.NET Core + Ocelot：API 网关

关于 API 网关的作用，核心是 API 请求的收口及控制，如：鉴权、限流、熔断、数据缓存 等都是开发中常见的需求，将此类需求交给网关层处理，可以使每个微服务更聚焦于业务功能开发，同时也可为下游服务的安全及稳定性保驾护航。

在之前的文章 .NET Core + Spring Cloud：API 网关 有介绍过如何基于 Spring Cloud 中的 Zuul 实现 API 网关，功能实现上抛开不提，另外一个较大的特点是 .NET Core 可以完美的拥抱 Java 体系中的部分能力。本文将主要介绍 .NET Core 体系中的 API 网关框架：Ocelot，它包含了 路由、鉴权、限流、熔断、服务发现、请求聚合等非常丰富的功能，这些功能大多基于少量的配置实现，使用起来也并不复杂。

接下来通过简单例子先跑起来，然后再继续延伸更多特性的介绍，下面是 Ocelot 官方给出的一个最基础的架构图：

外网访问 Ocelot API 网关服务（单实例），通过配置的规则（configuration.json），路由到下游的两个微服务实例（Http Service），这也就是最基本的转发能力。

路由转发

以下创建的 .NET Core API 服务均基于 .NET Core 3.1

1. 创建微服务（ServiceA），并启动2个实例，两个实例使用的配置文件设置不同的 Id，方便后面接口调用识别不同实例。

   [Route("[controller]/[action]")]
   [ApiController]
   public class TestController : ControllerBase
   {
     public readonly IConfiguration _configuration;
   
     public TestController(IConfiguration configuration)
     {
       _configuration = configuration;
     }
   
     [HttpGet]
     public string Get()
     {
       return $"service-a {_configuration["Id"]}";
     }
   }
   

2. 创建网关服务

   • 安装 Ocelot NuGet 包；
   • 创建配置文件 configuration.json，内容如下：

     {
       "Routes": [   // 路由规则定义，数组
         {
           "DownstreamPathTemplate": "/{url}",   // 下游路径匹配模板
           "DownstreamScheme": "http", 
           "DownstreamHostAndPorts": [           // 下游服务的 host 和 port 设置，支持多实例
             {
               "Host": "192.168.124.11",
               "Port": 8000
             },
             {
               "Host": "192.168.124.11",
               "Port": 8001
             }
           ],
           "UpstreamPathTemplate": "/servicea/{url}",  //  客户端访问地址路径匹配模板
           "UpstreamHttpMethod": [ "Get" ],            // 支持的 HttpMethod ，如：Get、Post、Put、Delete 等
           "LoadBalancerOptions": {                    // 多实例下负载均衡方式，支持：LeastConnection（最闲）、RoundRobin（轮询）、NoLoadBalance
             "Type": "RoundRobin"
           }
         }
       ]
     }
     

   • 在 Program.cs 中添加 Ocelot 配置文件引用

     public static IHostBuilder CreateHostBuilder(string[] args) =>
       Host.CreateDefaultBuilder(args)
         .ConfigureWebHostDefaults(webBuilder =>
         {
           webBuilder.UseStartup<Startup>();
           webBuilder.UseUrls("http://*:9600");
           webBuilder.ConfigureAppConfiguration(c =>
           {
             c.AddJsonFile("configuration.json");
           });
         });
     

   • 在 Startup.cs 中注册服务与管道配置

     public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
     {
       services.AddControllers();
       services.AddOcelot();
     }
     
     public void Configure(IApplicationBuilder app, IWebHostEnvironment env)
     {
       // ....
       
       app.UseOcelot().Wait();
     
       app.UseRouting();
       app.UseEndpoints(endpoints =>
       {
         endpoints.MapControllers();
       });
     }
     

3. 网关层接口调用测试
   通过以上服务搭建，就完成了路由转发的功能，即当访问 /servicea/{任意路由地址} 都将自动转发到下游任意一个服务实例中相匹配的路由地址，网关服务访问地址为：http://192.168.124.11:9600（192.168.124.11 是本机的 IPV4 地址），测试效果如下（下游服务实例被轮询访问）：

服务发现（Consul）

Ocelot 支持与具备 服务发现 功能的一些框架相结合，如：Consul、Eureka，下游服务地址可直接从服务注册中心进行获取。接下来将结合 Consul 进行测试，有关 Consul 与 .NET Core 结合请参考文章：.NET Core + Consul 服务注册与发现，这部分内容这里就不重复介绍了，最终注册中心 service-a 有两个实例，如下：

1. 安装 Ocelot.Provider.Consul NuGet 包；

2. Startup.cs 中进行服务注册：

   services.AddOcelot().AddConsul();
   

3. configuration.json 配置修改为如下：

   {
     "GlobalConfiguration": {
       "ServiceDiscoveryProvider": {  // 提供服务发现的 Provider
         "Scheme": "http",
         "Host": "192.168.124.9",     // Consul 服务 host
         "Port": 8500,                // Consul 服务端口
         "Type": "Consul"             // 类型
       }
     },
     "Routes": [
       {
         "DownstreamPathTemplate": "/{url}",
         "DownstreamScheme": "http",
         "ServiceName": "service-a",  // 注册的服务名
         "UpstreamPathTemplate": "/servicea/{url}",
         "UpstreamHttpMethod": [ "Get" ],
         "LoadBalancerOptions": {
           "Type": "RoundRobin"
         }
       }
     ]
   }
   

最终测试结果与上一部分一致，所以 Ocelot 完全可以与服务注册发现相结合应用到项目中。

限流

为了可以防止因请求过载而引起服务不稳定，可为路由规则添加相应的限流配置，如下：

"RateLimitOptions": {
  "ClientWhitelist": [ "clientId1" ],
  "EnableRateLimiting": true, 
  "Period": "5s", 
  "PeriodTimespan": 5,
  "Limit": 5  // 测试设置比较小
}

ClientWhitelist：限流白名单。如上，当请求头中包含 ClientId=clientId1 的请求则不受限流规则控制（ClientId key 名可修改）
EnableRateLimiting：开启限流
Period：限流控制时间段，也就是多长时间内。支持 s（秒）、m（分）、h（小时）、d（天）
PeriodTimespan：超过限制次数后，需要等待的时长（秒）
Limit：在 Period 时长内最大访问次数

当超出限流数量时，默认返回如下：

如果需要修改返回值及状态码等可以通过修改 GlobalConfiguration 配置中的 RateLimitOptions 参数。

熔断

熔断是结合 Polly 实现的，在使用之前需要先安装 Ocelot.Provider.Polly NuGet 包，然后添加服务注册，如下：

services.AddOcelot() .AddConsul().AddPolly();

路由规则中增加如下配置：

"QoSOptions": { 
  "ExceptionsAllowedBeforeBreaking": 3,
  "DurationOfBreak": 5000,
  "TimeoutValue": 3000
}

ExceptionsAllowedBeforeBreaking：允许连续发生异常次数
DurationOfBreak：熔断时长（ms）
TimeoutValue：请求超时时间（ms）

当超出允许异常次数时，接口 5s 内都会返回 503：

网关高可用

API 网关是所有请求的唯一入口，压力自然是比较大的，自身的高可用也很关键，所以网关服务在部署上必须多实例，网关上层还需要添加一层 LB，官方架构图如下：

Ocelot 整体主要围绕配置进行功能扩充，本文只介绍了部分 Ocelot 的功能，另外还有 鉴权、缓存、请求合并、与 Kubernetes 结合等都是非常普遍的功能。