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(转)Spring Cloud Gateway 、Zuul、Ed

(转)Spring Cloud Gateway 、Zuul、Ed

作者: 怕水河马 | 来源:发表于2020-05-15 14:28 被阅读0次

    (转自https://blog.csdn.net/looook/article/details/103033541

    关键字:网关,Zuul,Gateway,Spring Cloud, ServiceComb,Edge Service性能测试,微服务

    作者 | 李昂

    导读

    本文对几种流行的 API 网关以关键指标 RPS 为依据,利用 wrk 做出性能测评并且给出结论。本文所有使用的软件、命令、以及代码均在文中注明,以便读者搭建本地环境进行测试。注意性能测试的数据在不同的运行环境中差别较大,但总体上来说各项数据会成比例变化,本文的测试过程和结论可以较准确地反应出各 API 网关之间的性能差异。

    背景知识介绍

    API 网关

    近些年来,在云时代的背景下,为了适应互联网和大数据的高速发展,随着微服务架构的持续火热,对 API 网关的诉求越来越强烈,API 网关的产品也层出不穷。除了传统的 Zuul 和 SpringCloud Gateway, 还诞生了很多优秀的网关,本文选取了Edge Service 作为比较对象与传统的网关进行了 API 网关的性能测评。

    究竟是久经沙场的老牌网关更经得起考验,还是新兴的网关性能更优?本文将给出详细的测评过程和结果。

    Netflix Zuul

    [图片上传失败...(image-7a15e1-1589524033688)]

    Zuul 在这三个网关中是最早诞生的,其 github repo 早在 2013 年之前就已经存在,同年开始进入大众视野,崭露头角。虽然 Zuul 诞生较早,也占据着不小的市场份额,但由于 Zuul本身是基于阻塞io开发的,在如今的网关市场上,相较其他的产品,性能上稍显马力不足。

    Spring Cloud Gateway

    [图片上传失败...(image-497210-1589524033688)]

    Gateway 建立在 Spring Framework 5,Project Reactor 和 Spring Boot 2 上,不同于 Zuul 的阻塞 IO,Gateway使用的是非阻塞 IO,相较 Zuul 具备更好的内核性能;同时与Spring紧密集成,对于开发者而言,成为了一个整合方便,使用方便,性能高的产品,有着良好的生态市场作为依托。

    其实,Spring Cloud 最开始是整合 Zuul 作为网关解决方案,但是随着时间的推移,BIO 的局限性不断暴露,捉襟见肘,Spring 开始考虑另寻他路。自此,Spring Cloud Gateway 网关亮相面世。而这一产品也确实经受住了时间的考验,成为了业界最佳的网关选择之一。

    ServiceComb EdgeService

    [图片上传失败...(image-cf0521-1589524033688)]

    EdgeService 来自于 Apache 开源项目 apache/servicecomb-java-chassis,其主项目 Apache ServiceComb 是由华为公司于2017年捐献给 Apache孵化,并于次年 10 月 24 日宣布毕业,也是业界首个在Apache 孵化毕业的顶级开源微服务项目。

    在如今的云原生时代背景下, EdgService 能很好的适应发展变革与鹿场角逐,由于自带微服务场景的基因,所以 EdgeService 天生适用于在微服务场景,并且和 ServiceComb-Java-Chassis 完美集成,更好的融入微服务项目,具体信息可以参考 EdgeService文档

    性能测试

    环境准备:

    • 硬件环境:三台机器,分别运行服务端程序,网关程序和压测程序

    • CPU: 4vCPU Intel(R) Xeon(R) CPU E5-2680 v4 @ 2.40GHz

    • 内存:8GB

    • 软件环境:

    • wrk

    工程文件:

    本文涉及到的所有代码可从 https://github.com/AngLi2/api-gateway-benchmark 获取:

    [图片上传失败...(image-fb677f-1589524033688)]

    其中:

    • origin:为本次性能测试的被调用服务文件,测试中在 192.168.0.5:8080 端口启动

    • zuul: 为 zuul 网关程序,将请求分发到 origin,测试中在 192.168.0.152:8081 端口启动

    • odependency依赖的 spring-cloud-starter-zuul 版本为 1.4.7.RELEASE,对应的 Zuul 版本为 1.3.1

    • gateway: 为 gateway 网关程序,将请求分发到 origin,测试中在 192.168.0.152:8082 端口启动

    • odependency依赖的 spring-cloud-starter-gateway 版本为 2.1.2.RELEASE

    • edgeservice: 为 edgeservice 网关程序,将请求分发到 origin,测试中在 192.168.0.152:8083 端口启动

    • odependency依赖的 org.apache.servicecomb:edge-core 版本为 1.2.0.B006

    关键配置:

    不同的网关使用的是不同的配置方法,但最终的效果一致,并不影响网关的使用和性能(并不会对网关的使用和性能造成影响)。

    Netflix Zuul:

    通过 application.properties 进行配置:

    1. zuul.routes.demo.path=/*
    2. zuul.routes.demo.url=http://192.168.0.5:8080

    Spring Cloud Gateway:

    通过 Bean 注入的方式进行配置:

    1. @Bean
    2. public RouteLocator customRouteLocator(RouteLocatorBuilder builder){
    3. return builder.routes()
    4. .route(r -> r.path("/checked-out")
    5. .uri("http://192.168.0.5:8080/checked-out")
    6. ).build();
    7. }

    ServiceComb EdgeService由于 EdgeService 主要是针对微服务,需要先注册 REST 服务的 endpoint、接口契约等信息,所以这里的配置稍显复杂,如果直接使用 ServiceComb 的微服务解决方案(服务中心,配置中心)等,会方便很多,感兴趣的同学可以参考《21天微服务实践》中的网关部分实践一下。

    1.根据 REST 接口编写 Java 接口类

    1. @Path("/checked-out")
    2. @Api(produces = MediaType.TEXT_PLAIN)
    3. publicinterfaceService{
    4. @GET
    5. String getCheckedOut();
    6. }

    2.根据 endpoint 调用方法并且注册:

    1. String endpoints="rest://192.168.0.5:8080";
    2. RegistryUtils.getServiceRegistry().registerMicroserviceMappingByEndpoints(
    3. "thirdPartyService",
    4. "0.0.1",
    5. Collections.singletonList(endpoints),
    6. Service.class
    7. );

    3.网关配置文件(这里的 loadbalance 只是为了 edgeservice 调用,实际只有一个被调用实例),此处 maxPoolSize 设置成了20,原因如下:

    在没有进行 maxPoolSize 的设置的时候,使用 netstat -apn | grep 192.168.0.5 | grep ESTA | wc -l 查询连接数,发现只建立了 20 条连接。参考 ServiceComb 文档,可以看出链接数为 verticle-count * maxPoolSize,而 maxPoolSize 的默认值只有5,而 verticle-count 的默认值为:

    • 如果CPU数小于8,则取CPU数
    • 如果CPU数大于等于8,则为8

    因为测试环境的 CPU 读数为4,所以总链接数只有 4 * 5 = 20,而 Spring Cloud Gateway 的总链接数测试的时候一直在 90 多,所以这里为了保证测评公平有效,将 maxPoolSize 设置成 20。

    事实上,即使在 EdgeService 的链接数为 20 的情况下,测试时也比 Spring Cloud Gateway 链接数 90 的表现要好一点,读者们可以自己尝试一下。

    1. servicecomb:
    2. rest:
    3. address: 127.0.0.1:8083
    4. client:
    5. connection:
    6. maxPoolSize: 20
    7. http:
    8. dispatcher:
    9. edge:
    10. default:
    11. withVersion: false
    12. enabled: true
    13. prefix: rest
    14. prefixSegmentCount: 2

    测试过程:

    早期方案使用 Apache Benchmark 进行压力测试,得出的结论和预期的大相径庭,基于 rxNetty 的 Spring Cloud Gateway 比 Zuul 表现还差一大截,而且在进行长连接测试的时候 Spring Cloud Gateway 直接卡死。

    这个问题在 github 的 spring-cloud-gateway 的 Issues 区早有提及: Throughput problems when compared with Netflix Zuul and Nginx

    Issue 被提出是因为有人提出用 Apache Benchmark 对 Spring Cloud Gateway, Netflix Zuul 和 Nginx 进行压测,发现结果如下:

    <colgroup><col style="width: 70px;"><col style="width: 70px;"><col style="width: 70px;"></colgroup>
    |

    Experiment

    |

    Mean Time Per Request (ms)

    |

    Request Per Second

    |
    |

    Nginx reverse proxy

    |

    32.085

    |

    6233.40

    |
    |

    Zuul (after warmup)

    |

    28.422

    |

    7036.90

    |
    |

    Spring Cloud Gateway

    |

    229.058

    |

    873.14

    |

    通过 Issue 的回复区的: Add support for HTTP 1.0 关联问题,我们可以找到很多关于 rxNetty 不支持 HTTP1.0 的 Issues,这里列出来几个,有兴趣的读者可以点进去看看:

    至此,得出 Apache Benchmark 并不能很好地测试出网关的性能,转而使用 wrk 进行测试(Spring Cloud Gateway 官方使用的性能测试工具也是这个,后文会有提及)。wrk 默认工作于长连接模式,有效地减少了断连建连的损耗,可以比较真实地反映出网关的性能。

    对原始服务进行测试:

    1.运行命令: wrk -t12 -c100 -d300s http://192.168.0.5:8080/checked-out

    2.得到结果如下:

    1. Running 5m test @ http://192.168.0.5:8080/checked-out
    2. 12 threads and100 connections
    3. Thread Stats Avg Stdev Max +/- Stdev
    4. Latency 2.94ms 1.18ms 56.41ms 81.59%
    5. Req/Sec 2.76k 228.243.76k 72.32%
    6. 9906220 requests in5.00m, 1.25GB read
    7. Requests/sec: 33014.70
    8. Transfer/sec: 4.26MB

    3.根据测试结果,可以得到延时服务的 RPS 和平均延时为:

    • RPS:33014.70 请求/秒
    • Average Latency: 2.94ms

    Netflix Zuul

    1.运行命令: wrk -t12 -c100 -d300s http://192.168.0.5:8081/checked-out

    2.得到结果如下:

    1. Running 5m test @ http://192.168.0.152:8081/checked-out
    2. 12 threads and100 connections
    3. Thread Stats Avg Stdev Max +/- Stdev
    4. Latency 12.39ms 21.27ms 1.15s 91.90%
    5. Req/Sec 1.10k 264.622.09k 72.43%
    6. 3953807 requests in5.00m, 735.99MB read
    7. Requests/sec: 13175.21
    8. Transfer/sec: 2.45MB

    3.根据测试结果,可以得到 Netflix Zuul 的 RPS 和平均延时为:

    • RPS:13175.21 请求/秒
    • Average Latency: 12.39ms

    4.在性能测试的过程中使用 top 看一下 CPU 使用情况,基本满负载运行:

    [图片上传失败...(image-fe9888-1589524033687)]

    Spring Cloud Gateway

    1.运行命令: wrk -t12 -c100 -d300s http://192.168.0.152:8082/checked-out

    2.得到结果如下:

    1. Running 5m test @ http://192.168.0.152:8082/checked-out
    2. 12 threads and100 connections
    3. Thread Stats Avg Stdev Max +/- Stdev
    4. Latency 4.95ms 9.96ms 539.29ms 98.96%
    5. Req/Sec 1.82k 222.742.39k 91.81%
    6. 6507221 requests in5.00m, 850.19MB read
    7. Requests/sec: 21685.14
    8. Transfer/sec: 2.83MB

    3.根据测试结果,可以得到 Spring Cloud Gateway 的 RPS 和平均延时为:

    • RPS:21685.14 请求/秒
    • Average Latency: 4.95ms

    4.在性能测试的过程中使用 top 看一下 CPU 使用情况,基本满负载运行:

    [图片上传失败...(image-8024cb-1589524033687)]

    ServiceComb EdgeService

    1.运行命令: wrk -t12 -c100 -d300s http://192.168.0.152:8083/rest/thirdPartyService/checked-out

    2.得到结果如下:

    1. Running 5m test @ http://192.168.0.152:8083/rest/thirdPartyService/checked-out
    2. 12 threads and100 connections
    3. Thread Stats Avg Stdev Max +/- Stdev
    4. Latency 3.80ms 4.67ms 300.59ms 97.98%
    5. Req/Sec 2.27k 309.823.10k 86.53%
    6. 8144028 requests in5.00m, 1.03GB read
    7. Requests/sec: 27139.19
    8. Transfer/sec: 3.52MB

    3.提取 RPS 数据,可以得到 EdgeService 的测试 RPS 为:27139.19 请求/秒

    4.在性能测试的过程中使用 top 看一下 CPU 使用情况,基本满负载运行:

    [图片上传失败...(image-748076-1589524033687)]

    测试结果:

    对测试的数据进行表格分析对比,分别给出平均时延、RPS 和性能损失((原服务的 RPS - 网关的 RPS) / 原服务的 RPS)表格如下图所示:

    <colgroup><col style="width: 70px;"><col style="width: 70px;"><col style="width: 70px;"><col style="width: 70px;"></colgroup>
    |

    服务

    |

    平均时延(ms)

    |

    RPS

    |

    性能损失

    |
    |

    Origin

    |

    2.94

    |

    33014.70

    |

    0

    |
    |

    Netflix Zuul

    |

    12.39

    |

    13175.21

    |

    60.09%

    |
    |

    Spring Cloud Gateway

    |

    4.95

    |

    21685.14

    |

    34.32%

    |
    |

    ServiceComb EdgeService

    |

    4.01

    |

    27139.19

    |

    17.80%

    |

    可以看出,在硬件环境完全相同,并且 CPU消耗基本一致的情况下,以 RPS 为性能指标(以性能损失为性能指标的话,差异更大,这里参考业界做法,以 RPS 为指标),Spring Cloud Gateway 的性能比 Netflix Zuul 好将近一倍,而 Edge Service是 Spring Cloud Gateway 的 1.25 倍多,这还是在 EdgeService 的链接数劣于 Spring Cloud Gateway 20% 左右的情况下的数据,如果将 EdgeService 的链接数设置和 Spring Cloud Gateway 一致,性能会相差更大,有兴趣的读者可以自己尝试一下。

    结论:

    Spring Cloud Gateway 的性能比 Zuul 好基本上已经是业界公认的了,实际上,Spring Cloud Gateway 官方也发布过一个性能测试,这里节选如下数据:

    <colgroup><col style="width: 70px;"><col style="width: 70px;"><col style="width: 70px;"></colgroup>
    |

    Proxy

    |

    Avg Latency

    |

    Avg Req

    |
    |

    gateway

    |

    6.61ms

    |

    3.24k

    |
    |

    linkered

    |

    7.62ms

    |

    2.82k

    |
    |

    zuul

    |

    12.56ms

    |

    2.09k

    |
    |

    none

    |

    2.09ms

    |

    11.77k

    |

    *该表格数据来自于 spring-cloud-gateway-bench

    因为我们的测试机器部署在同一个局域网,所以性能损失均要低于 spring-cloud-gateway-bench 官方的测试数据,但是从测试结果看来基本一致。网关的性能和其实现方式也有很大的关系:

    • Netflix Zuul: 测试版本为 1.x,基于阻塞 io
    • Spring Cloud Gateway: 前面已经提到过,基于 RxNetty,异步非阻塞
    • ServiceComb EdgeService:为 ServiceComb 的子项目,基于 vert.x,也是异步非阻塞

    同样基于异步非阻塞,EdgeService 的性能明显优于 Spring Cloud Gateway,可以看出网关的性能不仅和底层实现有关,和内部实现方式和优化也有很大的关系。参考 ServiceComb 的官方文档,可以发现 EdgeService 还支持接入 rest 自动变成 highway 转调,性能更高。这里因为协议层面不一样,就不放出来做对比了,对性能有极致要求的可以采用这种模式。

    在 2018 年终于发布了 Zuul 2.x 之后,Netflix 给出了一个比较模糊的数据,大致 Zuul2 的性能比 Zuul1 好 20% 左右。然而从测试数据看来即使性能提升一半也完全比不上 Spring Cloud Gateway 的,更不用说 EdgeService 了。看来 Zuul 2.x 并没有把异步非阻塞的性能发挥出来。

    竞争是发展的催化剂。在这个网关服务层出不穷的年代,各公司都铆足力气打造自己的网关产品,尽量让自己的产品成为用户的第一选择。而广大开发者也在享受这样的红利,使用高性能的网关来开发自己的应用。作为广大开发者的一员,我们欣然接受这样良性竞争的出现,并且也乐于尝试市面上出现的任何新产品,谁也说不准某一个产品以后就会成为优选的代名词。虽然从现在网关的性能差距看来,后发优势明显,但在可预见的将来,各网关迟早会到达性能瓶颈,在性能差距不大并且产品稳定之后,就会有各种差异化特性出现。而等到网关产品进入百舸争流的时代之后,用户就可以不再根据性能,而是根据自己的需求选择适合的网关服务了。

    参考资料

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