微服务网关及配置管理

现在我已经将黑马商城拆分为5个微服务：

• 用户服务
• 商品服务
• 购物车服务
• 交易服务
• 支付服务

由于每个微服务都有不同的地址或端口，入口不同，相信大家在与前端联调的时候发现了一些问题：

• 请求不同数据时要访问不同的入口，需要维护多个入口地址，麻烦
• 前端无法调用nacos，无法实时更新服务列表

单体架构时我们只需要完成一次用户登录、身份校验，就可以在所有业务中获取到用户信息。而微服务拆分后，每个微服务都独立部署，这就存在一些问题：

• 每个微服务都需要编写登录校验、用户信息获取的功能吗？
• 当微服务之间调用时，该如何传递用户信息？

网关

网关就是网络的关口。数据在网络间传输，从一个网络传输到另一网络时就需要经过网关来做数据的路由****和转发以及数据安全的校验。

前端请求不能直接访问微服务，而是要请求网关：

• 网关可以做安全控制，也就是登录身份校验，校验通过才放行
• 通过认证后，网关再根据请求判断应该访问哪个微服务，将请求转发过去

在SpringCloud当中，提供了两种网关实现方案：

• Netflix Zuul：早期实现，目前已经淘汰
• SpringCloudGateway：基于Spring的WebFlux技术，完全支持响应式编程，吞吐能力更强

我们以SpringCloudGateway为例，官方网站：

https://spring.io/projects/spring-cloud-gateway#learn

快速入门

接下来，我们先看下如何利用网关实现请求路由。由于网关本身也是一个独立的微服务，因此也需要创建一个模块开发功能。大概步骤如下：

• 创建网关微服务
• 引入SpringCloudGateway、NacosDiscovery依赖
• 编写启动类
• 配置网关路由

启动类：

package com.hmall.gateway;

import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;

@SpringBootApplication
public class GatewayApplication {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(GatewayApplication.class, args);
    }
}

配置路由：

server:
  port: 8080
spring:
  application:
    name: gateway
  cloud:
    nacos:
      server-addr: 192.168.150.101:8848
    gateway:
      routes:
        - id: item # 路由规则id，自定义，唯一
          uri: lb://item-service # 路由的目标服务，lb代表负载均衡，会从注册中心拉取服务列表
          predicates: # 路由断言，判断当前请求是否符合当前规则，符合则路由到目标服务
            - Path=/items/**,/search/** # 这里是以请求路径作为判断规则
        - id: cart
          uri: lb://cart-service
          predicates:
            - Path=/carts/**
        - id: user
          uri: lb://user-service
          predicates:
            - Path=/users/**,/addresses/**
        - id: trade
          uri: lb://trade-service
          predicates:
            - Path=/orders/**
        - id: pay
          uri: lb://pay-service
          predicates:
            - Path=/pay-orders/**

路由过滤

路由规则的定义语法如下：

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
        - id: item
          uri: lb://item-service
          predicates:
            - Path=/items/**,/search/**

四个属性含义如下：

• id：路由的唯一标示
• predicates：路由断言，其实就是匹配条件
• filters：路由过滤条件，对请求或响应做特殊处理
• uri：路由目标地址，lb://代表负载均衡，从注册中心获取目标微服务的实例列表，并且负载均衡选择一个访问。

这里我们重点关注predicates，也就是路由断言。SpringCloudGateway中支持的断言类型有很多：

名称	说明	示例
After	是某个时间点后的请求	- After=2037-01-20T17:42:47.789-07:00[America/Denver]
Before	是某个时间点之前的请求	- Before=2031-04-13T15:14:47.433+08:00[Asia/Shanghai]
Between	是某两个时间点之前的请求	- Between=2037-01-20T17:42:47.789-07:00[America/Denver], 2037-01-21T17:42:47.789-07:00[America/Denver]
Cookie	请求必须包含某些cookie	- Cookie=chocolate, ch.p
Header	请求必须包含某些header	- Header=X-Request-Id, \d+
Host	请求必须是访问某个host（域名）	- Host=.somehost.org,.anotherhost.org
Method	请求方式必须是指定方式	- Method=GET,POST
Path	请求路径必须符合指定规则	- Path=/red/{segment},/blue/**
Query	请求参数必须包含指定参数	- Query=name, Jack或者- Query=name
RemoteAddr	请求者的ip必须是指定范围	- RemoteAddr=192.168.1.1/24
weight	权重处理

网关登录校验

单体架构时我们只需要完成一次用户登录、身份校验，就可以在所有业务中获取到用户信息。而微服务拆分后，每个微服务都独立部署，不再共享数据。也就意味着每个微服务都需要做登录校验，这显然不可取。

我们的登录是基于JWT来实现的，校验JWT的算法复杂，而且需要用到秘钥。如果每个微服务都去做登录校验，这就存在着两大问题：

• 每个微服务都需要知道JWT的秘钥，不安全
• 每个微服务重复编写登录校验代码、权限校验代码，麻烦

既然网关是所有微服务的入口，一切请求都需要先经过网关。我们完全可以把登录校验的工作放到网关去做，这样之前说的问题就解决了：

• 只需要在网关和用户服务保存秘钥
• 只需要在网关开发登录校验功能

不过，这里存在几个问题：

• 网关路由是配置的，请求转发是Gateway内部代码，我们如何在转发之前做登录校验？
• 网关校验JWT之后，如何将用户信息传递给微服务？
• 微服务之间也会相互调用，这种调用不经过网关，又该如何传递用户信息？

网关过滤器

登录校验必须在请求转发到微服务之前做，否则就失去了意义。而网关的请求转发是Gateway内部代码实现的，要想在请求转发之前做登录校验，就必须了解Gateway内部工作的基本原理。

1. 客户端请求进入网关后由HandlerMapping对请求做判断，找到与当前请求匹配的路由规则（**Route**），然后将请求交给WebHandler去处理。
2. WebHandler则会加载当前路由下需要执行的过滤器链（**Filter chain），然后按照顺序逐一执行过滤器（后面称为Filter**）。
3. 图中Filter被虚线分为左右两部分，是因为Filter内部的逻辑分为pre和post两部分，分别会在请求路由到微服务之前和之后被执行。
4. 只有所有Filter的pre逻辑都依次顺序执行通过后，请求才会被路由到微服务。
5. 微服务返回结果后，再倒序执行Filter的post逻辑。
6. 最终把响应结果返回。

如图中所示，最终请求转发是有一个名为NettyRoutingFilter的过滤器来执行的，而且这个过滤器是整个过滤器链中顺序最靠后的一个。如果我们能够定义一个过滤器，在其中实现登录校验逻辑，并且将过滤器执行顺序定义到**NettyRoutingFilter**之前，这就符合我们的需求了！

那么，该如何实现一个网关过滤器呢？

网关过滤器链中的过滤器有两种：

• **GatewayFilter**：路由过滤器，作用范围比较灵活，可以是任意指定的路由Route.
• **GlobalFilter**：全局过滤器，作用范围是所有路由，不可配置。

注意：过滤器链之外还有一种过滤器，HttpHeadersFilter，用来处理传递到下游微服务的请求头。例如org.springframework.cloud.gateway.filter.headers.XForwardedHeadersFilter可以传递代理请求原本的host头到下游微服务。

其实GatewayFilter和GlobalFilter这两种过滤器的方法签名完全一致：

/**
 * 处理请求并将其传递给下一个过滤器
 * @param exchange 当前请求的上下文，其中包含request、response等各种数据
 * @param chain 过滤器链，基于它向下传递请求
 * @return 根据返回值标记当前请求是否被完成或拦截，chain.filter(exchange)就放行了。
 */
Mono<Void> filter(ServerWebExchange exchange, GatewayFilterChain chain);

FilteringWebHandler在处理请求时，会将GlobalFilter装饰为GatewayFilter，然后放到同一个过滤器链中，排序以后依次执行。

Gateway中内置了很多的GatewayFilter，详情可以参考官方文档：

https://docs.spring.io/spring-cloud-gateway/docs/3.1.7/reference/html/#gatewayfilter-factories

Gateway内置的GatewayFilter过滤器使用起来非常简单，无需编码，只要在yaml文件中简单配置即可。而且其作用范围也很灵活，配置在哪个Route下，就作用于哪个Route.

例如，有一个过滤器叫做AddRequestHeaderGatewayFilterFacotry，顾明思议，就是添加请求头的过滤器，可以给请求添加一个请求头并传递到下游微服务。

使用的使用只需要在application.yaml中这样配置：

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: test_route
        uri: lb://test-service
        predicates:
          -Path=/test/**
        filters:
          - AddRequestHeader=key, value # 逗号之前是请求头的key，逗号之后是value

如果想要让过滤器作用于所有的路由，则可以这样配置：

spring:
  cloud:
    gateway:
      default-filters: # default-filters下的过滤器可以作用于所有路由
        - AddRequestHeader=key, value
      routes:
      - id: test_route
        uri: lb://test-service
        predicates:
          -Path=/test/**

自定义过滤器

无论是GatewayFilter还是GlobalFilter都支持自定义，只不过编码方式、使用方式略有差别。

自定义GatewayFilter

自定义GatewayFilter不是直接实现GatewayFilter，而是实现AbstractGatewayFilterFactory。最简单的方式是这样的：

@Component
public class PrintAnyGatewayFilterFactory extends AbstractGatewayFilterFactory<Object> {
    @Override
    public GatewayFilter apply(Object config) {
        return new GatewayFilter() {
            @Override
            public Mono<Void> filter(ServerWebExchange exchange, GatewayFilterChain chain) {
                // 获取请求
                ServerHttpRequest request = exchange.getRequest();
                // 编写过滤器逻辑
                System.out.println("过滤器执行了");
                // 放行
                return chain.filter(exchange);
            }
        };
    }
}

注意：该类的名称一定要以GatewayFilterFactory为后缀！

然后在yaml配置中这样使用：

spring:
  cloud:
    gateway:
      default-filters:
            - PrintAny # 此处直接以自定义的GatewayFilterFactory类名称前缀类声明过滤器

另外，这种过滤器还可以支持动态配置参数，不过实现起来比较复杂，示例：

@Component
public class PrintAnyGatewayFilterFactory // 父类泛型是内部类的Config类型
                extends AbstractGatewayFilterFactory<PrintAnyGatewayFilterFactory.Config> {

    @Override
    public GatewayFilter apply(Config config) {
        // OrderedGatewayFilter是GatewayFilter的子类，包含两个参数：
        // - GatewayFilter：过滤器
        // - int order值：值越小，过滤器执行优先级越高
        return new OrderedGatewayFilter(new GatewayFilter() {
            @Override
            public Mono<Void> filter(ServerWebExchange exchange, GatewayFilterChain chain) {
                // 获取config值
                String a = config.getA();
                String b = config.getB();
                String c = config.getC();
                // 编写过滤器逻辑
                System.out.println("a = " + a);
                System.out.println("b = " + b);
                System.out.println("c = " + c);
                // 放行
                return chain.filter(exchange);
            }
        }, 100);
    }

    // 自定义配置属性，成员变量名称很重要，下面会用到
    @Data
    static class Config{
        private String a;
        private String b;
        private String c;
    }
    // 将变量名称依次返回，顺序很重要，将来读取参数时需要按顺序获取
    @Override
    public List<String> shortcutFieldOrder() {
        return List.of("a", "b", "c");
    }
        // 返回当前配置类的类型，也就是内部的Config
    @Override
    public Class<Config> getConfigClass() {
        return Config.class;
    }

}

然后在yaml文件中使用：

spring:
  cloud:
    gateway:
      default-filters:
            - PrintAny=1,2,3 # 注意，这里多个参数以","隔开，将来会按照shortcutFieldOrder()方法返回的参数顺序依次复制

上面这种配置方式参数必须严格按照shortcutFieldOrder()方法的返回参数名顺序来赋值。

还有一种用法，无需按照这个顺序，就是手动指定参数名：

spring:
  cloud:
    gateway:
      default-filters:
            - name: PrintAny
              args: # 手动指定参数名，无需按照参数顺序
                a: 1
                b: 2
                c: 3

自定义GlobalFilter（推荐）

自定义GlobalFilter则简单很多，直接实现GlobalFilter即可，而且也无法设置动态参数：

@Component
public class PrintAnyGlobalFilter implements GlobalFilter, Ordered {
    @Override
    public Mono<Void> filter(ServerWebExchange exchange, GatewayFilterChain chain) {
        // 编写过滤器逻辑
        System.out.println("未登录，无法访问");
        // 放行
        // return chain.filter(exchange);

        // 拦截
        ServerHttpResponse response = exchange.getResponse();
        response.setRawStatusCode(401);
        return response.setComplete();
    }

    @Override
    public int getOrder() {
        // 过滤器执行顺序，值越小，优先级越高
        return 0;
    }
}

登录校验

接下来，我们就利用自定义GlobalFilter来完成登录校验。

JWT工具

登录校验需要用到JWT，而且JWT的加密需要秘钥和加密工具。这些在hm-service中已经有了，我们直接拷贝过来：

具体作用如下：

• AuthProperties：配置登录校验需要拦截的路径，因为不是所有的路径都需要登录才能访问
• JwtProperties：定义与JWT工具有关的属性，比如秘钥文件位置
• SecurityConfig：工具的自动装配
• JwtTool：JWT工具，其中包含了校验和解析token的功能
• hmall.jks：秘钥文件

其中AuthProperties和JwtProperties所需的属性要在application.yaml中配置：

hm:
  jwt:
    location: classpath:hmall.jks # 秘钥地址
    alias: hmall # 秘钥别名
    password: hmall123 # 秘钥文件密码
    tokenTTL: 30m # 登录有效期
  auth:
    excludePaths: # 无需登录校验的路径
      - /search/**
      - /users/login
      - /items/**

登录校验过滤器

接下来，我们定义一个登录校验的过滤器：

package com.hmall.gateway.filter;

import com.hmall.common.exception.UnauthorizedException;
import com.hmall.common.utils.CollUtils;
import com.hmall.gateway.config.AuthProperties;
import com.hmall.gateway.util.JwtTool;
import lombok.RequiredArgsConstructor;
import org.springframework.boot.context.properties.EnableConfigurationProperties;
import org.springframework.cloud.gateway.filter.GatewayFilterChain;
import org.springframework.cloud.gateway.filter.GlobalFilter;
import org.springframework.core.Ordered;
import org.springframework.http.server.reactive.ServerHttpRequest;
import org.springframework.http.server.reactive.ServerHttpResponse;
import org.springframework.stereotype.Component;
import org.springframework.util.AntPathMatcher;
import org.springframework.web.server.ServerWebExchange;
import reactor.core.publisher.Mono;

import java.util.List;

@Component
@RequiredArgsConstructor
@EnableConfigurationProperties(AuthProperties.class)
public class AuthGlobalFilter implements GlobalFilter, Ordered {

    private final JwtTool jwtTool;

    private final AuthProperties authProperties;

    private final AntPathMatcher antPathMatcher = new AntPathMatcher();

    @Override
    public Mono<Void> filter(ServerWebExchange exchange, GatewayFilterChain chain) {
        // 1.获取Request
        ServerHttpRequest request = exchange.getRequest();
        // 2.判断是否不需要拦截
        if(isExclude(request.getPath().toString())){
            // 无需拦截，直接放行
            return chain.filter(exchange);
        }
        // 3.获取请求头中的token
        String token = null;
        List<String> headers = request.getHeaders().get("authorization");
        if (!CollUtils.isEmpty(headers)) {
            token = headers.get(0);
        }
        // 4.校验并解析token
        Long userId = null;
        try {
            userId = jwtTool.parseToken(token);
        } catch (UnauthorizedException e) {
            // 如果无效，拦截
            ServerHttpResponse response = exchange.getResponse();
            response.setRawStatusCode(401);
            return response.setComplete();
        }

        // TODO 5.如果有效，传递用户信息
        System.out.println("userId = " + userId);
        // 6.放行
        return chain.filter(exchange);
    }

    private boolean isExclude(String antPath) {
        for (String pathPattern : authProperties.getExcludePaths()) {
            if(antPathMatcher.match(pathPattern, antPath)){
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

    @Override
    public int getOrder() {
        return 0;
    }
}

微服务获取用户

现在，网关已经可以完成登录校验并获取登录用户身份信息。但是当网关将请求转发到微服务时，微服务又该如何获取用户身份呢？

由于网关发送请求到微服务依然采用的是Http请求，因此我们可以将用户信息以请求头的方式传递到下游微服务。然后微服务可以从请求头中获取登录用户信息。考虑到微服务内部可能很多地方都需要用到登录用户信息，因此我们可以利用SpringMVC的拦截器来实现登录用户信息获取，并存入ThreadLocal，方便后续使用。

因此，接下来我们要做的事情有：

• 改造网关过滤器，在获取用户信息后保存到请求头，转发到下游微服务
• 编写微服务拦截器，拦截请求获取用户信息，保存到ThreadLocal后放行

保存用户到请求头

首先，我们修改登录校验拦截器的处理逻辑，保存用户信息到请求头中：