Spring Cloud Gateway：微服务架构下的 API 网关详解
前言
在微服务架构中，API 网关（API Gateway） 是一个关键的组件，它充当了微服务架构的“门面”，负责路由、认证、限流、熔断、日志记录等通用功能。随着微服务数量的增加，传统的网关方案（如 Zuul、Nginx 等）逐渐暴露出性能、可扩展性、灵活性等方面的不足。
Spring Cloud Gateway 是 Spring Cloud 官方推出的第二代 API 网关解决方案，基于 Project Reactor 和 Netty 构建，具有非阻塞、响应式、高性能的特点，是目前构建微服务架构中最主流的网关实现之一。
一、Spring Cloud Gateway 简介
Spring Cloud Gateway 是 Spring Cloud Alibaba 的一部分，但它本身是 Spring Cloud 的原生组件。它使用了 WebFlux + Reactor 技术栈，基于 Netty 提供异步非阻塞的网络通信能力。
1.1 核心概念
Spring Cloud Gateway 有三个核心概念：
- Route（路由）：路由是网关的基本单元，由 ID、目标 URI、断言集合和过滤器集合组成。
- Predicate（断言）：用于匹配请求是否符合某个条件（如路径、方法、头信息等）。
- Filter（过滤器）：用于修改请求和响应，如添加头、修改请求体、限流、鉴权等。
二、Spring Cloud Gateway 的优势
与 Zuul 相比，Spring Cloud Gateway 有以下优势：
| 特性 | Spring Cloud Gateway | Zuul |
|---|---|---|
| 性能 | 非阻塞，基于 WebFlux 和 Netty，性能更高 | 阻塞式 I/O，性能较低 |
| 支持协议 | HTTP/HTTPS | 仅支持 HTTP |
| 可扩展性 | 更容易扩展自定义断言和过滤器 | 扩展性较差 |
| 集成 | 与 Spring Cloud 生态无缝集成（如 Nacos、Sentinel） | 集成较为复杂 |
| 社区活跃度 | 活跃，持续更新 | 停止更新，转向 Gateway |
三、快速入门
3.1 添加依赖
<dependencies><!-- Spring Cloud Gateway --><dependency><groupId>org.springframework.cloud</groupId><artifactId>spring-cloud-starter-gateway</artifactId></dependency><!-- Eureka Client（可选） --><dependency><groupId>org.springframework.cloud</groupId><artifactId>spring-cloud-starter-netflix-eureka-client</artifactId></dependency>
</dependencies>
3.2 配置文件（application.yml）
server:port: 8080spring:application:name: gateway-servicecloud:gateway:routes:- id: user-serviceuri: lb://user-servicepredicates:- Path=/api/user/**filters:- StripPrefix=1
上面的配置表示：
- 所有访问
/api/user/**的请求都会被转发到user-service微服务。 lb://user-service表示使用负载均衡访问服务。StripPrefix=1表示去掉第一层路径/api/user，只保留后面的部分。
四、核心组件详解
4.1 Route（路由）
路由是网关的核心配置单元，由以下几个部分组成：
- id：路由的唯一标识
- uri：目标服务的地址，支持
http://,lb://（负载均衡）等 - predicates：一组断言，用于匹配请求
- filters：一组过滤器，用于修改请求或响应
示例：
routes:- id: order-serviceuri: http://localhost:8082predicates:- Method=POST- Path=/api/order/**filters:- AddRequestHeader=X-Request-Id, 123456
4.2 Predicate（断言）
断言用于判断请求是否符合某个条件。Spring Cloud Gateway 提供了多种内置的断言，常见的包括：
| 断言 | 说明 |
|---|---|
Path=/api/user/** | 匹配指定路径 |
Method=GET | 匹配指定 HTTP 方法 |
Header=X-Request-ID, \d+ | 匹配 Header 值是否符合正则 |
Query=username, abc.* | 匹配查询参数是否符合正则 |
After=2025-01-01T00:00:00+08:00[Asia/Shanghai] | 匹配请求是否在指定时间之后 |
Between=2025-01-01T00:00:00+08:00[Asia/Shanghai], 2025-12-31T23:59:59+08:00[Asia/Shanghai] | 匹配请求是否在某个时间段内 |
4.3 Filter（过滤器）
过滤器用于在请求前后对请求或响应进行处理。Spring Cloud Gateway 分为两种类型的过滤器：
- GatewayFilter（局部过滤器）：作用于特定路由
- GlobalFilter（全局过滤器）：作用于所有路由
常见过滤器示例
| 过滤器 | 说明 |
|---|---|
StripPrefix=1 | 去除路径前缀 |
AddRequestHeader=X-Request-ID, 123456 | 添加请求头 |
RewritePath=/api/(?<segment>.*), /$\{segment} | 重写路径 |
Hystrix=commandName=fallback, fallbackUri=forward:/fallback | 熔断处理 |
RateLimiter=redis-rate-limiter.replenishRate=10, redis-rate-limiter.burstCapacity=20 | 限流 |
五、自定义断言和过滤器
5.1 自定义断言工厂
@Component
public class MyHeaderRoutePredicateFactory extends AbstractRoutePredicateFactory<MyHeaderRoutePredicateFactory.Config> {public MyHeaderRoutePredicateFactory() {super(Config.class);}@Overridepublic Predicate<ServerWebExchange> apply(Config config) {return exchange -> {String header = exchange.getRequest().getHeaders().getFirst("X-Custom-Header");return config.value.equals(header);};}public static class Config {private String value;public String getValue() {return value;}public void setValue(String value) {this.value = value;}}
}
使用方式：
predicates:- MyHeader=X-Custom-Value
5.2 自定义过滤器工厂
@Component
public class MyRequestTimeGatewayFilterFactory extends AbstractGatewayFilterFactory<MyRequestTimeGatewayFilterFactory.Config> {public MyRequestTimeGatewayFilterFactory() {super(Config.class);}@Overridepublic GatewayFilter apply(Config config) {return (exchange, chain) -> {long start = System.currentTimeMillis();return chain.filter(exchange).then(Mono.fromRunnable(() -> {long end = System.currentTimeMillis();System.out.println("请求耗时：" + (end - start) + " ms");}));};}public static class Config {// 可以添加配置项}
}
使用方式：
filters:- MyRequestTime
六、集成服务注册与发现（如 Nacos、Eureka）
Spring Cloud Gateway 可以自动从服务注册中心获取服务实例，并进行负载均衡调用。
示例（Eureka）
spring:cloud:gateway:routes:- id: user-serviceuri: lb://user-servicepredicates:- Path=/user/**
其中 lb://user-service 表示使用负载均衡访问服务。
七、集成熔断机制（Hystrix）
Spring Cloud Gateway 支持集成 Hystrix 进行熔断处理。
spring:cloud:gateway:routes:- id: user-serviceuri: lb://user-servicepredicates:- Path=/user/**filters:- name: Hystrixargs:name: fallbackfallbackUri: forward:/fallback
创建一个 fallback 接口：
@RestController
public class FallbackController {@GetMapping("/fallback")public String fallback() {return "服务不可用，请稍后再试！";}
}
八、限流（RateLimiter）
Spring Cloud Gateway 支持基于 Redis 的限流策略。
spring:cloud:gateway:routes:- id: user-serviceuri: lb://user-servicepredicates:- Path=/user/**filters:- name: RequestRateLimiterargs:rate-limiter: redis-rate-limiterkey-resolver: #{@userKeyResolver}
自定义 Key 解析器：
@Bean
public KeyResolver userKeyResolver() {return exchange -> Mono.just(exchange.getRequest().getRemoteAddress().getHostName());
}
九、日志与监控
Spring Cloud Gateway 支持与 Sleuth、Zipkin 集成，进行链路追踪；也可以使用 Prometheus + Grafana 进行性能监控。
十、总结
Spring Cloud Gateway 是当前构建微服务架构中最推荐的 API 网关实现，它基于响应式编程模型，具备高性能、低延迟、可扩展性强等优点。通过 Route、Predicate、Filter 三大核心组件，可以灵活实现路由、鉴权、限流、熔断等常见功能。
十一、参考资料
- Spring Cloud Gateway 官方文档
- Spring Cloud Alibaba 官方文档
- Spring WebFlux 官方文档