golang 實作api網關

隨著微服務架構的流行和服務數量的增加，為了提高服務的安全性，可靠性及可擴充性，API網關技術也因此應運而生。今天我們就來講如何使用Golang寫一個API網關。

一、為什麼選擇使用Golang

1. 並發效能：Golang天生支援協程，可以使得在高並發場景下提高效率，同時擁有更高的吞吐量。
2. 特性齊全：Golang擁有完善的網路包，如HTTP、WebSocket等，同時它還支援多種協議，如gRPC、MQTT等。
3. 程式碼品質：Golang是一種靜態語言，它的類型系統可以保障程式碼質量，同時也可以充分利用編輯器的補全、提示等功能，提高開發效率。
4. 跨平台性：Golang可以在各種不同的平台上執行，而且它的部署也非常簡單。

二、API網關設計想法

在設計API網關之前，我們需要知道一個API網關需要做哪些事情。一般來說，一個API網關需要做以下事情：

1. 路由：根據請求的URI將請求路由到對應的服務。
2. 過濾：對請求進行驗證、鑑權等操作。
3. 負載平衡：將請求分發到後端的不同服務實例上。
4. 快取：快取回應結果，提高回應速度。
5. 監控：對請求回應結果進行統計和監控。

依照上述思路，我們設計一個簡單的API網關，主要包含以下元件：

1. 路由器：負責將請求路由到對應的服務。
2. 過濾器：負責對請求進行驗證、鑑權等操作。
3. 負載平衡：負責將請求分發到後端的不同服務實例上。
4. 快取：負責快取回應結果，提高回應速度。
5. 監控：負責對請求回應結果進行統計和監控。

三、實作API網關

接下來我們將逐一實作以上元件。

1、路由器

為了實現路由器，我們首先需要定義一個路由項目：

type Route struct {
    Path      string
    Method    string
    Handler   http.Handler
}

Route中包含一個Path用於儲存路由路徑，一個Method用於存儲請求的方法類型，一個Handler用來儲存處理請求的方法。

接下來我們定義一個Router結構體，用於儲存路由清單和將請求路由到對應的處理器：

type Router struct {
    routes []*Route
}

func (r *Router) HandleFunc(path string, method string, handlerFunc http.HandlerFunc) {
    r.routes = append(r.routes, &Route{Path: path, Method: method, Handler: handlerFunc})
}

func (r *Router) ServeHTTP(w http.ResponseWriter, req *http.Request) {
    for _, route := range r.routes {
        if route.Path == req.URL.Path && route.Method == req.Method {
            route.Handler.ServeHTTP(w, req)
            return
        }
    }

    http.Error(w, "404 not found", http.StatusNotFound)
}

在程式碼中，我們提供了兩個方法來註冊請求處理方法和路由，HandleFunc應該和http.HandleFunc類似，會將路由位址、請求方法和處理請求的方法綁定到一個物件中，而ServeHTTP會在接收到請求後尋找匹配的路由，若找到則將請求轉送給對應的處理方法，若沒找到則回傳404。

接下來寫一個簡單的處理方法實作：

func main() {
    router := &Router{}

    router.HandleFunc("/hello", "GET", func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
        fmt.Fprint(w, "hello")
    })

    http.ListenAndServe(":8080", router)
}

這個處理方法會將任何位址為/hello的GET請求傳回hello。

2、過濾器

WAF（Web Application Firewall）是一種常用的過濾器，用於保護Web應用程式免受各種攻擊。我們可以根據請求方法、請求頭、請求參數等資訊篩選請求。在這兒，我們用請求頭來當作過濾器。如果請求頭中包含特定的標記，就通過，否則被視為無效請求。

使用Golang實作篩選器，我們需要寫一個中間件，每次請求都會檢查是否包含特定的標記。如果包含，就繼續向下傳遞請求，否則回傳錯誤。我們可以使用gorilla/mux來實現中間件。

type FilterMiddleware struct {
    next http.Handler
}

func (f *FilterMiddleware) ServeHTTP(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    if r.Header.Get("X-Auth-Token") != "magic" {
        http.Error(w, "Unauthorized request", http.StatusUnauthorized)
        return
    }

    f.next.ServeHTTP(w, r)
}

func (r *Router) RegisterMiddleware(middleware func(http.Handler) http.Handler) {
    handler := http.Handler(r)

    for _, m := range middlewareFunctions {
        handler = m(handler)
    }

    r.Handler = handler
}

在程式碼中，FilterMiddleware會檢查請求頭是否含有「X-Auth-Token」標記，若含有則向下傳遞要求，否則傳回未授權的錯誤。我們也定義了一個RegisterMiddleware函數，用於註冊中間件。

3、負載平衡

負載平衡是API網關內最重要的元件之一，它可以將請求分發到後端的不同服務實例上。我們可以使用輪詢、隨機等演算法來實現。

這兒我們採用簡單輪詢演算法來進行負載平衡。我們可以從一個池中選取下一個伺服器的位址並將請求轉送到該伺服器上。

type LoadBalancer struct {
    Pool []string
    Next int
}

func (l *LoadBalancer) Pick() string {
    if l.Next >= len(l.Pool) {
        l.Next = 0
    }

    host := l.Pool[l.Next]

    l.Next++

    return host
}

func (r *Router) HandleFunc(path string, method string, handlerFunc http.HandlerFunc) {
    l := &LoadBalancer{
        Pool: []string{"http://127.0.0.1:8081", "http://127.0.0.1:8082"},
        Next: 0,
    }

    handler := http.HandlerFunc(func(w http.ResponseWriter, req *http.Request) {
        url, err := url.Parse(l.Pick())
        if err != nil {
            http.Error(w, err.Error(), http.StatusInternalServerError)
            return
        }

        proxy := httputil.NewSingleHostReverseProxy(url)
        proxy.ServeHTTP(w, req)
    })

    r.routes = append(r.routes, &Route{Path: path, Method: method, Handler: handler})
}

在程式碼中，我們建立了一個簡單的負載平衡結構體，其中包含了伺服器集區和下一個要選取的伺服器的位置。 pick()方法會根據伺服器集的長度選取一個伺服器的位址。在HandleFunc中，我們使用Round Robin演算法將請求轉送到不同的伺服器上。

4、快取

快取能夠提升系統的效能，同時也可以減少對後端的請求次數。在API網關中，我們可以在請求回應的過程中嵌入緩存，並將能夠快速提供回應的快取中的請求直接返回。

type Cache struct {
    data map[string] []byte
    mutex sync.Mutex
}

func (c *Cache) Get(key string) []byte {
    c.mutex.Lock()
    defer c.mutex.Unlock()

    if value, ok := c.data[key]; ok {
        return value
    }

    return nil
}

func (c *Cache) Set(key string, value []byte) {
    c.mutex.Lock()
    defer c.mutex.Unlock()

    c.data[key] = value
}

func (r *Router) HandleFunc(path string, method string, handlerFunc http.HandlerFunc) {
    cache := &Cache{
        data: make(map[string][]byte),
    }

    handler := http.HandlerFunc(func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
        key := r.URL.String()
        if data := cache.Get(key); data != nil {
            w.Write(data)
            return
        }

        buffer := &bytes.Buffer{}
        proxy := httputil.NewSingleHostReverseProxy(r.URL)
        proxy.ServeHTTP(buffer, r)
        cache.Set(key, buffer.Bytes())
        w.Write(buffer.Bytes())
    })

    r.routes = append(r.routes, &Route{Path: path, Method: method, Handler: handler})
}

在程式碼中，我們建立了一個快取結構體並且在HandleFunc中對請求進行了快取處理。如果快取中存在相同的請求，我們可以直接從快取中傳回結果，從而減少對後端的請求次數。

5、監控

監控可以幫助我們更了解系統運作狀態，掌握目前系統的反應速度等。

使用Prometheus来实现API网关的监控。我们只需记录下来每一个请求的响应时间、状态码及信息，然后将所有的数据发送到Prometheus。

var (
    apiRequestsDuration = prometheus.NewHistogramVec(prometheus.HistogramOpts{
        Name:    "api_request_duration_seconds",
        Help:    "The API request duration distribution",
        Buckets: prometheus.DefBuckets,
    }, []string{"status"})
)

type MetricMiddleware struct {
    next http.Handler
}

func (m *MetricMiddleware) ServeHTTP(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    start := time.Now()

    ww := httptest.NewRecorder()

    m.next.ServeHTTP(ww, r)

    duration := time.Since(start)

    apiRequestsDuration.WithLabelValues(strconv.Itoa(ww.Code)).Observe(duration.Seconds())

    for key, values := range ww.Header() {
        for _, value := range values {
            w.Header().Add(key, value)
        }
    }

    w.WriteHeader(ww.Code)

    body := ww.Body.Bytes()

    w.Write(body)
}

func main() {
    router := &Router{}

    router.HandleFunc("/hello", "GET", func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
        fmt.Fprint(w, "hello")
    })

    logger := NewLoggerMiddleware(router)

    http.Handle("/metrics", prometheus.Handler())
    http.Handle("/", logger)

    service := ":8080"

    log.Printf("Server starting on %v
", service)
    log.Fatal(http.ListenAndServe(service, nil))
}

在代码中，我们定义了一个MetricMiddleware并在请求结束后统计相关时间数据，最后通过Prometheus将数据输出到Metrics监控系统中。我们还通过http.Handle将Prometheus绑定在“/metrics”路径上，方便查询。

结束语

至此，我们用Golang实现了一个简单的API网关。在实际使用中，我们还可以添加更多的功能，如熔断、限流、容错等，来提高其安全性、稳定性和可用性。

以上是golang 實作api網關的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！