微服務為什麼要用到 API 網關？

本文介紹了 API 網關日誌的價值，並以知名網關 Apache APISIX 為例，展示如何集成 API 網關日誌。

作者程小蘭，API7.ai 技術工程師，Apache APISIX Contributor。

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什麼是微服務

微服務架構（通常簡稱為微服務）是指開發應用所用的一種架構形式。通過微服務，可將大型應用分解成多個獨立的組件，其中每個組件都有各自的責任領域。在處理一個用户請求時，基於微服務的應用可能會調用許多內部微服務來共同生成其響應。微服務是互聯網業務發展的結果，互聯網業務的飛速發展導致系統的架構也在不斷地發生變化，總體來説，系統的架構大致經歷了：單體應用架構—> SOA 架構—>微服務架構的演變，具體發展歷程和各自的優缺點如下表所示。

架構類型	簡介	優點	缺點
單體應用架構	將所有的功能代碼打包成一個服務。	1. 架構簡單，項目開發和維護成本低。	所有模塊耦合在一起，比較有利於小型項目的開發和維護；但是，對於大型項目來説卻存在問題，比如：<br/> 1. 項目各模塊之間過於耦合，一個模塊的性能問題可能導致整個項目的不可用；<br/> 2. 項目的擴展性差。
SOA 架構	中文意思為 “面向服務的架構”，通常包含多個服務，<br/>一個服務通常以獨立的形式存在於操作系統進程中，服務之間通過相互依賴或者通過通信機制來完成通信的，<br/>最終提供一系列的功能。	1. 系統集成：站在系統的角度，解決企業系統間的通信問題，把原先散亂、無規劃的系統間的網狀結構，梳理成規整、可治理的系統間星形結構；<br/> 2. 系統的服務化：站在功能的角度，把業務邏輯抽象成可複用、可組裝的服務，通過服務的編排實現業務的快速再<br/> 3. 業務的服務化：站在企業的角度，把企業職能抽象成可複用、可組裝的服務。	1. 服務的中心化，各服務之間存在依賴關係，如果某個服務出現故障可能會造成服務的雪崩；<br/> 2. 服務之間的依賴與調用關係複雜，測試部署的困難比較大。
微服務架構	微服務是在 SOA 上做的昇華。微服務架構重點強調的一個是"業務需要徹底的組件化和服務化"，<br/>原有的單個業務系統會拆分為多個可以獨立開發、設計、<br/>運行的小應用。各個小應用之間，相互去協作通信，來完成一個交互和集成，這就是微服務架構。	1. 去中心化；<br/> 2. 通過服務實現組件化；<br/> 3. 按業務能力來劃分服務和開發團隊；<br/> 4. 基礎設施自動化（ Devops、自動化部署）。	1. 開發的成本比較高；<br/> 2. 會引發服務的容錯性問題；<br/> 3. 會引發數據的一致性問題；<br/> 4. 會涉及分佈式事務。

因此，微服務是互聯網發展的必然結果，很多傳統公司的系統架構也在逐步微服務化。但是，隨着互聯網業務的發展，API 的數量也在劇增，使用網關對API統一管理也將面臨挑戰，選擇一個更強大的 API 網關，可以有效地增強系統的監控、容災、鑑權和限流等能力。

什麼是 API 網關

API 網關為客户與服務系統之間的交互提供了統一的接口，也是管理請求和響應的中心點，選擇一個適合的 API 網關，可以有效地簡化開發並提高系統的運維與管理效率。 API 網關在微服務架構中是系統設計的一個解決方案，用來整合各個不同模塊的微服務，統一協調服務。API 網關作為一個系統訪問的切面，對外提供統一的入口供客户端訪問，隱藏系統架構實現的細節，讓微服務使用更為友好；並集成了一些通用特性（如鑑權、限流、熔斷），避免每個微服務單獨開發，提升效率，使系統更加標準化，比如身份驗證、監控、負載均衡、限流、降級與應用檢測等功能。

為什麼微服務需要 API 網關

如上圖所示，API 網關作為客户端和微服務的中間層，它可以將微服務以統一的地址對外提供服務，將外部訪問這個地址的流量，根據適當的規則路由到內部集羣中正確的服務節點之上，如果沒有 API 網關，流量的出入口則不統一，客户端就需要知道所有服務的訪問信息，微服務的意義將不復存在，所以，微服務網關在微服務系統架構中的存在是必要的。此外，API 網關在系統的可觀測性、身份鑑權認證、穩定性和服務發現等方面也會發揮重要作用。

微服務遇到的挑戰

微服務網關應該首先要具備 API 路由能力，微服務數量變多，API 數量急劇增加，網關還可以根據具體的場景作為流量過濾器來使用，以提供某些額外可選功能，因此對微服務 API Gateway 提出了更高要求，比如：

• 可觀測性：在以往的單體應用中，排查問題往往通過查看日誌定位錯誤信息和異常堆棧；但是在微服務架構中服務繁多，出現問題時的問題定位變得非常困難；因此，如何監控微服務的運行狀況、當出現異常時能快速給出報警，這給開發人員帶來很大挑戰。
• 鑑權認證：而微服務架構下，一個應用會被拆分成若干個微應用，每個微應用都需要對訪問進行鑑權，每個微應用都需要明確當前訪問用户以及其權限。尤其當訪問來源不只是瀏覽器，還包括其它服務的調用時，單體應用架構下的鑑權方式就不是特別合適了。在微服務架構下，要考慮外部應用接入的場景、用户 - 服務的鑑權、服務 - 服務的鑑權等多種鑑權場景。
• 系統穩定性：若大量請求超過微服務的處理能力時，可能會將服務打垮，甚至產生雪崩效應、影響系統的整體穩定性。
• 服務發現：微服務的分散管理，讓微服務的負載均衡的實現也更具有挑戰性。

解決方案

API 網關作為客户端和服務端的中間橋樑，為微服務系統提供統一的管理機制：除了基礎的請求分發、API 管理和條件路由等功能，還包括身份驗證、監控報警、調用鏈追蹤、負載均衡、限流隔離和熔斷降級。 身份認證：下圖表示的是微服務聯合 API 網關如何進行身份認證的，由圖可見所有請求都通過網關，從而有效地隱藏了微服務。

監控報警/調用鏈追蹤：API 作為客户端和服務端的中間橋樑，是微服務監控的最好載體，API 網關監控功能的主要職責是及時發現網關以及後端服務器的連接異常，在 API 的監控平台上面用户可以隨時查看日誌信息，監控信息，調用鏈等等，並且主機發生的任何異常都會自動報警到控制枱。有些網關甚至可以做到給客户端和服務端雙向報警。

限流隔離/熔斷降級：隨着互聯網業務規模的增加，系統的併發度增高，多個服務之間相互調用鏈路，一條核心鏈路往往可能調用十個服務。如果在鏈路中，某個服務的 rt（響應時間）急劇上升，上游服務不斷請求，造成惡性循環，上游等待結果線程數越多，使得更上游服務阻塞最終整條鏈路無法使用，從而導致服務雪崩，所以對入口流量進行整治管理是很有必要的，下圖表示微服務系統是如何結合 API 網關進行限流隔離和熔斷降級的。

主流網關選擇

在微服務領域，有許多開源網關實現，有 NGINX、Kong、Apache APISIX 和 Envoy 等，Java 技術棧的有 Netfilx Zuul、Spring Cloud Gateway、Soul 等。或許你會問“有了 NGINX 和 Kong，為什麼還需要 Apache APISIX ？” ，下面做個簡單對比。

網關	痛點	優勢
NGINX	1. 修改配置需要 Reload 才能生效，跟不上雲原生的發展。	1. 老牌應用；<br/> 2. 穩定可靠，久經考驗；<br/> 3. 高性能。
Apache APISIX	1. 文檔不夠豐富和清晰，需要待改進。	1. Apache 基金會頂級項目；<br/> 2. 技術架構更貼合雲原生； 3. 性能表現優秀；<br/> 4. 生態豐富； 5. 除了支持 Lua 開發插件外，還支持 Java、Go、Python、Node 等語言插件。
Kong	1. 默認使用 PostgreSQL 或 Cassandra 數據庫，使得整個架構非常臃腫，並且會帶來高可用的問題；<br/> 2. 路由使用的是遍歷查找，當網關內有超過上千個路由時，它的性能就會出現比較急劇的下降；<br/> 3. 一些重要功能是需要付費的。	1. 開源 API 網關的鼻祖，用户數眾多；<br/> 2. 性能滿足大部分用户的需求；<br/> 3. 生態豐富；<br/> 4. 支持 Lua 和 Go 開發插件。
Envoy	1. 使用 C++，二次開發難度大；<br/> 2. 除了 C++ 開發 filter 外，還支持 WASM 和 Lua。	1. CNCF 畢業項目 更適合服務網格場景多語言架構部署。
Spring Cloud Gateway	1. 雖然 Spring 社區成熟，但是 Gateway 資源缺乏。	1. 內置了非常多的開箱即用功能，並且都可以通過 SpringBoot 配置或者手工編碼鏈式調用來使用； <br/> 2. Spring 系列可擴展性強，易配置，可維護性好； <br/> 3. Spring 社區成熟； <br/> 4. 簡單易用；<br/> 5. 對於 Java 技術棧來説方便。

總結

隨着互聯網的發展，互聯網企業的業務也在不斷的飛速發展，進而導致系統的架構也在不斷的發生着變化，微服務架構已經在眾多公司得到廣泛應用。隨着微服務的數據越來越多，API 的數量也越來越多，對於大流量的治理，選擇一個優秀的 API 網關是至關重要的。本文列舉了常見網關，並進行對比，列出各自的優缺點，如果你正在做 API 網關的技術選型，或者你的微服務系統出現了性能問題，再或者你想搭建一個高效穩定的微服務系統，希望本文可以帶給你一定的啟發。

關於 API7.ai 與 APISIX

API7.ai 是一家提供 API 處理和分析的開源基礎軟件公司，於 2019 年開源了新一代雲原生 API 網關 -- APISIX 並捐贈給 Apache 軟件基金會。此後，API7.ai 一直積極投入支持 Apache APISIX 的開發、維護和社區運營。與千萬貢獻者、使用者、支持者一起做出世界級的開源項目，是 API7.ai 努力的目標。