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Spring Cloud Gateway GatewayFilter执行顺序错乱的问题排查

Spring Cloud Gateway GatewayFilter 执行顺序错乱问题深度解析

大家好，今天我们来聊聊 Spring Cloud Gateway 中 GatewayFilter 执行顺序错乱的问题。这个问题在实际开发中比较常见，如果不理解其背后的原理，很容易踩坑。我们将从 GatewayFilter 的分类、执行机制、常见的顺序错乱原因以及如何解决这些问题等方面进行深入探讨，并配合代码示例，力求让大家对 GatewayFilter 的执行顺序有更清晰的认识。

GatewayFilter 的分类与作用

首先，我们需要了解 GatewayFilter 的分类。在 Spring Cloud Gateway 中，GatewayFilter 主要分为两种：

  1. GlobalFilter (全局过滤器)：作用于所有路由，在 Gateway 启动时加载。
  2. GatewayFilter (路由过滤器)：只作用于指定的路由，需要在路由配置中指定。

GlobalFilter 和 GatewayFilter 各自又有 pre 和 post 两种类型。 pre 类型的 Filter 在请求被路由到后端服务之前执行，post 类型的 Filter 在收到后端服务的响应之后执行。

Filter 类型 作用范围 执行时间点 优先级调控方式
GlobalFilter 所有路由 请求前/响应后 实现 Ordered 接口
GatewayFilter 指定路由 请求前/响应后 在配置中指定

理解了这两类 Filter 的作用范围和执行时间点，是解决执行顺序问题的基础。

GatewayFilter 的执行机制

Spring Cloud Gateway 使用 DefaultGatewayFilterChain 来管理和执行 Filter 链。 DefaultGatewayFilterChain 的 filter 方法负责按照顺序执行所有 Filter。其核心逻辑如下：

public Mono<Void> filter(ServerWebExchange exchange, GatewayFilterChain chain) {
    if (this.index < filters.size()) {
        GatewayFilter filter = filters.get(this.index++);
        return filter.filter(exchange, this);
    }
    return chain.filter(exchange);
}

这段代码展示了 FilterChain 的工作方式：

  1. 递归调用： 每次调用 filter 方法，都会从 filters 列表中取出下一个 GatewayFilter，并调用它的 filter 方法。
  2. 责任链模式： 每个 GatewayFilter 处理完请求后，会将 exchange 和 FilterChain 传递给下一个 GatewayFilter。
  3. 终止条件： 当 index 超过 filters.size() 时，表示所有 Filter 都已执行完毕，此时调用 chain.filter(exchange) 将请求转发到后端服务。

执行顺序的确定：

GatewayFilter 的执行顺序由以下几个因素决定：

  1. GlobalFilter 的优先级： 通过实现 Ordered 接口来指定 GlobalFilter 的优先级。getOrder() 方法返回值越小，优先级越高。
  2. 路由配置中的顺序： GatewayFilter 在路由配置中出现的顺序决定了它们的执行顺序。
  3. defaultFilters 配置： 通过 spring.cloud.gateway.default-filters 配置的 Filter 会应用到所有路由，其执行顺序同样取决于配置顺序。
  4. Filter 的类型： pre 类型的 Filter 比 post 类型的 Filter 先执行。

需要特别注意的是，GlobalFilter 的优先级高于 GatewayFilter。 也就是说，即使 GatewayFilter 在路由配置中排在 GlobalFilter 前面，GlobalFilter 仍然会先执行。

常见执行顺序错乱的原因分析

接下来，我们来看看实际开发中可能导致 GatewayFilter 执行顺序错乱的常见原因：

  1. GlobalFilter 的优先级设置不当： 这是最常见的原因。如果 GlobalFilter 的优先级设置不合理，会导致其执行顺序与预期不符。例如，一个本应该在最后执行的 GlobalFilter，由于优先级设置过高，提前执行了，从而影响了后续 Filter 的处理结果。

  2. 路由配置顺序不清晰： 在 YAML 或 Java 代码中配置路由时，GatewayFilter 的顺序容易被忽略。例如，将一个需要依赖前置 Filter 处理结果的 Filter 放在了前面，导致其无法正确执行。

  3. defaultFilters 的影响： defaultFilters 会影响所有路由，如果不清楚其作用，很容易导致 Filter 执行顺序混乱。特别是当 defaultFilters 中包含与路由配置中相同的 Filter 时，更容易出现问题。

  4. 忽略了 pre 和 post 类型的区别： pre 类型的 Filter 在请求到达后端服务之前执行，而 post 类型的 Filter 在收到后端服务的响应之后执行。如果混淆了这两种类型的 Filter，可能会导致执行顺序与预期不符。

  5. 自定义 Filter 的逻辑错误： 自定义 Filter 的逻辑错误也可能导致执行顺序看起来错乱。例如，一个 Filter 内部抛出了异常，导致后续 Filter 没有被执行。

为了更好地理解这些原因，我们来看一些具体的代码示例。

代码示例与问题重现

示例 1：GlobalFilter 优先级问题

假设我们有两个 GlobalFilter，AuthGlobalFilter 用于身份验证，LogGlobalFilter 用于记录请求日志。我们希望先进行身份验证，再记录日志。

@Component
public class AuthGlobalFilter implements GlobalFilter, Ordered {

    @Override
    public Mono<Void> filter(ServerWebExchange exchange, GatewayFilterChain chain) {
        // 身份验证逻辑
        System.out.println("AuthGlobalFilter 执行");
        return chain.filter(exchange);
    }

    @Override
    public int getOrder() {
        // 优先级设置为 1，较低
        return 1;
    }
}

@Component
public class LogGlobalFilter implements GlobalFilter, Ordered {

    @Override
    public Mono<Void> filter(ServerWebExchange exchange, GatewayFilterChain chain) {
        // 日志记录逻辑
        System.out.println("LogGlobalFilter 执行");
        return chain.filter(exchange);
    }

    @Override
    public int getOrder() {
        // 优先级设置为 0，较高
        return 0;
    }
}

在这个例子中，LogGlobalFilter 的优先级高于 AuthGlobalFilter，因此 LogGlobalFilter 会先执行，这可能不是我们期望的。

示例 2：路由配置顺序问题

假设我们有一个路由，需要先执行 RequestRateLimiterGatewayFilterFactory 进行限流，再执行 AddRequestHeaderGatewayFilterFactory 添加请求头。

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
        - id: my_route
          uri: http://example.com
          filters:
            - AddRequestHeader=X-Request-Id, 123
            - RequestRateLimiter=redis-rate-limiter,10,1

在这个配置中，AddRequestHeader 在 RequestRateLimiter 之前执行，这可能导致限流器无法获取到请求头信息，从而影响限流效果。

示例 3：defaultFilters 的影响

假设我们在 application.yml 中配置了 defaultFilters：

spring:
  cloud:
    gateway:
      default-filters:
        - AddRequestHeader=X-Default-Header, default-value

同时，我们在某个路由中也配置了 AddRequestHeader：

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
        - id: my_route
          uri: http://example.com
          filters:
            - AddRequestHeader=X-Route-Header, route-value

在这种情况下，X-Default-Header 和 X-Route-Header 都会被添加到请求头中，但它们的执行顺序取决于 defaultFilters 和路由配置的顺序。如果不清楚这个顺序，可能会导致意想不到的结果。

解决执行顺序错乱的方法

针对以上问题，我们可以采取以下方法来解决 GatewayFilter 执行顺序错乱的问题：

  1. 明确 GlobalFilter 的优先级： 仔细评估每个 GlobalFilter 的作用，并根据其作用的重要性来设置优先级。一般来说，越重要的 Filter，优先级应该越高。可以使用 @Order 注解或者实现 Ordered 接口来设置优先级。

    @Component
@Order(-1) // 优先级最高
public class AuthGlobalFilter implements GlobalFilter {
    // ...
}

  2. 调整路由配置顺序： 在 YAML 或 Java 代码中配置路由时，务必仔细检查 GatewayFilter 的顺序，确保它们按照期望的顺序执行。

  3. 谨慎使用 defaultFilters： 只有在确定某个 Filter 需要应用到所有路由时，才应该使用 defaultFilters。在使用 defaultFilters 时，要注意其与路由配置中 Filter 的顺序关系。

  4. 区分 pre 和 post 类型的 Filter： 根据 Filter 的作用，选择合适的类型。pre 类型的 Filter 用于在请求到达后端服务之前进行处理，post 类型的 Filter 用于在收到后端服务的响应之后进行处理。

  5. 编写健壮的自定义 Filter： 在编写自定义 Filter 时，要充分考虑各种异常情况，并进行适当的错误处理，避免因 Filter 内部错误导致后续 Filter 没有被执行。

  6. 使用调试工具： Spring Cloud Gateway 提供了丰富的调试工具，例如 Actuator 端点和日志记录，可以帮助我们更好地理解 Filter 的执行顺序。可以开启 DEBUG 级别的日志，查看 Filter 的执行过程。

  7. 使用断点调试： 在IDE中，可以针对DefaultGatewayFilterChain的filter方法设置断点，一步步跟踪Filter的执行过程，观察index变量的变化，从而确定Filter的实际执行顺序。

总结与思考

我们深入探讨了 Spring Cloud Gateway 中 GatewayFilter 执行顺序错乱的问题，分析了常见的原因，并提供了相应的解决方案。解决这类问题的关键在于理解 GatewayFilter 的分类、执行机制以及各种配置的影响。通过合理设置 GlobalFilter 的优先级，仔细调整路由配置顺序，谨慎使用 defaultFilters，并编写健壮的自定义 Filter，我们可以有效地避免 GatewayFilter 执行顺序错乱的问题，构建稳定可靠的网关服务。
希望今天的分享能帮助大家更好地理解 Spring Cloud Gateway，并在实际开发中避免踩坑。

关于调试和监控

除了上述方法，还可以利用 Spring Cloud Gateway 提供的监控和调试工具来定位问题。Actuator 端点可以提供网关的运行状态和配置信息，方便我们进行排查。通过自定义 Metrics 和 Tracing，我们可以更深入地了解 Filter 的执行时间和资源消耗，从而发现潜在的性能瓶颈。

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