）

Spring Cloud Gateway 支持基于 Redis 的限流策略。

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
        - id: user-service
          uri: lb://user-service
          predicates:
            - Path=/user/**
          filters:
            - name: RequestRateLimiter
              args:
                rate-limiter: redis-rate-limiter
                key-resolver: #{@userKeyResolver}

自定义 Key 解析器：

@Bean
public KeyResolver userKeyResolver() {
    return exchange -> Mono.just(exchange.getRequest().getRemoteAddress().getHostName());
}

九、日志与监控

Spring Cloud Gateway 支持与 Sleuth、Zipkin 集成，进行链路追踪；也可以使用 Prometheus + Grafana 进行性能监控。

十、总结

Spring Cloud Gateway 是当前构建微服务架构中最推荐的 API 网关实现，它基于响应式编程模型，具备高性能、低延迟、可扩展性强等优点。通过 Route、Predicate、Filter 三大核心组件，可以灵活实现路由、鉴权、限流、熔断等常见功能。

十一、参考资料

• Spring Cloud Gateway 官方文档
• Spring Cloud Alibaba 官方文档
• Spring WebFlux 官方文档