個推微服務(wù)網(wǎng)關(guān)架構(gòu)實踐

作者：個推應(yīng)用平臺基礎(chǔ)架構(gòu)高級研發(fā)工程師 阿飛

在微服務(wù)架構(gòu)中，不同的微服務(wù)可以有不同的網(wǎng)絡(luò)地址，各個微服務(wù)之間通過互相調(diào)用完成用戶請求，客戶端可能通過調(diào)用N個微服務(wù)的接口完成一個用戶請求。因此，在客戶端和服務(wù)端之間增加一個API網(wǎng)關(guān)成為多數(shù)微服務(wù)架構(gòu)的必然選擇。

在個推的微服務(wù)實踐中，API網(wǎng)關(guān)也起著至關(guān)重要的作用。一方面，API網(wǎng)關(guān)是個推微服務(wù)體系對外的唯一入口；另一方面，API網(wǎng)關(guān)中實現(xiàn)了很多后端服務(wù)的共性需求，避免了重復建設(shè)。

個推微服務(wù)網(wǎng)關(guān)的設(shè)計與實現(xiàn)

個推微服務(wù)主要是基于Docker和Kubernetes進行實踐的。在整個微服務(wù)架構(gòu)中，最底層的是個推私有部署的Kubernetes集群，在集群之上，部署了應(yīng)用服務(wù)。

個推的應(yīng)用服務(wù)體系共分為三層，最上一層是網(wǎng)關(guān)層，接著是業(yè)務(wù)層，最下面是基礎(chǔ)層服務(wù)。在部署應(yīng)用服務(wù)時，我們使用了Kubernetes的命名空間對不同產(chǎn)品線的產(chǎn)品進行隔離。除了應(yīng)用服務(wù)外， Kubernetes集群上還部署了Consul來實現(xiàn)配置的管理、Kube-DNS實現(xiàn)服務(wù)注冊與發(fā)現(xiàn)，以及一些輔助系統(tǒng)來進行應(yīng)用和集群的管理。

下圖是個推微服務(wù)體系的架構(gòu)圖。

個推對API網(wǎng)關(guān)的功能需求主要有以下幾方面：

1. 要支持配置多個產(chǎn)品，為不同的產(chǎn)品提供不同的端口；

2. 動態(tài)路由；

3. URI的重寫；

4. 服務(wù)的注冊與發(fā)現(xiàn)；

5. 負載均衡；

6. 安全相關(guān)的需求，如session校驗等；

7. 流量控制；

8. 鏈路追蹤；

9. A/B Testing。

在對市面上已有的網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品進行調(diào)研后，我們的技術(shù)團隊發(fā)現(xiàn)，它們并不太適合應(yīng)用于個推的微服務(wù)體系。第一，個推配置的管理都是基于Consul實現(xiàn)的，而大部分網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品都需要基于一些DB存儲，來進行配置的管理；第二，大部分的網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品提供的功能比較通用，也比較完善，這同時也降低了配置的復雜度以及靈活性；第三，大部分的網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品很難直接融入到個推的微服務(wù)架構(gòu)體系中。

最終，個推選擇使用了OperResty和Lua進行自研網(wǎng)關(guān)，在自研的過程中，我們也借鑒了其他網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品的一些設(shè)計，如Kong和Orange的插件機制等。

個推的API網(wǎng)關(guān)的插件設(shè)計如下圖所示。

OpenResty對請求的處理分為多個階段。個推API網(wǎng)關(guān)的插件主要是在Set、Rewrite、Access、Header_filter、Body_filter、Log這六個階段做相應(yīng)的處理，其中，每一個插件都可以在一個或多個階段起到相應(yīng)的作用。在一個請求到達API網(wǎng)關(guān)之后，網(wǎng)關(guān)會根據(jù)配置為該請求選擇插件，然后根據(jù)每個插件的規(guī)則，進一步過濾出匹配規(guī)則的插件，最后對插件進行實例化，對流量進行相應(yīng)的處理。

我們可以通過舉例來理解這個過程，如上圖所示，localhost:8080/api/demo/test/hello這個請求到達網(wǎng)關(guān)后，網(wǎng)關(guān)會根據(jù)host和端口確定產(chǎn)品信息，并提取出URI(/api/demo/test/hello)，然后根據(jù)產(chǎn)品的具體配置，篩選出需要使用的插件——Rewrite_URI、Dyups和Auth，接下來根據(jù)每個插件的規(guī)則配置進行過濾，過濾后，只有Rewrite_URI和Dyups兩個插件被選中。之后實例化這兩個插件，在各個階段對請求進行處理。請求被轉(zhuǎn)發(fā)到后端服務(wù)時，URI就被rewrite為“/demo/test/hello”，upstream也被設(shè)置為“prod1-svc1”。請求由后端服務(wù)處理之后，響應(yīng)會經(jīng)網(wǎng)關(guān)返回給客戶端，這就是整個插件的設(shè)計和工作的流程。為了優(yōu)化性能，我們將插件的實例化延緩到了請求真正開始處理時，在此之前，網(wǎng)關(guān)會通過產(chǎn)品配置和規(guī)則，過濾掉不需要執(zhí)行的插件。從圖中也可以看出，每個插件的規(guī)則配置都很簡單，并且沒有統(tǒng)一的格式，這也確保了插件配置的簡單靈活。

網(wǎng)關(guān)的配置均為熱更新，通過Consul和Consul-Template來實現(xiàn)，配置在Consul上進行更新后，Consul-Template會將其實時地拉取下來，然后通過以下兩種方式進行更新。

（1）通過調(diào)用Update API，將配置更新到shared-dict中。

（2）更新配置文件，利用Reload OpenResty實現(xiàn)配置文件的更新。

個推微服務(wù)網(wǎng)關(guān)提供的主要功能

1.動態(tài)路由

動態(tài)路由主要涉及到三個方面：服務(wù)注冊、服務(wù)發(fā)現(xiàn)和請求轉(zhuǎn)發(fā)。

如下圖所示，服務(wù)的注冊和發(fā)現(xiàn)是基于Kubernetes的Service和Kube-DNS實現(xiàn)的，在Consul中，會維持一個服務(wù)的映射表，應(yīng)用的每一個微服務(wù)都對應(yīng)Kubernetes上的一個Service，每創(chuàng)建一個Service都會在Consul上的服務(wù)映射表中添加一項（會被實時更新到網(wǎng)關(guān)的共享內(nèi)存中）。網(wǎng)關(guān)每收到一個請求都會從服務(wù)映射表中查詢到具體的后端服務(wù)（即Kubernetes中的Service名），并進行動態(tài)路由。Kube-DNS可以將Service的域名解析成Kubernetes內(nèi)部的ClusterIP，而Service代理了多個Pod，會將流量均衡地轉(zhuǎn)發(fā)到不同的Pod上。

2.流量控制

流量控制主要是通過一個名為“Counter”的后端服務(wù)和網(wǎng)關(guān)中的流控插件實現(xiàn)的。Counter負責存儲請求的訪問次數(shù)和限值，并且支持按時間維度進行計數(shù)。流控插件負責攔截流量，調(diào)用Counter的接口進行超限查詢，如果Counter返回請求超限，網(wǎng)關(guān)就會直接拒絕訪問，實現(xiàn)限次的功能，再結(jié)合時間維度就可以實現(xiàn)限頻的需求。同時流控插件通過輸出日志信息到fluent-bit，由fluent-bit聚合計次來更新Counter中的計數(shù)。

3.鏈路追蹤

整個微服務(wù)體系的鏈路追蹤是基于分布式的鏈路追蹤系統(tǒng)Zipkin來實現(xiàn)的。通過在網(wǎng)關(guān)安裝Zipkin插件和在后端服務(wù)中引入Zipkin中間件，實現(xiàn)最終的鏈路追蹤功能。具體架構(gòu)如下圖所示。

4. A/B測試

在A/B測試的實現(xiàn)中，有以下幾個關(guān)鍵點：

（1）所有的策略信息都配置在Consul上，并通過Consul-Template實時生效到各個微服務(wù)的內(nèi)存中；

（2）每條策略均有指明，調(diào)用一個微服務(wù)時應(yīng)調(diào)用A還是B（默認為A）；

（3）網(wǎng)關(guān)中實現(xiàn)A/B插件，在請求到達網(wǎng)關(guān)時，通過A/B插件配置的規(guī)則，即可確定請求適用的A/B策略；

（4）網(wǎng)關(guān)會將請求適用的A/B策略通過URL參數(shù)傳遞下去；

（5）每個微服務(wù)通過傳遞下來的策略，選擇正確的服務(wù)進行訪問。

下圖給出了兩種場景下的調(diào)用鏈路。

總結(jié)

以上就是個推微服務(wù)網(wǎng)關(guān)的設(shè)計和主要功能的實現(xiàn)。之后，個推的技術(shù)團隊會不斷提升API網(wǎng)關(guān)的彈性設(shè)計，使其能夠在故障出現(xiàn)時，縮小故障的影響范圍；同時，我們也會繼續(xù)將網(wǎng)關(guān)與DevOps平臺做進一步地結(jié)合，以確保網(wǎng)關(guān)在迭代更新時，能夠有更多的自動化測試來保證質(zhì)量，實現(xiàn)更快速地部署。