Spring Cloud Gateway 如何将请求分发到各个服务

前言

在微服务架构中，API 网关（API Gateway）扮演着非常重要的角色。它负责接收客户端请求，并根据预定义的规则将请求路由到对应的后端服务。Spring Cloud Gateway 是 Spring 官方推出的一款高性能网关，支持动态路由、负载均衡、限流等功能。本文将详细介绍 Spring Cloud Gateway 的工作原理、配置方式以及如何实现请求分发，并附带源码和 UML 图示。

一、Spring Cloud Gateway 的核心概念

1.1 核心组件

Route（路由）：网关的基本构建块，包含一个 ID、目标 URI 和一组断言（Predicate）和过滤器（Filter）。只有当请求满足断言条件时，才会被路由到指定的目标服务。
Predicate（断言）：用于匹配 HTTP 请求中的特定条件，例如路径、方法、头信息等。
Filter（过滤器）：对请求和响应进行处理，如修改请求头、添加日志、鉴权等。

1.2 工作流程图

以下是 Spring Cloud Gateway 的工作流程图：

二、配置 Spring Cloud Gateway

2.1 引入依赖

在 pom.xml 文件中添加以下依赖：

<dependencies><!-- Spring Cloud Gateway --><dependency><groupId>org.springframework.cloud</groupId><artifactId>spring-cloud-starter-gateway</artifactId></dependency><!-- Spring Boot WebFlux --><dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-webflux</artifactId></dependency><!-- Spring Cloud Load Balancer (用于负载均衡) --><dependency><groupId>org.springframework.cloud</groupId><artifactId>spring-cloud-starter-loadbalancer</artifactId></dependency>
</dependencies>

2.2 配置路由规则

在 application.yml 中定义路由规则。以下是一个简单的示例：

spring:cloud:gateway:routes:- id: user_service_routeuri: lb://USER-SERVICEpredicates:- Path=/user/**filters:- AddRequestHeader=X-Gateway-Version, v1.0- id: order_service_routeuri: lb://ORDER-SERVICEpredicates:- Path=/order/**filters:- AddResponseHeader=X-Gateway-Version, v1.0

配置说明：

id：路由的唯一标识符。
uri：目标服务地址，lb:// 表示使用负载均衡器（Load Balancer）。
predicates：定义匹配条件，例如路径 /user/**。
filters：定义请求或响应的处理逻辑，例如添加请求头或响应头。

三、实现请求分发的核心逻辑

3.1 动态路由匹配

Spring Cloud Gateway 使用 Predicate 来匹配请求。以下是一个基于路径的分发逻辑示例：

import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.web.reactive.function.server.RouterFunction;
import org.springframework.web.reactive.function.server.ServerResponse;@Configuration
public class GatewayConfig {@Beanpublic RouteLocator customRouteLocator(RouteLocatorBuilder builder) {return builder.routes().route("user_service_route", r -> r.path("/user/**").filters(f -> f.addRequestHeader("X-Gateway-Version", "v1.0")).uri("lb://USER-SERVICE")).route("order_service_route", r -> r.path("/order/**").filters(f -> f.addResponseHeader("X-Gateway-Version", "v1.0")).uri("lb://ORDER-SERVICE")).build();}
}

代码解析：

RouteLocatorBuilder 用于构建路由规则。
.path("/user/**") 匹配以 /user/ 开头的路径。
.uri("lb://USER-SERVICE") 将请求转发到注册中心的服务 USER-SERVICE。

3.2 负载均衡

Spring Cloud Gateway 内置了对负载均衡的支持，通过 lb:// 协议可以实现服务发现和负载均衡。

示例场景：

假设有两个用户服务实例 USER-SERVICE-1 和 USER-SERVICE-2 注册到了 Eureka 注册中心，Gateway 会根据负载均衡策略自动选择一个实例来处理请求。

3.3 自定义过滤器

除了内置过滤器，您还可以自定义过滤器来实现特定功能，例如鉴权、日志记录等。

以下是一个自定义过滤器的示例：

import org.springframework.cloud.gateway.filter.GatewayFilter;
import org.springframework.cloud.gateway.filter.factory.AbstractGatewayFilterFactory;
import org.springframework.stereotype.Component;
import reactor.core.publisher.Mono;@Component
public class LoggingFilter extends AbstractGatewayFilterFactory<LoggingFilter.Config> {public LoggingFilter() {super(Config.class);}@Overridepublic GatewayFilter apply(Config config) {return (exchange, chain) -> {System.out.println("请求路径：" + exchange.getRequest().getPath());return chain.filter(exchange).then(Mono.fromRunnable(() -> {System.out.println("响应状态码：" + exchange.getResponse().getStatusCode());}));};}public static class Config {// 可以在这里定义配置参数}
}

使用自定义过滤器：

在 application.yml 中引用自定义过滤器：

spring:cloud:gateway:routes:- id: user_service_routeuri: lb://USER-SERVICEpredicates:- Path=/user/**filters:- LoggingFilter

四、完整示例

以下是一个完整的 Spring Cloud Gateway 示例，包括服务注册与发现、负载均衡和自定义过滤器。

4.1 项目结构

gateway-service/
├── src/main/java/com/example/gateway/
│   ├── GatewayApplication.java
│   ├── GatewayConfig.java
│   └── LoggingFilter.java
├── src/main/resources/
│   └── application.yml
└── pom.xml

4.2 启动类

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);}
}

4.3 配置文件

server:port: 8080spring:application:name: gateway-servicecloud:gateway:routes:- id: user_service_routeuri: lb://USER-SERVICEpredicates:- Path=/user/**filters:- LoggingFilter- id: order_service_routeuri: lb://ORDER-SERVICEpredicates:- Path=/order/**filters:- AddResponseHeader=X-Gateway-Version, v1.0eureka:client:service-url:defaultZone: http://localhost:8761/eureka/