滿足基本要求的業(yè)務網關

Spring Cloud Gateway 是 Spring Cloud 生態(tài)系統(tǒng)中的一個 API 網關，基于 Spring Boot 和 Spring WebFlux 框架構建，提供了一個基于路由的、非阻塞式的 API 網關解決方案。

下面是 Spring Cloud Gateway 網關的優(yōu)劣勢分析：

優(yōu)勢

1. 非阻塞式異步編程模型：Spring Cloud Gateway 是基于 Spring WebFlux 框架構建的，使用了 Reactive Stream 的異步編程模型，能夠提供更高的并發(fā)能力和更低的延遲。
2. 基于路由的請求處理：Spring Cloud Gateway 的核心功能是基于路由的請求處理，能夠將不同的請求路由到不同的后端服務上，并提供豐富的路由配置選項。
3. 高度可擴展：Spring Cloud Gateway 提供了豐富的擴展點和插件機制，可以自定義路由、請求轉發(fā)、限流等功能。
4. 集成 Spring Cloud 生態(tài)系統(tǒng)：Spring Cloud Gateway 能夠無縫集成 Spring Cloud 的各種組件，如 Eureka、Ribbon、Hystrix、Zipkin 等，提供全面的服務治理和監(jiān)控能力。

劣勢

1. 學習成本高：Spring Cloud Gateway 采用了基于函數式編程的 Reactive Stream 異步編程模型，需要對相關概念、框架和 API 有一定的理解和掌握才能使用和定制。
2. 性能瓶頸：Spring Cloud Gateway 的性能瓶頸主要集中在 CPU 和內存上，處理高并發(fā)請求時需要保證機器資源充足。
3. 無法完全替代傳統(tǒng) API 網關：Spring Cloud Gateway 雖然提供了基于路由的請求處理能力，但無法完全替代傳統(tǒng)的 API 網關，如 Nginx 和 Kong 等，因為一些傳統(tǒng) API 網關的功能，如高級的負載均衡、緩存和安全性等，還未完全支持。

綜上所述，Spring Cloud Gateway 是一款強大的 API 網關解決方案，能夠提供高并發(fā)、低延遲、可擴展、易集成的優(yōu)勢，但需要承擔一定的學習成本，并面臨一些性能和功能上的限制。

業(yè)務量達到一定量級后性能不足

上面已經提到,Spring Cloud Gateway 無法替代傳統(tǒng)網關,其原因也是因為是JVM。

JVM優(yōu)劣勢

優(yōu)勢

跨平臺性

JVM 提供了一種統(tǒng)一的、跨平臺的執(zhí)行環(huán)境，使得基于 JVM 的編程語言具有跨平臺性。只要有支持 JVM 的平臺，就可以運行基于 JVM 的應用程序，不需要針對不同的平臺進行編譯和部署。

垃圾回收

JVM 提供了自動的垃圾回收機制，可以自動管理內存，避免了程序員手動管理內存所帶來的諸多問題，如內存泄漏和野指針等。

高效的即時編譯

JVM 采用即時編譯技術，可以將 Java 代碼在運行時動態(tài)編譯成本地機器碼，從而提高了程序的執(zhí)行效率。

劣勢

啟動時間較長

基于 JVM 的應用程序啟動時間相比于一些其他的編程語言，如 Go、Node.js 等，要長一些，因為需要先啟動 JVM，再加載應用程序和類庫。

內存占用較大

JVM 的內存占用較大，因為 JVM 需要加載和管理大量的類和對象，并且需要維護一些額外的信息，如堆棧和異常信息等。

并發(fā)性能問題

在高并發(fā)場景下，JVM 存在一些并發(fā)性能問題，如鎖競爭、線程上下文切換等。雖然 Java 語言提供了一些并發(fā)編程技術，如鎖、原子操作等，但使用不當容易引發(fā)性能問題。

由于需要較多的內存以及啟動時間較長等問題,被很多程序員所吐槽。換句話說同等級的應用，JVM可能需要更多的資源。但是我相信 Java 會越來越強大,會將這些劣勢慢慢優(yōu)化掉。

Spring Cloud Gateway 路由原理

之所以上面簡單說了一下JVM的優(yōu)劣勢,是因為JAVA做網關或者中間件，確實需要高的CPU和內存資源。下面我簡單減少一下Spring Cloud Gateway路由的原理，相信等我介紹完之后，大家就會發(fā)現其路由的性能瓶頸在哪了。

讓我們打開編譯器，找到RoutePredicateHandlerMapping#getHandlerInternal 這個方法的源碼。我已經將源碼摘出來了。

route1.png

route2.png

從上面查找路由的方法中,我們就可以發(fā)現其性能瓶頸在逐條遍歷上，如果當前有幾千個API，可能看不出性能差距，當有上萬條API時，該方法的性能可能會大幅度降低。拋去遍歷的時間復雜度 O(n) ,同時還要去每個路由內去做條件過濾，才能找到符合條件的路由返回，進行下一步操作。這樣即使我們有更高的內存以及性能更好的CPU也沒辦法發(fā)揮出其硬件的實力。因為從根本上，Spring Cloud Gateway的路由策略就限制了瓶頸。

Spring Cloud Gateway 路由優(yōu)化思路

我們知道了其性能瓶頸所在,下一步就是如何去優(yōu)化。 由于之前研究了很多的網關，比如Kong,Zuul,APISIX, 發(fā)現APISIX所使用的的路由算法非常的高效且穩(wěn)定。他所使用的的算法就是我上一篇提到的基數樹。如果感興趣可以去復習一下。我們也可以模仿APISIX，將Path的路由提取出來以基數樹的數據結構保存,保存其他前置路由過濾方法。大致的流程圖如下:

diagram-flow.jpg

這樣我們不僅可以更搞笑的利用內存(基數樹需要更多的內存去存儲節(jié)點) ,并且提高了查詢的時間復雜度，由O(n）變?yōu)?O(m)，其中m是鍵的長度。這樣查找的效率不會隨著API的增多更降低。從而提高路由效率。

優(yōu)化路由后性能對比

在這里我使用了Jmeter工具在本地電腦上進行了簡單的3分鐘壓測。 我本地電腦的配置是

直接壓測原應用

test1.png

壓測原生Spring Cloud Gateway

test2.png

jvm1.png

壓測優(yōu)化后的Spring Cloud Gateway

test3.png

jvm2.png

小結

由此可見，當使用基數樹做URL Path的路由查找的數據結構的時候，成倍的提高了Spring Cloud Gateway 的吞吐量。并且我們通過Jconsole 觀察其運行狀態(tài)后，后者更無論是垃圾回收和CPU的使用率都是更優(yōu)。 后續(xù)我會詳細講解優(yōu)化細節(jié)。