微服务架构中的API网关简介 - IMESH

一些架构师、云工程师和DevOps人员常说：“微服务是小型的整体。”这句话反映了微服务架构中管理大量服务的复杂性，尤其是在网络规则和安全配置方面。当客户端向分布在多个集群和云中的微服务发出请求时，跟踪每个请求以确保安全性和路由规则的正确性是一项繁琐的任务。理想情况下，后端服务应专注于交付业务逻辑，而不是承担这些职责。这正是API网关的作用所在，它充当所有请求的单一入口点。本文将介绍API网关的定义、功能及其在微服务架构中的重要性。

什么是API网关？

API网关是一个位于客户端和微服务之间的服务器（或L7代理），它充当所有客户端请求进入系统的集中入口点。作为反向代理，API网关接收客户端的API调用，并将其转发到适当的微服务。

通过为每个客户端提供一个统一的API接口，API网关屏蔽了底层系统的复杂性，使客户端无需直接与具体服务交互。此外，它还在流量到达服务之前执行安全检查（如身份验证和授权），从而让后端服务专注于其核心功能。

图A – 微服务架构中的API网关实现概念图

微服务对API网关的需求

直接客户端与微服务通信的模式存在诸多挑战，这促使了API网关的普及。以下是一些关键问题：

服务发现和流量路由问题

在直接通信模式中，客户端必须知道服务实例的具体端点。然而，由于服务的动态扩展或缩减，跟踪这些端点会增加客户端的复杂性。此外，客户端与服务的紧耦合会导致扩展性问题，因为每次服务变更都需要更新客户端配置。与此同时，基于地理位置等属性进行流量路由也难以实现。

安全问题

直接暴露服务端点会带来安全隐患，例如数据包嗅探和中间人攻击。此外，直接通信模式将验证和授权的责任转移到服务上，而这会分散服务的核心业务逻辑。

协议互操作性问题

微服务架构允许开发人员使用不同语言（如Python、Java、Go）构建服务，并支持多种API协议（如REST、gRPC）。在直接通信模式下，客户端需要理解并支持这些不同的协议，这增加了开发复杂性。

往返延迟

例如，在电商网站的产品页面中，价格、库存和评论等信息可能由不同服务提供。如果客户端需要分别调用这些服务，则会产生多个网络请求，增加延迟并降低用户体验。

API网关通过其架构设计，解决了上述挑战并提供了多种功能。

API网关的流量处理

API网关作为L7代理，负责从前端微服务中抽象出流量管理。它能够读取和理解HTTP消息，从而对流量应用过滤或采取措施。

下图展示了一个API网关在Kubernetes集群边缘的流量处理过程：

图B – 通过API网关的传入gRPC请求的流量

流量处理步骤

请求验证

API网关通过检查请求方法、头部和主体来验证传入请求是否符合预定义规则。它还会根据允许列表和拒绝列表对请求进行访问控制。
身份验证和授权（AuthN/Z）

网关通过验证凭据（如多因素身份验证（MFA）。
服务发现

API网关通过查询服务注册表或动态DNS来定位适当的后端服务。
协议转换

如有需要，网关可在客户端和微服务之间进行协议转换。例如，将gRPC请求转换为REST请求，或将响应转换为客户端支持的协议。
动态路由

根据配置的路由规则，网关将请求转发到适当的服务实例或负载均衡器。

API网关的功能

API网关不仅解决了通信中的核心问题，还提供了以下功能：

高级流量路由

API网关支持负载均衡、流量分流以及蓝绿部署等渐进式交付模式。

速率限制

通过限制每个IP地址或HTTP头的请求数量，API网关可以防止服务过载，并抵御拒绝服务（DoS）攻击。

错误处理

API网关能够标准化错误响应，并为客户端提供自定义的错误消息和HTTP状态码，便于调试和处理。

断路器

断路器模式可防止因服务故障导致的错误级联，保护健康的上游服务。

可观察性

API网关提供日志记录、监控和分析功能，帮助运维团队了解API的性能和行为。

缓存

通过缓存响应，API网关减少了重复请求对后端服务的负载，从而提升性能和用户体验。

SSL终止

API网关可以处理SSL连接的解密工作，减轻后端服务的负担。

API网关的优势

提高应用安全性

API网关隐藏了后端服务的具体信息，减少了攻击面，并通过速率限制、身份验证和日志监控等功能增强了安全性。

增强灵活性

API网关将客户端与微服务解耦，使得后端服务的变更无需影响客户端配置。

支持API货币化

通过集成计费系统，API网关帮助企业跟踪API使用情况，并实施不同的定价模式。

改善用户体验

通过减少客户端请求数量、缓存响应和优化流量管理，API网关显著提升了用户体验。

三大开源API网关工具

以下是三款优秀的开源API网关工具：

Tyk API网关

支持多种协议（REST、SOAP、GraphQL等）
提供详细的API使用数据分析
支持Kubernetes集成

Kong API网关

支持gRPC到后端服务的转换
提供基本流量控制插件和日志记录功能

KrakenD API网关

提供高性能的无服务器架构
支持多种配置格式和自定义插件

API网关的局限性

尽管API网关功能强大，但它并非万能。例如：

仅能处理边缘流量，无法管理集群内部通信
缺乏对东西向流量的安全控制
无法实现服务网格中的渐进式交付

因此，结合服务网格平台（如Istio）可能是更理想的选择。

总结

API网关是微服务架构中不可或缺的组件，它通过简化服务交互、提升安全性和优化性能，为分布式系统的管理提供了强大的支持。无论是解决通信复杂性还是增强用户体验，API网关都发挥着重要作用。然而，对于更复杂的场景，结合服务网格平台可能是更优的选择。

原文链接: https://imesh.ai/blog/introduction-to-api-gateway-in-microservices-architecture/