在上一篇《淺談微服務架構下的API網(wǎng)關》文章中， 我們介紹了API網(wǎng)關的概念、優(yōu)勢、應用場景和選型要素， 本文我們將從API網(wǎng)關的架構設計與功能要素兩個方面介紹如何設計一個企業(yè)級API網(wǎng)關。
1. 使用API網(wǎng)關統(tǒng)一應用入口
API網(wǎng)關的核心設計理念是使用一個輕量級的消息網(wǎng)關作為所有客戶端的應用入口，并且在 API 網(wǎng)關層面上實現(xiàn)通用的非功能性需求。如下圖所示：所有的服務通過 API 網(wǎng)關來暴露，這是所有客戶端訪問的唯一入口；如果一個服務要訪問另一個服務，也要通過這個網(wǎng)關。
一旦 API 網(wǎng)關允許客戶端消費一個受管理的 API，那么我們就可以以受管理的 API 形式使用它來暴露這個微服務所實現(xiàn)的業(yè)務邏輯。API 網(wǎng)關可以通過HTTP、HTTPS、RPC等方式來連接內部受管理的 API，以實現(xiàn) API 網(wǎng)關的高并發(fā)。
2. API網(wǎng)關架構
API網(wǎng)關為企業(yè)的應用提供統(tǒng)一的應用入口， API網(wǎng)關隱藏了企業(yè)內部應用系統(tǒng)的應用細節(jié)， 從一定程度上保證了企業(yè)內部應用的安全性。 API網(wǎng)關為各種應用場景提供支撐服務。
3. API網(wǎng)關的功能
企業(yè)級API網(wǎng)關應該提供下列的功能：
服務路由：外部服務訪問接口映射到對應的內部服務訪問接口。
認證授權：提供對用戶身份的認證以及用戶權限驗證，包括用戶身份的合法性、針對用戶角色的訪問授權驗證、針對用戶的訪問授權驗證、IP 黑名單驗證等。
超時處理：當 API 網(wǎng)關調用的內部服務響應時間超過了在自主開發(fā)的 API 網(wǎng)關后臺管理子系統(tǒng)中所設置的允許最長的超時時間時，API 網(wǎng)關會立即停止調用，并返回相關消息給你。
限流控制：當你通過 API 網(wǎng)關調用內部服務的頻率達到在某個閾值時，API 網(wǎng)關會立即做斷開鏈路處理。過了時間后，鏈路會自動閉合回去。
熔斷處理：熔斷處理對避免無謂的資源消耗特別有用，當通過 API 網(wǎng)關調用的內部服務出現(xiàn)異常的頻率達到某個閾值時，那么 API 網(wǎng)關會做臨時熔斷處理即臨時斷開鏈路，暫時停止你對那個內部服務的調用。臨時熔斷后，過了一段時間后，鏈路會自動閉合回去。
日志信息記錄：會記錄客戶 IP、客戶請求參數(shù)、返回結果、異常信息等信息。
負載均衡： 提供API接口的負載均衡，能夠處理API接口的高并發(fā)訪問，防止服務雪崩。
安全防護：提供嚴格的認證服務，支持算法簽名，用戶使用 API 網(wǎng)關提供的密鑰進行認證，沒有被授予密鑰的客戶端無法調用業(yè)務 API接口，經(jīng)過認證授權的請求才能到達后端應用服務。同時SSL 加密。
灰度發(fā)布：支持API接口線上灰度部署，減少應用版本切換風險。
4. 如何設計一個好的企業(yè)級API網(wǎng)關
設計一個企業(yè)級API網(wǎng)關時， 應該從功能需求、性能需求、高可用性、擴展性等方面進行綜合考量， 覆蓋企業(yè)的API應用場景，從而滿足企業(yè)的業(yè)務需求。下面我們將從功能、性能、高可用性和擴展性四方面進行介紹。
4.1 功能需求
企業(yè)級API網(wǎng)關除了上述的服務路由、認證授權、超時處理、限流控制、熔斷處理、日志記錄、負載均衡、灰度發(fā)布等基礎服務外，還需要提供以下的功能。
1）API 生命周期管理功能
覆蓋 API 的定義、測試、發(fā)布和下線的整個生命周期管理，便捷的日常管理、版本管理，支持熱升級和快速回滾。并能夠提供API接口測試，預發(fā)布，發(fā)布等多種環(huán)境。
2）開發(fā)支持功能
提供頁面調試工具，能夠自動生成 API 文檔和 SDK，這樣可以大大降低人力成本。開源的API文檔生成方案有Swagger等。
3）流量控制功能
可控制單位時間內 API 允許被調用次數(shù)。用來保護企業(yè)的后端服務，實現(xiàn)業(yè)務分級和用戶分級。 支持對 API 流控，您可以根據(jù) API 的重要程度來配置不同流控，從而保障重要業(yè)務的穩(wěn)定運行； 支持用戶、應用和例外流控，您可以根據(jù)用戶的重要性來配置不同流控，從而可以保證大用戶的權益； 流控粒度：分鐘、小時、天。
4）請求管理功能
可根據(jù)配置進行參數(shù)類型、參數(shù)值（范圍、枚舉、正則、Json Schema）的校驗，減少后端對非法請求、無效請求的資源消耗和處理成本。可以在 API 網(wǎng)關定義參數(shù)映射規(guī)則，網(wǎng)關通過映射規(guī)則將后端服務通過映射翻譯成任何形式，以滿足不同用戶的不同需求，從而避免功能重復開發(fā)。
5）監(jiān)控告警功能
提供實時、可視化的 API 監(jiān)控，包括：調用量、調用方式、響應時間、錯誤率，讓您能夠清楚的了解 API 的運行狀況和用戶的行為習慣。
支持自定義報警規(guī)則，來針對異常情況進行報警，降低故障處理時間。
提供可訂閱的數(shù)據(jù)分析報表和智能分析。
4.2 高性能設計
傳統(tǒng)的基于線程的并發(fā)模型（Thread-based concurrency），為每一個請求分配一個線程或進程。這種模型編程簡單，可以將處理一個完整請求的代碼編寫在一個代碼路徑中。這種模型的弊端是，隨著線程(進程)數(shù)的上升，操作系統(tǒng)在這些線程(進程)之間的頻繁切換，將急劇降低系統(tǒng)的性能。
4.3 高可用設計
1） 無狀態(tài)設計原則
網(wǎng)關層為保證高可用、易于擴展、快速啟動，需要設計成無狀態(tài)的。用戶的狀態(tài)數(shù)據(jù)我們通常使用session對象來封裝，網(wǎng)關層要設計成無狀態(tài)的，也就是說，不能由網(wǎng)關來負責session的維護。那由誰來維護session相關的信息呢？我們是采用cookie+session服務器的方式;
a) 用戶在登錄頁完成登錄操作后，服務器會生成一個登錄session信息，保存起來，設置個失效時間，并設置到用戶的cookie里。
b) 用戶后續(xù)的每次請求里會帶著這個cookie信息，服務端會對這個cookie信息進行校驗，通過了就認為是合法用戶，執(zhí)行請求操作。
2）優(yōu)雅下線原則
當需要撤掉一臺網(wǎng)關服務的時候，不是直接結束網(wǎng)關進程，而是先關閉監(jiān)聽套接字，但是繼續(xù)為當前連接的客戶提供服務，所有客戶端的服務完成后，在把進程關閉。
3）Slow Start特性
當網(wǎng)關監(jiān)聽到有一臺新的服務注冊上來時，考慮到有些服務啟動后，剛開始會有許多初始化的工作，此時服務對請求的響應速度是比較慢的。如果一開始就給這臺服務分配太多的壓力，有可能導致服務瞬間被壓垮。為了避免這種情況，網(wǎng)關層需要考慮支持Slow Start特性。即，經(jīng)過一段時間，逐漸把壓力增加到預設的值。
4）業(yè)務攔截擴展
我們知道，網(wǎng)關對請求的處理，可以分為三個階段：接受請求、路由并轉發(fā)請求、接受服務的返回數(shù)據(jù)并返回給請求者，除此之外，還有一種情況是處理錯誤。所以我們也可以在這四個地方添加擴展點。
（1）接受到請求后；
（2）定位到一個服務，并準備轉發(fā)之前；
（3）接受到服務的返回數(shù)據(jù)，返回給客戶端之前；
（4）當服務調用失敗后。
攔截器的處理順序，可以分為兩大類：
1. 網(wǎng)關平臺自帶的攔截器，例如安全校驗、日志記錄等；
2. 網(wǎng)關層邏輯開發(fā)的功能，例如格式轉換等。
一般來說，網(wǎng)關先執(zhí)行網(wǎng)關平臺自帶的攔截器，再執(zhí)行為了業(yè)務邏輯編寫的攔截器。當然，API網(wǎng)關也需要提供一種機制，可以比較容易地調整攔截器的執(zhí)行順序。最簡單的一種方法，就是給每個攔截器定義一個優(yōu)先級，網(wǎng)關按優(yōu)先級順序依次調用各攔截器。
對網(wǎng)關層來說，它接收和處理的數(shù)據(jù)都是業(yè)務請求（Request）對象，網(wǎng)關層在接收到請求后，把請求封裝為Request對象，為了讓后續(xù)的過濾器（Filter）能夠獲得這個對象，可以考慮把Request對象保存在線程變量中。
有些攔截器，例如一些調試日志的攔截器，通常情況下都是關閉的，只有在出現(xiàn)問題的時候才需要打開。為了保證網(wǎng)關的高可用，網(wǎng)關層必須具備在線啟用或關閉攔截器的能力。一般，API網(wǎng)關需要提供RESTful接口方式來關閉和啟用一個攔截器。
類似這樣的命令：PUT /gateway/v1/filters/filterName?enable=value
5）API管理與動態(tài)發(fā)布設計
對服務管理來說，分為前端服務管理與后端服務管理。前端服務指的是網(wǎng)關層暴露給客戶端使用的服務API，后端服務指的是服務層提供的業(yè)務服務API。一個服務暴露給客戶端使用，除了網(wǎng)關層和服務層提供服務的代碼外，還需要配置前端服務與后端服務的映射關系。
網(wǎng)關層API調用服務層API，有多種方式。例如，可以由按照服務層API的服務契約，生成一段客戶端代碼，發(fā)布給網(wǎng)關層使用。這種方式的弊端是，網(wǎng)關層代碼依賴于服務層代碼，服務層頻繁修改和調整接口時，導致網(wǎng)關層的代碼很難維護。
可以通過配置前后端服務映射的方式，解耦網(wǎng)關層對服務層的依賴。當服務層的API（例如服務名、參數(shù)名等）發(fā)生變化時，只需調整映射關系，無需對網(wǎng)關層的代碼進行調整。網(wǎng)關層按照映射，自動裝配服務層API所需要的數(shù)據(jù)格式。這樣，網(wǎng)關層團隊與服務層團隊可以相互不受干擾地開發(fā)各自的服務。
4.4 可擴展性設計
從靈活性和擴展性方面來說，在設計API網(wǎng)關時應該考慮如何對API網(wǎng)關的功能進行擴展， 網(wǎng)關應該提供擴展插件機制， 企業(yè)可以根據(jù)業(yè)務應用需求對網(wǎng)關功能進行擴展。API網(wǎng)關管理平臺可以對API網(wǎng)關業(yè)務擴展插件進行發(fā)布與下架操作。例如Kong網(wǎng)關可以通過plugin接口發(fā)布擴展插件，同時也可以通過接口下架某個插件。
總之，API網(wǎng)關作為企業(yè)業(yè)務能力開放的一個應用門戶，除了具備基本的請求轉發(fā)、認證授權、路由等功能，以及高性能和高可用性外，還需具備良好的擴展性，以便于API網(wǎng)關能力的不斷增強。
