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Spring Cloud Gateway自定义Predicate实现复杂请求路由规则

Spring Cloud Gateway 自定义 Predicate 实现复杂请求路由规则

大家好，今天我们来深入探讨 Spring Cloud Gateway 中自定义 Predicate 的使用，以及如何利用它实现复杂的请求路由规则。Spring Cloud Gateway 作为 Spring Cloud 生态系统中重要的网关组件，其核心功能之一就是根据各种条件将请求路由到不同的后端服务。Predicate 正是定义这些路由条件的基石。

1. Predicate 简介：路由规则的定义者

Predicate 在 Spring Cloud Gateway 中扮演着路由决策的关键角色。它是一个断言接口，用于判断一个给定的 ServerWebExchange (代表一个 HTTP 请求-响应交互) 是否满足特定的条件。如果 Predicate 的 test 方法返回 true，则该请求会被路由到与该 Predicate 关联的 Route 上。

Spring Cloud Gateway 提供了许多内置的 PredicateFactories，例如：

  • PathRoutePredicateFactory: 基于请求路径进行匹配。
  • MethodRoutePredicateFactory: 基于 HTTP 方法进行匹配 (GET, POST, PUT, DELETE 等)。
  • QueryRoutePredicateFactory: 基于查询参数进行匹配。
  • HeaderRoutePredicateFactory: 基于请求头进行匹配。
  • RemoteAddrRoutePredicateFactory: 基于客户端 IP 地址进行匹配。

这些内置的 PredicateFactories 已经覆盖了大部分常见的路由场景。但是，在实际应用中，我们经常会遇到更复杂、更精细的路由需求，例如：

  • 根据请求体中的特定字段进行路由。
  • 根据用户角色进行路由。
  • 根据请求来源的地理位置进行路由。
  • 根据当前系统负载进行动态路由。

对于这些复杂场景，我们就需要自定义 Predicate 来实现。

2. 自定义 Predicate 的步骤：从接口到实现

自定义 Predicate 主要涉及以下几个步骤：

  1. 定义配置类 (Configuration Properties): 如果你的 Predicate 需要配置参数，例如一个正则表达式，一个用户角色列表，那么你需要创建一个配置类来存储这些参数。

  2. 创建 Predicate Factory 类: Predicate Factory 是一个负责创建 Predicate 实例的工厂类。它需要继承 AbstractRoutePredicateFactory<C> 类，其中 C 是你的配置类的类型。

  3. 实现 apply 方法: 在 Predicate Factory 类中，你需要重写 apply 方法。这个方法接收一个配置对象作为参数，并返回一个 Predicate<ServerWebExchange> 实例。

  4. 实现 Predicate<ServerWebExchange> 接口: 在 apply 方法返回的 Predicate<ServerWebExchange> 实例中，你需要实现 test 方法。这个方法接收一个 ServerWebExchange 对象作为参数，并根据你的路由逻辑返回 true 或 false。

  5. 注册 Predicate Factory: 将你的 Predicate Factory 注册为一个 Spring Bean。

3. 示例：基于请求头中用户角色的路由

假设我们需要根据请求头 X-User-Role 的值将请求路由到不同的后端服务。例如，如果 X-User-Role 的值为 admin，则将请求路由到 admin-service；如果 X-User-Role 的值为 user，则将请求路由到 user-service。

3.1 定义配置类 RoleRoutePredicateConfig:

import org.springframework.boot.context.properties.ConfigurationProperties;
import org.springframework.stereotype.Component;

import java.util.List;

@ConfigurationProperties("role-route")
@Component
public class RoleRoutePredicateConfig {

    private List<String> roles;

    public List<String> getRoles() {
        return roles;
    }

    public void setRoles(List<String> roles) {
        this.roles = roles;
    }
}

这个配置类允许我们在 application.yml 或 application.properties 中配置允许的角色列表。例如：

role-route:
  roles:
    - admin
    - user

3.2 创建 Predicate Factory 类 RoleRoutePredicateFactory:

import org.springframework.cloud.gateway.handler.predicate.AbstractRoutePredicateFactory;
import org.springframework.stereotype.Component;
import org.springframework.web.server.ServerWebExchange;

import java.util.List;
import java.util.function.Predicate;

@Component
public class RoleRoutePredicateFactory extends AbstractRoutePredicateFactory<RoleRoutePredicateConfig> {

    public RoleRoutePredicateFactory() {
        super(RoleRoutePredicateConfig.class);
    }

    @Override
    public Predicate<ServerWebExchange> apply(RoleRoutePredicateConfig config) {
        return exchange -> {
            String userRole = exchange.getRequest().getHeaders().getFirst("X-User-Role");
            if (userRole == null) {
                return false;
            }
            return config.getRoles().contains(userRole);
        };
    }

    @Override
    public List<String> shortcutFieldOrder() {
        return List.of("roles");  // 告诉 Gateway 如何从配置中读取角色列表
    }
}
  • shortcutFieldOrder() 方法告诉 Spring Cloud Gateway 如何从配置中读取角色列表。这允许我们在路由配置中使用更简洁的语法。如果没有这个方法，Spring Cloud Gateway 会假设配置类只有一个属性，并将其作为参数传递给 apply 方法。

3.3 在 Gateway 配置中使用自定义 Predicate:

现在我们可以在 application.yml 中使用自定义的 RoleRoutePredicateFactory：

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
        - id: admin-route
          uri: http://admin-service:8080
          predicates:
            - RoleRoute=admin
        - id: user-route
          uri: http://user-service:8081
          predicates:
            - RoleRoute=user

在这个配置中，我们定义了两个路由：

  • admin-route: 如果请求头 X-User-Role 的值为 admin，则将请求路由到 admin-service:8080。
  • user-route: 如果请求头 X-User-Role 的值为 user，则将请求路由到 user-service:8081。

3.4 更复杂的角色匹配（例如，支持多个角色）:

如果我们需要支持更复杂的角色匹配，例如，允许一个用户拥有多个角色，并将这些角色放在一个以逗号分隔的字符串中，我们可以修改 RoleRoutePredicateFactory 的 apply 方法：

@Component
public class RoleRoutePredicateFactory extends AbstractRoutePredicateFactory<RoleRoutePredicateConfig> {

    public RoleRoutePredicateFactory() {
        super(RoleRoutePredicateConfig.class);
    }

    @Override
    public Predicate<ServerWebExchange> apply(RoleRoutePredicateConfig config) {
        return exchange -> {
            String userRoleHeader = exchange.getRequest().getHeaders().getFirst("X-User-Role");
            if (userRoleHeader == null) {
                return false;
            }
            String[] userRoles = userRoleHeader.split(",");
            for (String role : userRoles) {
                if (config.getRoles().contains(role.trim())) {
                    return true; // 只要包含配置中的任何一个角色，就返回 true
                }
            }
            return false;
        };
    }

    @Override
    public List<String> shortcutFieldOrder() {
        return List.of("roles");  // 告诉 Gateway 如何从配置中读取角色列表
    }
}

现在，如果请求头 X-User-Role 的值为 admin, user，则该请求会被路由到 admin-route 或 user-route，具体取决于哪个路由的 Predicate 匹配成功。由于路由的执行顺序是不确定的，所以如果两个路由的 Predicate 都匹配成功，则只有其中一个路由会被执行。为了避免这种情况，我们可以使用 Ordered 接口来控制路由的执行顺序。

4. 使用 SpEL 表达式进行更灵活的路由

Spring Cloud Gateway 允许我们在 Predicate 中使用 SpEL (Spring Expression Language) 表达式，这使得我们可以进行更灵活的路由决策。例如，我们可以根据请求体中的 JSON 字段进行路由。

4.1 示例：基于请求体中 JSON 字段的路由

假设我们需要根据请求体中的 productType 字段将请求路由到不同的后端服务。如果 productType 的值为 electronic，则将请求路由到 electronic-service；如果 productType 的值为 book，则将请求路由到 book-service。

首先，我们需要添加 spring-boot-starter-json 依赖，以便能够解析 JSON 请求体：

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-json</artifactId>
</dependency>

然后，我们可以使用 ReadBodyRoutePredicateFactory 来读取请求体，并使用 SpEL 表达式来提取 productType 字段的值：

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
        - id: electronic-route
          uri: http://electronic-service:8082
          predicates:
            - ReadBody=String, #productType.equals('electronic')
              new java.lang.String(T(java.util.Arrays).copyOf(body,body.length)).contains('electronic')
        - id: book-route
          uri: http://book-service:8083
          predicates:
            - ReadBody=String,
              new java.lang.String(T(java.util.Arrays).copyOf(body,body.length)).contains('book')

在这个配置中，我们使用了 ReadBodyRoutePredicateFactory 来读取请求体，并将其转换为 String。然后，我们使用 SpEL 表达式 #productType.equals('electronic') 来判断 productType 字段的值是否为 electronic。

注意: ReadBodyRoutePredicateFactory 会消耗掉请求体，这意味着如果你的后端服务也需要读取请求体，你需要使用 CacheBodyFilter 来缓存请求体，或者使用 ModifyRequestBodyGatewayFilterFactory 来修改请求体。 否则后面的服务会接收到空的body

4.2 安全性考虑:

在使用 SpEL 表达式时，我们需要注意安全性问题。由于 SpEL 表达式可以执行任意代码，因此我们需要对用户输入的 SpEL 表达式进行严格的验证，以防止恶意代码的执行。建议使用白名单机制，只允许使用预定义的 SpEL 表达式。

5. 总结：自定义 Predicate 的强大之处

通过自定义 Predicate，我们可以实现各种复杂的请求路由规则，满足不同的业务需求。自定义 Predicate 的关键在于理解 Spring Cloud Gateway 的 Predicate 机制，并灵活运用 Spring 提供的各种工具，例如配置类、SpEL 表达式等。

自定义 Predicate 极大地扩展了 Spring Cloud Gateway 的功能，使其能够适应各种复杂的路由场景。熟练掌握自定义 Predicate 的使用，能够帮助我们构建更加灵活、可扩展的微服务架构。通过 Predicate，我们实现了请求的精准路由，提高了系统的灵活性和可维护性。

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