【分布式架构理论3】分布式调用（2）：API 网关分析

API 网关在微服务架构中不仅可以汇总微服务调用，还包括路由、负载均衡、限流、缓存、日志等功能。本文将从业务、系统等层面分析 API 网关的作用。

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一、API 网关的作用

1. 业务层面：简化调用复杂性

在微服务架构中，一个客户端调用可能会混合多个微服务。比如，在一个下单场景中，客户端需要调用商品查询、库存减少和订单更新等多个服务。API 网关可以集成这些服务，客户端只需向 API 网关发起请求，就能完成一个业务操作，从而减少客户端和微服务之间的网络调用处理复杂度。

2. 系统层面：屏蔽客户端调用差异

在任何一个应用系统中，为了安全性和接口统一性，都需要将功能对外暴露成 API。API 网关作为系统之间的中介，一方面调度不同服务之间的合作，另一方面为外部系统提供一致的 API 规范，如 OpenAPI 接口。

在实际开发中，不同类型的客户端如 iOS、Android、PC和小程序，可能对同一功能的请求格式不同。API 网关通过层级化展示，为不同类型的客户端提供相应的 API，尽量减少不同平台间的调用差异。

 

3. 其他方面：

由于 API 网关处在客户端与微服务系统的交界，因此它还包括路由、负载均衡、限流、缓存、日志、发布等功能。

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二、API 网关的技术原理

1. 协议转换

在多种协议存在的环境中，API 网关可以通过泛化调用，将不同协议转换为通用协议（如 JSON ），再将其转换为本地系统识别的协议。

 

2. 链式处理

设计模式中有一种责任链模式，该模式将“处理请求”和“处理步骤”分开。每个处理步骤都只关心自己需要完成的操作，各个处理步骤存在先后顺序。消息从第一个处理步骤流入，从最后一个处理步骤流出，每个处理步骤对流过的消息进行相应处理，整个过程形成一个链条。

API 网关在处理请求时，采用负载过滤器链式处理模式，包括如下几个步骤：

比如：在 Zuul 的设计中，消息从流入网关到流出网关需要经历一系列过滤器，这些过滤器之间有先后顺序，并且每个过滤器需要进行的工作各不一样。

• pre 过滤器：水平缓冲，限流、鉴权、缓存。
• routing 过滤器：实现路由与协议转换。
• post 过滤器：返回响应时处理日志和统计。
• error 过滤器：处理异常信息。

 

3. 异步请求机制

在高并发场景下，API 网关如何高效处理请求是关键问题。以 Zuul 为例，其请求处理方式经历了从 Zuul1（同步阻塞） 到 Zuul2（异步非阻塞） 的演进，以提高吞吐量和响应速度。

1. Zuul1：同步阻塞处理

在 Zuul1 版本中，每个请求都会由一个独立的线程处理，该线程负责：

1. 接收客户端请求
2. 调用后端微服务获取响应
3. 将结果返回给客户端

但由于网络请求属于 I/O 操作，线程在等待后端服务返回数据时会 被阻塞，导致资源浪费。当并发量较高时，API
网关的线程池可能被耗尽，系统吞吐量下降，影响整体性能。

 

2. Zuul2：异步非阻塞处理

为了解决线程阻塞问题，Zuul2 引入了 异步请求处理机制，其核心思想是 事件驱动+回调机制，主要流程如下：

1. 请求进入网关，被包装成一个 事件；
2. CPU 内核中的监听器 持续轮询 请求事件队列；
3. 一旦检测到有新的请求事件，就立即触发 异步调用后端微服务，无需等待；
4. 后端微服务处理完请求后，将结果存入 指定的缓冲区；
5. API 网关发送通知事件，告知客户端数据已就绪，客户端可直接获取结果。

这样，API 网关的 请求线程无需同步等待后端服务返回数据，从而释放系统资源，提高并发处理能力。

 

三、 API 网关与负载均衡的关系

API 网关不仅提供 服务聚合，简化客户端调用多个微服务的复杂性，还能进行 路由、负载均衡 等功能。在本质上，它与负载均衡器的作用存在相似之处，均可用于请求分发。但 API 网关更关注业务层面的流量管理和协议转换，而 负载均衡器更侧重于网络层面的流量均衡。在实际应用中，两者可以互补使用，以优化系统性能。