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2、使用 API 网关
本书七章节是关于设计、构建和部署微服务，第一章介绍了为微服务架构模式。它探讨了使用微服务的优点和缺点，以及尽管如此，微服务通常是复杂应用的理想选择。该系列的第二篇文章将探讨使用 API 网关构建微服务。
当您选择将应用程序构建成为一组微服务时，您需要决定应用程序客户端将如何与微服务进行交互。单体应用程序只有一组端点（endpoint），通常使用复制（replicated）结合负载均衡来分配流量。
然而，在微服务架构中，每个微服务都暴露一组通常比较细颗粒的端点。在本文中，我们将研究如何改进客户端通信，并提出一个使用 API 网关的方案。
2.1、简介
我们假设您正在为一个购物应用开发一个本地（native）移动客户端。您可能需要实现一个产品详细信息页面，用于展示给定商品的信息。
例如，图 2-1 展示了在 Amazon 的 Android 移动应用中的滚动产品信息时所看的内容。
即使这是一个智能手机应用，产品详细信息页面展示了很多信息。例如，不仅有基本的产品信息，如名称、描述和加价格，页面还展示了：
- 购物车中的物品数量
- 订单历史
- 客户评论
- 低库存警告
- 配送选项
- 各种推荐，包括了买了这个产品的客户经常买的其他产品
- 选择性购买选项
在使用单体应用架构的情况下，移动客户端通过对应用程序进行单个 REST 调用来检索此数据，例如：
GET api.company.com/productdetails/productId
负载均衡器将请求路由到几个相同应用程序实例中的其中一个。之后，应用程序查询各个数据库表并返回响应给客户端。相比之下，当使用微服务架构时，产品详细页面上展示的数据由多个微服务拥有。以下是一些可能拥有特定商品页面展示的数据的微服务：
- 订单服务 - 订单历史
- 目录（catalog）服务 - 基本的产品信息，如产品名称、图片和价格
- 评价服务 - 客户评价
- 库存服务 - 低库存警告
- 配送服务 - 配送选项、期限和费用，由配送方的 API 单独提供
- 推荐服务 - 推荐类目
我们需要决定移动客户端如何访问这些服务。让我们来看看这些方式。
2.2、客户端与微服务直接通信
理论上，客户端可以直接向每个微服务发送请求。每个微服务都有一个公开的端点：
https://serviceName.api.company.name
该 URL 将映射到用于跨可用实例分发请求的微服务负载均衡器，要检索特定的产品页面信息，移动客户端将向上述的每个微服务发送请求。
不幸的是，这种方式存在着挑战和限制。一个问题是客户端的需求与每个微服务暴露的细粒度的 API 不匹配。此示例中，客户端需要进行七次单独的请求。如果在更加复杂的应用中，它可能需要做更多的工作。例如，Amazon 展示了在产品页面渲染中如何牵涉到数百个微服务。虽然客户端可以通过 LAN 发送许多请求，但在公共互联网下效率低下，在移动网络肯定是不切实际的。
客户端直接调用微服务的另一个问题是有些可能使用了不是 web 友好的协议。一个服务可能使用 Thrift 二进制 RPC，而另一个则可能使用 AMQP 消息协议。这两个协议无论是对于浏览器还是防火墙都是不友好的，最好是在内部使用。应用程序应该在防火墙之外使用 HTTP 或者 WebSocket 之类的协议。
这种方法的另一个缺点是它难以重构微服务。随着时间推移，我们可能会想改变系统怎样划分为服务。例如，我们可能会合并两个服务或者将服务拆分为两个或者更多。然而，如果客户端直接与服务进行通信，实施这类的重构将变得非常困难。
由于存在这些问题，很少有客户端直接与微服务进行通信。
2.3、使用 API 网关
通常更好的方法是使用 API 网关。一个 API 网关是一个服务器，是系统的单入口点。它类似于面向对象设计模式中的门面（Facade）模式。API 网关疯封装了内部系统架构，并针对每个客户端提供一个定制的 API。它还可用于认证、监控、负载均衡、缓存和静态响应处理。
图 2-3 展示了 API 通常如何整合架构
API 网关负责请求路由、组合和协议转换。所有的客户端请求首先通过 API 网关。之后请求被路由到适当的服务。API 网关通常会通过调用多个微服务和聚合结果来处理一个请求。它可以在 Web 协议（如 HTTP 和 WebSocket）和用于内部的非 Web 友好协议之间进行转换。
API 还可以为每个客户端提供一个定制的 API。它通常会为移动客户端暴露一个粗粒度的 API。例如，考虑一下产品详细信息场景。API 网关可以i提供一个端点 /productdetails?productid=xxx，如图 2-3 所示，一个使用了 API 网关的微服务。允许移动客户端通过一个单独的请求来检索所有产品详细信息。API 网关通过调用各种服务（产品信息、推荐、评价等）并组合结果。
API 网关的一个很好的示例是 Netflix API 网关。Netflix 流媒体服务可用于数百种不同类型的设备，包括电视机、机顶盒、智能手机、游戏机和平板电脑等。最初，Netflix 尝试提供为他们的流媒体服务提供一个通用的 API。但是，他们发现由于设备种类繁多，并且他们各自有着不同需求，所以并不是能很好地运作。如今，他们使用了 API 网关，通过运行特定设备适配代码来为每个设备提供一个定制 API。
2.4、API 网关的优点和缺点
正如您所料，使用 API 网关同样存在好处和坏处。使用 API 网关的主要好处是它封装了应用程序的内部结构。客户端只需要与网关通信，而不必调用特定的服务。API 网关为每种类型的客户端提供了特定的 API，减少了客户端与应用程序之间的往返次数。它还简化了客户端的代码。
API 网关也有一些缺点，它是另一个高度可用的组件，需要开发、部署和管理。还有另一个风险是 API 网关可能会成为开发瓶颈。开发人员必须更新 API 网关以暴露每个微服务的端点。
重要的是更新 API 网关的过程尽可能地轻一些。否则，开发人员将被迫排队等待网关更新。尽管存在这些缺点，但对于大多数的真实应用来说，使用 API 是合理的。
2.5、实施 API 网关
我们已经了解了使用 API 网关的动机和权衡。接下来让我们看看您需要考虑的各种设计问题。
2.5.1、性能与可扩展性
只有少数公司能达到 Netflix 的运营规模，每天需要处理数十亿的请求。然而，对于大多数应用来说，API 网关的性能和可扩展性是相当重要的。因此，在一个支持异步、非阻塞 I/O 平台上构建 API 网关是有必要的。可以使用不同的技术来实现一个扩展的 API 网关。在 JVM 上，您可以使用基于 NIO 的框架，如Netty、Vertx、Spring Reactor 或者 JBoss Undertow。一个流行的非 JVM 选择是使用 Node.js，它是一个建立在 Chrome 的 JavaScript 引擎的平台。另一个选择是使用 NGINX Plus。
NGINX Plus 提供了一个成熟、可扩展和高性能的 Web 服务器和反向代理，它易于部署、配置和编程。NGINX Plus 可以管理身份验证、访问控制、负载均衡请求、缓存响应，并且提供了应用程序健康检查和监控功能。
2.5.2、使用响应式编程模型
API 网关通过简单地他们路由到适当的后端服务来处理一些请求。它通过调用多个后端服务并聚合结果来处理其他请求。对于某些请求，如产品详细信息请求，对后端服务请求而言是彼此独立的。为了缩短响应时间到最小，API 网关应该并发执行独立请求。
然而，有时候，请求是相互依赖的。首先，API 网关可能需要在将请求路由到后端服务之前，通过调用验证服务来验证请求。同理，为了从客户的愿望清单中获取关于产品的信息，API 网关首先必须检索包含该信息的客户资料，然后检索每个产品的信息。API 组合的另一个有趣的案例是 Netflix 视频网格。
使用传统的异步回调方式来编写 API 组合代码会很快使你陷入回调地狱。代码将会变得杂乱，难以理解，并且容易出错。一个更好的方式是使用响应式方法以声明式编写 API 网关代码。响应式抽象的例子包括 Scala 的 Future、Java 8 中的 CompletableFuture 和 JavaScript 中的 Promise。还有Reactive Extensions（也称为 Rx 或 ReactiveX），最初由 Microsoft为 .NET 平台开发。Netflix为 JVM 创建了 RxJava，专门应用于其 API 网关。还有用于 JavaScript 的 RxJS，它可以在浏览器和 Node.js 中运行。使用响应式方式可让您能够编写出简单而高效的 API 网关代码。
待续……