前言：長亮科技API網關自誕生以來，已在交通銀行、渤海銀行、民生銀行信用卡、北農商等幾十家金融客戶項目應用，在高性能和高可靠方面經歷了大量的生產實踐考驗。
隨著微服務架構的發展，原本粗粒度的應用被拆分為眾多細粒度的微服務，每個服務都有其需要對外暴露的API服務，服務之間的調用變得錯綜復雜，微服務及其API的統一管理、API的安全防范、流量轉發、流量治理等問題變得尤為突出。
破局—引入API網關
如何解決這些問題？
那就需要在客戶端和服務之間引入一個額外層，作為從客戶端向服務發起請求路由的反向代理，類似面向對象設計中的外觀模式，為封裝底層系統架構的API提供了一個單一入口，稱為API網關。
簡而言之，API網關就是用一套單一且統一的API入口點，來組合一個或多個內部API。通過引入API網關，能夠對API的生命周期進行統一管理，API網關接管所有的入口流量，將所有用戶的請求轉發給后端的服務器。
但網關做的僅僅是轉發這么簡單嗎？
當然不是，API會針對流量做一些治理（如鑒權、限流、權限、熔斷、協議轉換、錯誤碼統一、緩存）、流量監控（如日志、監控、告警）、安全防范（如協議安全、訪問安全、報文安全等），將通用的邏輯抽出來，由網關統一去做，業務方也能夠更專注于業務邏輯，提升迭代的效率，其重要性可見一斑。
API網關可為微服務架構系統帶來多項價值：
? 網關層對外部和內部進行了隔離，保障了后臺服務的安全性
? 對外訪問控制由網絡層面轉換成了運維層面，減少變更的流程和錯誤成本
? 減少客戶端與服務的耦合，服務可以獨立發展。通過網關層來做映射
? 通過網關層聚合，減少外部訪問的頻次，提升訪問效率
? 節約后端服務開發成本，減少上線風險
? 為服務熔斷，灰度發布，線上測試提供簡單方案
? 便于進行應用層面的擴展
因此作為流量的入口，網關本身的高性能、高可用、可擴展性等非功能特性也至關重要。
長亮科技API網關依賴其良好的擴展性，在功能上不斷完善豐富，對接了眾多內外部的系統，擴展了多種接入接出協議；支持多種流量治理策略，提供較為全面的安全防控手段。
下面將從API網關總體設計、API治理設計、API安全防范三方面詳細分析長亮科技API網關的設計實踐。
長亮科技API網關總體設計
1、技術架構設計——最大功能上解耦
目前市面上基本都是一個服務，沒有做到最大功能上的解耦，在此基礎上長亮科技全面創新，將網關服務分為管控端和運行端兩部分，單獨運行，讓網關運行服務脫離外界依賴，真正將gateway最大化限度的解耦。
API網關采用前后端分離架構模式，以Java語言開發，選用當前主流技術棧Spring Boot,Spring Cloud體系。
? 管控端主要作用為管理網關配置、UI交互、推送數據到網關運行端等，管控端和服務端分工明確，讓真正負責處理請求的網關運行端，爭取資源最大化。
? 網關運行端為真正被調用的網關服務，核心機制為過濾器鏈機制、接入接出機制、配置數據jvm緩存及本地緩存機制等；網關運行端對接了多種基礎組件，包括監控中心、注冊中心、鏈路中心、日志中心、配置中心等。為保證用戶配置的參數出現推送丟失的情況，網關運行服務還會定時向網關管控服務拉取數據，達到雙向數據同步效果。
2、高擴展性的設計——提供更全的擴展
網關運行端采用了SPI機制，大大的增加了網關的擴展性，除市面上都支持的Fileter擴展、治理功能的擴展外，長亮科技還可提供接入接出（協議）的擴展，加解密方式、報文等多處位置的擴展，大大增加了網關的可擴展點：
? Filter擴展
網關的功能在整個項目中屬于一個過濾器鏈，可通過頁面動態配置對網關的各個過濾器選擇是否使用；如增加某種認證機制等，也就是針對過濾器鏈進行擴展。
? 接入接出擴展
在現有網關多協議基礎上，擴展一種接入接出協議，如dubbo、TSF等；
? 加解密擴展
擴展新的算法和規則，對請求響應報文加解密、加驗簽；
? 網關請求響應二次擴展
支持在網關層面對接入的請求，接收的響應進行修改；
? 擴展網關響應碼及響應信息
對網關響應碼和響應信息的擴展，用以適配各種不同的響應碼響應格式要求。
除Filter擴展是在過濾器中進行擴展，其余擴展均是針對inbound和outbound進行擴展。
3、高可用設計——更易管理和維護的邏輯集群劃分
網關分為管控端（數據控制）和運行端（API調用）兩個服務，且單獨運行，運行端采取本地緩存存儲信息不需要任何讀庫操作，在管控端Down機情況下，仍可以繼續進行API調用。
網關服務器采用無狀態集群架構，一個網關集群可以包含多個網關實例，集群可以作為邏輯上的實例分類，每個實例只對應一個網關管控端，防止數據混亂。相對市面上普遍使用的物理上集群劃分，這種邏輯集群劃分則更好管理和維護。
網關管控端會主動向運行端發送心跳檢測，同時網關運行端會定時向管控端進行數據同步，預防管控端數據同步異常導致的不一致。
客戶端通過負載均衡器訪問網關實例，負載均衡器可采用軟負載或硬負載方式，負載均衡器可使用MS架構避免單點故障。
API治理設計
1、API限流
限制API被訪問的次數，保證服務在可承受壓力內正常運行，防止因過高流量導致服務發生崩潰，分布式限流采取分布式緩存Redis實現。
當請求進入RateLimiter Filter 限流過濾器時，會先根據當前的請求構建一組Key，然后判斷Redis是否可用，當其可用時使用Redis進行集群限流：
? 先判斷當前實例的緩存是否有該key，如果存在則請求redis lua腳本，腳本中會對遍歷到的規則執行 incr rule，給對應的規則自增1，并判斷返回值，如果返回值小于等于最大值，則允許通過，否則拋出限流異常。
? 當Redis不可用時，則使用JVM級別的實例限流。會直接從當前實例的緩存中獲取一個Semaphore信號量，并嘗試獲取其許可，當獲取成功則表示限流通過，反之拋出限流異常。
2、熔斷降級
當服務故障時，為了防止整個系統的故障，對系統采取熔斷降級策略。可根據平均響應時間、秒級異常比例、分鐘級異常數等維度進行熔斷降級處理。
熔斷降級的三種維度：
? 平均響應時間：如在1s內連續處理5個請求，它的平均響應時間都超過閾值，那么在后續的時間窗口中，對于這個API的調用都會自動熔斷或降級。
? 異常比例：當指定資源每秒請求量大于等于5，并且每秒的異常總數占通過量的比值超過閾值之后（如每秒處理1000個請求，那么其中異常請求數為500，那么當前的比值是50%），那么該資源會進入降級狀態。異常的比率范圍是[0.0.1.0]表示0%到100%。
? 異常數：當資源在1分鐘的異常數據超過閾值后會進行熔斷或降級針對這些規則。
3、API路由
API路由指根據調用將調用路由對不同的后端服務、網關支持基于客戶端IP、比例、調用者、自定義方式進行路由，同時支持配置優先級。
API路由的四種模式：
? IP模式：根據不同IP路由到不同的服務提供者實例。
? 關鍵字模式：通過在請求頭或者查詢參數中的關鍵字進行路由。
? 租戶模式：不同租戶路由不同的服務提供者。
? 比例模式：設置不同的比例進行路由，例如實例A消化掉90%的API調用，實例B消化掉10%的API。
API安全防范
1、協議安全
為保證訪問API過程中的安全問題，API網關在設計上增加了對https的支持，可直接使用https的訪問方式訪問網關中的API。
2、訪問安全
很多情況下，API都直接暴露在公網，所以很可能會出現被惡意訪問，而網關要做的就是防止這種惡意訪問的出現。通過訪問JTW認證、權限控制、簽名認證、黑白名單等手段來降低API被惡意訪問的風險。
相對單一的訪問安全方式，長亮科技的訪問安全更為全面，且在除現有的幾個訪問安全外，仍可繼續擴展其他安全手段。
? 權限控制：只有通過管理員授權的接口，客戶端才有權限訪問 。如果未授權，在網關處攔截，響應給客戶端沒有訪問權限。
? 簽名認證：按規則將請求參數通過SHA256算法|RSA|國密等運算生成簽名值，網關對客戶的簽名進行驗簽，驗簽成功后繼續往下，否則直接被攔截。
? 黑白名單：按黑白名單的配置進行驗證，如果在黑名單中，則直接攔截，不在黑名單中可繼續往下。
? JWT認證：在訪問API前先向網關申請一個Token，每次API訪問時帶入這個Token，網關則會對Token解析，主要包括Token有效期驗證、訪問權限驗證、訪問者身份認證；通過后繼續往下，否則直接攔截。
3、報文安全
在客戶端調用API時，傳入報文的安全是至關重要的，網關在這塊通過報文的加密/加簽的方式確保報文的安全性。
? 加密：通過對報文的加密確保訪問過程中報文的安全性；除現支持的AES、DES、RSA、國密方式外，并可以通過SPI的機制，擴展其他的加解密方式。
? 加簽：通過對報文的加簽確保報文在訪問過程中的完整性，除現支持的RSA、SHA256、國密方式外，也可以通過SPI的機制，擴展其他加簽方式。
4、流量安全
網關作為所有應用的一個入口，承載著海量流量的訪問，以及隨時可能爆發的惡意流量攻擊的壓力。因此流量控制是網關安全中必須的一環，以保證服務的正常運行，防止服務因過高流量導致服務發生崩潰。
總結
在豐富的金融客戶實踐中，長亮科技認為，API網關作為企業能力開放的一個門戶，除了具備基本的請求轉發、協議轉換、路由、安全控制等功能，以及高性能和高穩定性外，還需具備良好的擴展性，以便于網關能力的不斷增強。在網關實施過程中，要規劃好網關層與服務層的交互方式，盡量使得網關層與服務層解耦，便于各個團隊工作的獨立性；同時在API的管理上，需要提供API全生命周期的發布、配置、鑒權、流控、監控等配套的管理功能。
無論是微服務、分布式架構，還是網格化服務架構，API網關都是不可或缺的部分，隨著各服務之間的流量變化呈現出爆發性的增長，API網關作為系統的入口，將在提升系統的性能和可靠性中承擔著越來越重要的作用。
