SpringCloud升级之路2020.0.x版-41. SpringCloudGateway 基本流程讲解(3)

2021-11-26

本系列代码地址:https://github.com/JoJoTec/spring-cloud-parent

我们继续分析上一节提到的 WebHandler。加入 Spring Cloud Sleuth 以及 Prometheus 相关依赖之后, Spring Cloud Gateway 的处理流程如下所示:

image

Spring Cloud Gateway 入口 -> WebFlux 的 DefaultWebFilterChain

Spring Cloud Gateway 是基于 Spring WebFlux 开发的异步响应式网关,异步响应式代码比较难以理解和阅读,我这里给大家分享一种方法去理解,通过这个流程来理解 Spring Cloud Gateway 的工作流程以及底层原理。其实可以理解为,上图这个流程,就是拼出来一个完整的 Mono(或者 Flux)流,最后 subscribe 执行。

当收到一个请求的时候,会经过 org.springframework.web.server.handler.DefaultWebFilterChain,这是 WebFilter 的调用链,这个链路包括三个 WebFilter:

  • org.springframework.boot.actuate.metrics.web.reactive.server.MetricsWebFilter:添加 Prometheus 相关依赖之后,会有这个 MetricsWebFilter,用于记录请求处理耗时,采集相关指标。
  • org.springframework.cloud.sleuth.instrument.web.TraceWebFilter:添加 Spring Cloud Sleuth 相关依赖之后,会有这个 TraceWebFilter。
  • org.springframework.cloud.gateway.handler.predicate.WeightCalculatorWebFilter:Spring Cloud Gateway 路由权重相关配置功能相关实现类,这个我们这里不关心。

在这个 DefaultWebFilterChain 会形成这样一个 Mono,我们依次将他们标记出来,首先是入口代码 org.springframework.web.server.handler.DefaultWebFilterChain#filter

public Mono<Void> filter(ServerWebExchange exchange) {
	return Mono.defer(() ->
	        // this.currentFilter != null 代表 WebFilter 链还没有结束
	        // this.chain != null 代表 WebFilter 链不为空
			this.currentFilter != null && this.chain != null ?
					//在 WebFilter 链没有结束的情况下,调用 WebFilter
					invokeFilter(this.currentFilter, this.chain, exchange) :
					//在 WebFilter 结束的情况下,调用 handler 
					this.handler.handle(exchange));
}

对于我们这里的 WebFilter 链的第一个 MetricsWebFilter,假设启用了对应的采集统计的话,这时候生成的 Mono 就是:

return Mono.defer(() ->
	chain.filter(exchange).transformDeferred((call) -> {
		long start = System.nanoTime();
		return call
				//成功时,记录响应时间
				.doOnSuccess((done) -> MetricsWebFilter.this.onSuccess(exchange, start))
				//失败时,记录响应时间和异常
				.doOnError((cause) -> MetricsWebFilter.this.onError(exchange, start, cause));
	});
);

这里为了方便,我们对代码做了简化,由于我们要将整个链路的所有 Mono 和 Flux 拼接在一起行程完整链路,所以原本是 MetricsWebFilter中的 onSuccess(exchange, start)方法,被改成了 MetricsWebFilter.this.onSuccess(exchange, start) 这种伪代码。

接着,根据DefaultWebFilterChain 的源码分析,chain.filter(exchange) 会继续 WebFilter 链路,到达下一个 WebFilter,即 TraceWebFilter。经过 TraceWebFilter,Mono 就会变成:

return Mono.defer(() ->
	new MonoWebFilterTrace(source, chain.filter(exchange), TraceWebFilter.this.isTracePresent(), TraceWebFilter.this, TraceWebFilter.this.spanFromContextRetriever()).transformDeferred((call) -> {
		//MetricsWebFilter 相关的处理,在前面的代码中给出了,这里省略
	});
);

可以看出,在 TraceWebFilter 中,整个内部 Mono (chain.filter(exchange) 后续的结果)都被封装成了一个 MonoWebFilterTrace,这也是保持链路追踪信息的关键实现。

继续 WebFilter 链路,经过最后一个 WebFilter WeightCalculatorWebFilter; 这个 WebFilter 我们不关心,里面对路由权重做了一些计算操作,我们这里直接忽略即可。这样我们就走完了所有 WebFilter 链路,来到了最后的调用 DefaultWebFilterChain.this.handler,这个 handler 就是 org.springframework.web.reactive.DispatcherHandler。在 DispatcherHandler 中,我们会计算出路由并发送请求到符合条件的 GatewayFilter。经过 DispatcherHandler,Mono 会变成:

return Mono.defer(() ->
	new MonoWebFilterTrace(source, 
		Flux.fromIterable(DispatcherHandler.this.handlerMappings) //读取所有的 handlerMappings
			.concatMap(mapping -> mapping.getHandler(exchange)) //按顺序调用所有的 handlerMappings 的 getHandler 方法,如果有对应的 Handler 会返回,否则返回 Mono.empty();
			.next() //找到第一个返回不是 Mono.empty() 的 Handler
			.switchIfEmpty(DispatcherHandler.this.createNotFoundError()) //如果没有返回不为 Mono.empty() 的 handlerMapping,则直接返回 404
			.flatMap(handler -> DispatcherHandler.this.invokeHandler(exchange, handler)) //调用对应的 Handler
			.flatMap(result -> DispatcherHandler.this.handleResult(exchange, result)), //处理结果
	TraceWebFilter.this.isTracePresent(), TraceWebFilter.this, TraceWebFilter.this.spanFromContextRetriever()).transformDeferred((call) -> {
		//MetricsWebFilter 相关的处理,在前面的代码中给出了,这里省略
	});
);

handlerMappings 包括:

  • org.springframework.boot.actuate.endpoint.web.reactive.WebFluxEndPointHandlerMapping:由于我们项目中添加了 Actuator 相关依赖,所以这里有这个 HandlerMapping。Actuator 相关路径映射,不是我们这里关心的。但是可以看出,Actuator 相关路径优先于 Spring Cloud Gateway 配置路由
  • org.springframework.boot.actuate.endpoint.web.reactive.ControllerEndpointHandlerMapping:由于我们项目中添加了 Actuator 相关依赖,所以这里有这个 HandlerMapping。使用 @ControllerEndpoint 或者 @RestControllerEndpoint 注解标注的 Actuator 相关路径映射,不是我们这里关心的。
  • org.springframework.web.reactive.function.server.support.RouterFunctionMapping:在 Spring-WebFlux 中,你可以定义很多不同的 RouterFunction 来控制路径路由,但这也不是我们这里关心的。但是可以看出,自定义的 RouterFunction 会优先于 Spring Cloud Gateway 配置路由
  • org.springframework.web.reactive.result.method.annotation.RequestMappingHandlerMapping:针对 @RequestMapping 注解的路径的 HandlerMapping,不是我们这里关心的。但是可以看出,如果你在 Spring Cloud Gateway 中指定 RequestMapping 路径,会优先于 Spring Cloud Gateway 配置路由
  • org.springframework.cloud.gateway.handler.RoutePredicateHandlerMapping:这个是 Spring Cloud Gateway 的 HandlerMapping,会读取 Spring Cloud Gateway 配置并生成路由。这个是我们这里要详细分析的。

其实这些 handlerMappings,我们这里肯定走的是 RoutePredicateHandlerMapping 的相关逻辑,所以我们的 Mono 又可以简化成:

 return Mono.defer(() ->
	new MonoWebFilterTrace(source, 
		RoutePredicateHandlerMapping.this.getHandler(exchange)
			.switchIfEmpty(DispatcherHandler.this.createNotFoundError()) //如果没有返回不为 Mono.empty() 的 handlerMapping,则直接返回 404
			.flatMap(handler -> DispatcherHandler.this.invokeHandler(exchange, handler)) //调用对应的 Handler
			.flatMap(result -> DispatcherHandler.this.handleResult(exchange, result)), //处理结果
	TraceWebFilter.this.isTracePresent(), TraceWebFilter.this, TraceWebFilter.this.spanFromContextRetriever()).transformDeferred((call) -> {
		//MetricsWebFilter 相关的处理,在前面的代码中给出了,这里省略
	});
);

我们来看 RoutePredicateHandlerMapping,首先这些 handlerMapping 都是继承了抽象类 org.springframework.web.reactive.handler.AbstractHandlerMapping, 前面我们拼接的 Mono 里面的 getHandler 的实现其实就在这个抽象类中:

 public Mono<Object> getHandler(ServerWebExchange exchange) {
	//调用抽象方法 getHandlerInternal 获取真正的 Handler
	return getHandlerInternal(exchange).map(handler -> {
		//这里针对 handler 做一些日志记录
		if (logger.isDebugEnabled()) {
			logger.debug(exchange.getLogPrefix() + "Mapped to " + handler);
		}
		// 跨域处理
		ServerHttpRequest request = exchange.getRequest();
		if (hasCorsConfigurationSource(handler) || CorsUtils.isPreFlightRequest(request)) {
			CorsConfiguration config = (this.corsConfigurationSource != null ?
					this.corsConfigurationSource.getCorsConfiguration(exchange) : null);
			CorsConfiguration handlerConfig = getCorsConfiguration(handler, exchange);
			config = (config != null ? config.combine(handlerConfig) : handlerConfig);
			if (config != null) {
				config.validateAllowCredentials();
			}
			if (!this.corsProcessor.process(config, exchange) || CorsUtils.isPreFlightRequest(request)) {
				return NO_OP_HANDLER;
			}
		}
		return handler;
	});
}

可以看出,其实核心就是每个实现类的 getHandlerInternal(exchange) 方法,所以在我们拼接的 Mono 中,我们会忽略抽象类中的针对 handler 之后的 map 处理。

return Mono.defer(() ->
	new MonoWebFilterTrace(source, 
		RoutePredicateHandlerMapping.this.getHandlerInternal(exchange)
			.switchIfEmpty(DispatcherHandler.this.createNotFoundError()) //如果没有返回不为 Mono.empty() 的 handlerMapping,则直接返回 404
			.flatMap(handler -> DispatcherHandler.this.invokeHandler(exchange, handler)) //调用对应的 Handler
			.flatMap(result -> DispatcherHandler.this.handleResult(exchange, result)), //处理结果
	TraceWebFilter.this.isTracePresent(), TraceWebFilter.this, TraceWebFilter.this.spanFromContextRetriever()).transformDeferred((call) -> {
		//MetricsWebFilter 相关的处理,在前面的代码中给出了,这里省略
	});
);

接下来经过 RoutePredicateHandlerMappinggetHandlerInternal(exchange) 方法,我们的 Mono 变成了:

return Mono.defer(() ->
	new MonoWebFilterTrace(source, 
		RoutePredicateHandlerMapping.this.lookupRoute(exchange) //根据请求寻找路由
				.flatMap((Function<Route, Mono<?>>) r -> {
					exchange.getAttributes().put(GATEWAY_ROUTE_ATTR, r); //将路由放入 Attributes 中,后面我们还会用到
					return Mono.just(RoutePredicateHandlerMapping.this.webHandler); //返回 RoutePredicateHandlerMapping 的 FilteringWebHandler
				}).switchIfEmpty( //如果为 Mono.empty(),也就是没找到路由
					Mono.empty() //返回 Mono.empty()
					.then(Mono.fromRunnable(() -> { //返回 Mono.empty() 之后,记录日志
						if (logger.isTraceEnabled()) {
							logger.trace("No RouteDefinition found for [" + getExchangeDesc(exchange) + "]");
					}
				})))
			.switchIfEmpty(DispatcherHandler.this.createNotFoundError()) //如果没有返回不为 Mono.empty() 的 handlerMapping,则直接返回 404
			.flatMap(handler -> DispatcherHandler.this.invokeHandler(exchange, handler)) //调用对应的 Handler
			.flatMap(result -> DispatcherHandler.this.handleResult(exchange, result)), //处理结果
	TraceWebFilter.this.isTracePresent(), TraceWebFilter.this, TraceWebFilter.this.spanFromContextRetriever()).transformDeferred((call) -> {
		//MetricsWebFilter 相关的处理,在前面的代码中给出了,这里省略
	});
);

RoutePredicateHandlerMapping.this.lookupRoute(exchange) 根据请求寻找路由,这个我们就不详细展开了,其实就是根据你的 Spring Cloud Gateway 配置,找到合适的路由。接下来我们来看调用对应的 Handler,即 FilteringWebHandler。DispatcherHandler.this.invokeHandler(exchange, handler) 我们这里也不详细展开,我们知道其实就是调用 Handler 的 handle 方法,即 FilteringWebHandler 的 handle 方法,所以 我们的 Mono 变成了:

return Mono.defer(() ->
	new MonoWebFilterTrace(source, 
		RoutePredicateHandlerMapping.this.lookupRoute(exchange) //根据请求寻找路由
				.flatMap((Function<Route, Mono<?>>) r -> {
					exchange.getAttributes().put(GATEWAY_ROUTE_ATTR, r); //将路由放入 Attributes 中,后面我们还会用到
					return Mono.just(RoutePredicateHandlerMapping.this.webHandler); //返回 RoutePredicateHandlerMapping 的 FilteringWebHandler
				}).switchIfEmpty( //如果为 Mono.empty(),也就是没找到路由
					Mono.empty() 
					.then(Mono.fromRunnable(() -> { //返回 Mono.empty() 之后,记录日志
						if (logger.isTraceEnabled()) {
							logger.trace("No RouteDefinition found for [" + getExchangeDesc(exchange) + "]");
					}
				})))
			.switchIfEmpty(DispatcherHandler.this.createNotFoundError()) //如果没有返回不为 Mono.empty() 的 handlerMapping,则直接返回 404
			.then(FilteringWebHandler.this.handle(exchange).then(Mono.empty())) //调用对应的 Handler
			.flatMap(result -> DispatcherHandler.this.handleResult(exchange, result)), //处理结果
	TraceWebFilter.this.isTracePresent(), TraceWebFilter.this, TraceWebFilter.this.spanFromContextRetriever()).transformDeferred((call) -> {
		//MetricsWebFilter 相关的处理,在前面的代码中给出了,这里省略
	});
);

由于调用对应的 Handler,最后返回的是 Mono.empty(),所以后面的 flatMap 其实不会执行了。所以我们可以将最后的处理结果这一步去掉。所以我们的 Mono 就变成了:

return Mono.defer(() ->
	new MonoWebFilterTrace(source, 
		RoutePredicateHandlerMapping.this.lookupRoute(exchange) //根据请求寻找路由
				.flatMap((Function<Route, Mono<?>>) r -> {
					exchange.getAttributes().put(GATEWAY_ROUTE_ATTR, r); //将路由放入 Attributes 中,后面我们还会用到
					return Mono.just(RoutePredicateHandlerMapping.this.webHandler); //返回 RoutePredicateHandlerMapping 的 FilteringWebHandler
				}).switchIfEmpty( //如果为 Mono.empty(),也就是没找到路由
					Mono.empty() 
					.then(Mono.fromRunnable(() -> { //返回 Mono.empty() 之后,记录日志
						if (logger.isTraceEnabled()) {
							logger.trace("No RouteDefinition found for [" + getExchangeDesc(exchange) + "]");
					}
				})))
			.switchIfEmpty(DispatcherHandler.this.createNotFoundError()) //如果没有返回不为 Mono.empty() 的 handlerMapping,则直接返回 404
			.then(FilteringWebHandler.this.handle(exchange).then(Mono.empty()))), //调用对应的 Handler
	TraceWebFilter.this.isTracePresent(), TraceWebFilter.this, TraceWebFilter.this.spanFromContextRetriever()).transformDeferred((call) -> {
		//MetricsWebFilter 相关的处理,在前面的代码中给出了,这里省略
	});
);

FilteringWebHandler.this.handle(exchange) 其实就是从 Attributes 中取出路由,从路由中取出对应的 GatewayFilters,与全局 GatewayFilters 放到同一个 List 中,并按照这些 GatewayFilter 的顺序排序(可以通过实现 org.springframework.core.Ordered 接口来制定顺序),然后生成 DefaultGatewayFilterChain 即 GatewayFilter 链路。对应的源码是:

public Mono<Void> handle(ServerWebExchange exchange) {
	//从 Attributes 中取出路由,从路由中取出对应的 GatewayFilters
	Route route = exchange.getRequiredAttribute(GATEWAY_ROUTE_ATTR);
	List<GatewayFilter> gatewayFilters = route.getFilters();
	//与全局 GatewayFilters 放到同一个 List 中
	List<GatewayFilter> combined = new ArrayList<>(this.globalFilters);
	combined.addAll(gatewayFilters);
	//按照这些 GatewayFilter 的顺序排序(可以通过实现 `org.springframework.core.Ordered` 接口来制定顺序)
	AnnotationAwareOrderComparator.sort(combined);
	
	if (logger.isDebugEnabled()) {
		logger.debug("Sorted gatewayFilterFactories: " + combined);
	}
	//生成调用链
	return new DefaultGatewayFilterChain(combined).filter(exchange);
}

这个 GatewayFilter 调用链和 WebFilter 调用链类似,参考 DefaultGatewayFilterChain 的源码:

public Mono<Void> filter(ServerWebExchange exchange) {
	return Mono.defer(() -> {
		//如果链路没有结束,则继续链路
		if (this.index < filters.size()) {
			GatewayFilter filter = filters.get(this.index);
			//这里将 index + 1,也就是调用链路中的下一个 GatewayFilter
			DefaultGatewayFilterChain chain = new DefaultGatewayFilterChain(this, this.index + 1);
			//每个 filter 中如果想要继续链路,则会调用 chain.filter(exchange),这也是我们开发 GatewayFilter 的时候的使用方式
			return filter.filter(exchange, chain);
		}
		else {
			//到达末尾,链路结束
			return Mono.empty(); // complete
		}
	});
}

所以,经过 DefaultGatewayFilterChain 后,我们的 Mono 就会变成:

return Mono.defer(() ->
	new MonoWebFilterTrace(source, 
		RoutePredicateHandlerMapping.this.lookupRoute(exchange) //根据请求寻找路由
				.flatMap((Function<Route, Mono<?>>) r -> {
					exchange.getAttributes().put(GATEWAY_ROUTE_ATTR, r); //将路由放入 Attributes 中,后面我们还会用到
					return Mono.just(RoutePredicateHandlerMapping.this.webHandler); //返回 RoutePredicateHandlerMapping 的 FilteringWebHandler
				}).switchIfEmpty( //如果为 Mono.empty(),也就是没找到路由
					Mono.empty() 
					.then(Mono.fromRunnable(() -> { //返回 Mono.empty() 之后,记录日志
						if (logger.isTraceEnabled()) {
							logger.trace("No RouteDefinition found for [" + getExchangeDesc(exchange) + "]");
					}
				})))
			.switchIfEmpty(DispatcherHandler.this.createNotFoundError()) //如果没有返回不为 Mono.empty() 的 handlerMapping,则直接返回 404
			.then(new DefaultGatewayFilterChain(combined).filter(exchange).then(Mono.empty()))), //调用对应的 Handler
	TraceWebFilter.this.isTracePresent(), TraceWebFilter.this, TraceWebFilter.this.spanFromContextRetriever()).transformDeferred((call) -> {
		//MetricsWebFilter 相关的处理,在前面的代码中给出了,这里省略
	});
);

再继续展开 DefaultGatewayFilterChain 的链路调用,可以得到:

return Mono.defer(() ->
	new MonoWebFilterTrace(source, 
		RoutePredicateHandlerMapping.this.lookupRoute(exchange) //根据请求寻找路由
				.flatMap((Function<Route, Mono<?>>) r -> {
					exchange.getAttributes().put(GATEWAY_ROUTE_ATTR, r); //将路由放入 Attributes 中,后面我们还会用到
					return Mono.just(RoutePredicateHandlerMapping.this.webHandler); //返回 RoutePredicateHandlerMapping 的 FilteringWebHandler
				}).switchIfEmpty( //如果为 Mono.empty(),也就是没找到路由
					Mono.empty() 
					.then(Mono.fromRunnable(() -> { //返回 Mono.empty() 之后,记录日志
						if (logger.isTraceEnabled()) {
							logger.trace("No RouteDefinition found for [" + getExchangeDesc(exchange) + "]");
					}
				})))
			.switchIfEmpty(DispatcherHandler.this.createNotFoundError()) //如果没有返回不为 Mono.empty() 的 handlerMapping,则直接返回 404
			.then(
				Mono.defer(() -> {
					//如果链路没有结束,则继续链路
					if (DefaultGatewayFilterChain.this.index < DefaultGatewayFilterChain.this.filters.size()) {
						GatewayFilter filter = DefaultGatewayFilterChain.this.filters.get(DefaultGatewayFilterChain.this.index);
						//这里将 index + 1,也就是调用链路中的下一个 GatewayFilter
						DefaultGatewayFilterChain chain = new DefaultGatewayFilterChain(DefaultGatewayFilterChain.this, DefaultGatewayFilterChain.this.index + 1);
						//每个 filter 中如果想要继续链路,则会调用 chain.filter(exchange),这也是我们开发 GatewayFilter 的时候的使用方式
						return filter.filter(exchange, chain);
					}
					else {
						return Mono.empty(); //链路完成
					}
				})
				.then(Mono.empty()))
			), //调用对应的 Handler
	TraceWebFilter.this.isTracePresent(), TraceWebFilter.this, TraceWebFilter.this.spanFromContextRetriever()).transformDeferred((call) -> {
		//MetricsWebFilter 相关的处理,在前面的代码中给出了,这里省略
	});
);

这样,就形成了 Spring Cloud Gateway 针对路由请求的完整 Mono 调用链。

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