API网关：中间件设计和实践 | bugstack 虫洞栈

来源： API网关：中间件设计和实践 | bugstack 虫洞栈

作者：小傅哥
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是滴，小傅哥又要准备搞事情了！这次准备下手API网关项目，因为这是所有互联网大厂都有的一个核心服务，承接着来自用户的滴滴打车、美团外卖、京东购物、微信支付，更是大促期间千万级访问量的核心系统。

🤔 那么它是一个什么样的项目呢？为什么会有它的存在？它是怎么设计实现的呢？都用到了哪些技术栈呢？

#一、前言：网关是啥东西

在计算机网络中，网关 (opens new window)（Gateway）是转发其他服务器通信数据的服务器，接收从客户端发送来的请求时，它就像自己拥有资源的源服务器一样对请求进行处理。

而API网关也是随着对传统庞大的单体应用（All in one）拆分为众多的微服务（Microservice）以后，所引入的统一通信管理系统。用于运行在外部http请求与内部rpc服务之间的一个流量入口，实现对外部请求的协议转换、参数校验、鉴权、切量、熔断、限流、监控、风控等各类共性的通用服务。

#二、大厂：为啥都做网关

各大厂做网关，其实做的就是一套统一方案。将分布式微服务下的RPC到HTTP通信的同类共性的需求，凝练成通用的组件服务，减少在业务需求场景开发下，非业务需求的同类技术诉求的开发成本。

那么以往没有网关的时候怎么做，基本的做法就是再 RPC 服务之上再开发一个对应的 WEB 服务，这些 WEB 服务可以是 Spring MVC 工程，在 Spring MVC 工程中调用 RPC 服务，最终提供 HTTP 接口给到 H5、Web、小程序、APP 等应用中进行使用。如图 1-1 所示

传统开发 WEB 服务的几个问题：

• 问题1：每一个 WEB 应用，都需要与之匹配申请一套工程、域名、机器等资源，一直到部署，研发效率降低，维护成本增加。
• 问题2：每一个 WEB 应用，都会有所涉及共性需求，限流、熔断、降级、切量等诉求，维护代码成本增加。
• 问题3：每一个 WEB 应用，在整个使用生命周期内，都会涉及到文档的维护、工程的调试、联调的诉求，类似刀耕火种一样的开发势必降低研发效率。

所以：综上在微服务下的传统开发所遇到的这些问题，让各个大厂都有了自己自研网关的诉求，包括；阿里、腾讯、百度、美团、京东、网易、亚马逊等，都有自己成熟的 API 网关解决方案。毕竟这可以降低沟通成本、提升研发效率、提升资源利用率。

#三、网关：系统架构设计

如果希望实现一个能支撑百亿级吞吐量的网关，那么它就应该是按照分布式架构思维做去中心化设计，支持横向扩展。让每一台网关服务都成为一个算力，把不同的微服务RPC接口，按照权重策略计算动态分配到各个算力组中，做到分布式运算的能力。

此外从设计实现上，要把网关的通信模块、管理服务、SDK、注册中心、运营平台等依次分开单独开发实现，这样才能进行独立的组合包装使用。

这就像为什么 ORM 框架在开发的时候不是与 Spring 强绑定在一起，而是开发一个独立的组件，当需要有 Spring 融合使用的时候，再单独开发一个 Mybatis-Spring 来整合服务。

所以在这里设计网关的时候也是同样的思路，就像官网的通信不应该一开始就把 Netty 相关的服务全部绑定到 Spring 容器，这样即增加了维护成本，也降低了系统的扩展性。

诸如此类的软件架构设计，都会在这套网关微服务架构中体现，整体架构如图 1-2 所示

整个API网关设计核心内容分为这么五块；

• 第一块：是关于通信的协议处理，也是网关最本质的处理内容。这里需要借助 NIO 框架 Netty 处理 HTTP 请求，并进行协议转换泛化调用到 RPC 服务返回数据信息。
• 第二块：是关于注册中心，这里需要把网关通信系统当做一个算力，每部署一个网关服务，都需要向注册中心注册一个算力。而注册中心还需要接收 RPC 接口的注册，这部分可以是基于 SDK 自动扫描注册也可以是人工介入管理。当 RPC 注册完成后，会被注册中心经过AHP权重计算分配到一组网关算力上进行使用。
• 第三块：是关于路由服务，每一个注册上来的Netty通信服务，都会与他对应提供的分组网关相关联，例如：wg/(a/b/c)/user/… a/b/c 需要匹配到 Nginx 路由配置上，以确保不同的接口调用请求到对应的 Netty 服务上。PS：如果对应错误或者为启动，可能会发生类似B站事故。
• 第四块：责任链下插件模块的调用，鉴权、授信、熔断、降级、限流、切量等，这些服务虽然不算是网关的定义下的内容，但作为共性通用的服务，它们通常也是被放到网关层统一设计实现和使用的。
• 第五块：管理后台，作为一个网关项目少不了一个与之对应的管理后台，用户接口的注册维护、mock测试、日志查询、流量整形、网关管理等服务。

综上系统微服务模块结构如下：

#四、演示：网关运行效果

趁着周末假期小傅哥已经做了一部分的功能实现，就像小傅哥以前《手写Spring》 (opens new window)、《手写Mybatis》 (opens new window)一样，此项目也是渐进式的逐步完成各个模块功能的开发。并参照优秀源码级的项目架构设计，运用抽象和分治的设计技巧，解决功能间的耦合调用和服务设计。同时也结合设计原则和相应场景下的设计模式，开发出高质量易于迭代和维护的代码。部分代码实现和运行如图 1-3 所示

• 左侧是API网关核心通信模块，右侧是RPC(Dubbo)服务。通过对网页端发起的 http 请求，经过API网关的协议转换和对RPC的泛化调用包装结果数据并返回到页面，就是中间这张图的运行效果了。
• 左侧工程的实现，以渐进式分拆模块逐步完成，例如： core-01(Netty通信)、core-02(泛化调用)、core-03(执行器)等，让每一个对API网关感兴趣的读者都能从中学习到；架构的分层、功能的设计、代码的实现。

#五、邀请：一起学习技术

💐以上关API网关的项目，也是小傅哥的星球【码农会锁 (opens new window)】准备带着读者一起利用周末和假期学习实践的内容。现在上车你将会通过小傅哥的视频+小册+代码+直播+作业，5方面来与你一起学习，帮助你提升技术实力，为你的职业生涯续期，也为你可以走的更远，可以多赚些钱。

#1. 适合谁学

1. 一直使用 SpringMVC，想了解分布式架构。
2. 常年做CRUD开发，手里缺少硬核项目，面试张不开嘴。
3. 在校准备校招，市面都是流水账项目，面试没竞争力。
4. 希望多沉淀核心技术，让自己能公司留的下来，也能走的出去。

#2. 能学到啥

1. 优秀架构：学习微服务架构设计方案
2. 整洁编码：学习源码级工程编程实现
3. 扩充技术：学习开发中间件所需技术（Netty、CGlib、SPI、GenericReference）
4. 打开思路：学习让自己开眼界的项目（技术并不难，但没人告诉你，就走的很难！）

#3. 开发计划

1. 每周末和假期编写API网关，并同时录制设计和实现的视频、编写小册和定期组织直播解决读者疑惑以及分享。稳定输出，可靠学习
2. 整个系统的设计和实现，遵循分治和抽象的设计分层原则，按照微服务构建服务模块，以源码级体验学习。
3. 关于API网关会更注重骨架的结构和核心流程的功能，把最干净的部分交给读者，让读者更加易懂，也易扩展。