PHP 微服务网关设计：Kong vs. 自研
大家好，今天我们来聊聊 PHP 微服务网关的设计与实现。随着微服务架构的流行，网关作为流量入口，扮演着至关重要的角色。它不仅负责路由和转发请求，还承担着鉴权、流量整形、监控等关键功能。本次讲座将围绕两个主要方案展开：基于 Kong 的网关以及自研 PHP 网关，并深入探讨它们的优缺点以及适用场景。
1. 微服务网关的核心职责
在深入技术细节之前，我们先来明确微服务网关的核心职责。一个好的网关应该具备以下能力：
- 路由与转发 (Routing & Forwarding): 这是最基本的功能，根据预定义的规则将请求路由到相应的微服务。
- 鉴权 (Authentication & Authorization): 验证用户身份，并授予相应的访问权限。
- 流量整形 (Traffic Shaping): 限制请求速率，防止服务过载，保障系统稳定性。
- 监控 (Monitoring): 收集网关自身的性能指标，以及后端服务的响应时间、错误率等信息。
- 负载均衡 (Load Balancing): 将流量分发到多个后端服务实例，提高可用性和性能。
- 安全 (Security): 防御常见的网络攻击，如 SQL 注入、XSS 等。
- 日志 (Logging): 记录请求和响应信息，方便问题排查和审计。
- 熔断 (Circuit Breaking): 当后端服务出现故障时，快速熔断，防止雪崩效应。
- 重试 (Retry): 当请求失败时，自动重试，提高请求成功率。
- 转换 (Transformation): 对请求和响应进行转换，例如协议转换、数据格式转换等。
2. 基于 Kong 的网关方案
Kong 是一个基于 Nginx 的开源 API 网关，它提供了一系列插件，可以轻松实现上述大部分功能。
2.1 Kong 的架构
Kong 主要由两部分组成：
- Kong Server: 负责处理请求和执行插件。
- Database (PostgreSQL or Cassandra): 存储配置信息，例如路由、服务、插件等。
2.2 Kong 的优势
- 成熟稳定: Kong 经过了大量生产环境的验证，具有很高的稳定性和可靠性。
- 插件丰富: Kong 提供了丰富的插件，可以满足各种需求，例如鉴权、流量限制、日志记录等。
- 高性能: Kong 基于 Nginx，具有很高的性能。
- 易于扩展: Kong 允许开发者编写自定义插件，以满足特定的需求。
- 社区活跃: Kong 拥有庞大的社区，可以获得及时的技术支持。
2.3 Kong 的劣势
- 部署复杂: Kong 的部署涉及到 Nginx、数据库等组件，相对复杂。
- 学习成本: Kong 的配置和管理需要一定的学习成本。
- PHP 集成略有不便: 虽然 Kong 可以处理 PHP 应用程序的请求，但直接在 Kong 中编写 PHP 代码并不方便。
2.4 Kong 的配置示例
假设我们需要创建一个路由，将所有 /api/v1/users 的请求转发到 http://user-service:8080。
# 创建 Service
curl -X POST http://localhost:8001/services
--data "name=user-service"
--data "url=http://user-service:8080"
# 创建 Route
curl -X POST http://localhost:8001/services/user-service/routes
--data "paths[]=/api/v1/users"
--data "name=user-route"2.5 Kong 的流量整形示例
使用 rate-limiting 插件限制每个 IP 地址每分钟最多 100 个请求。
# 为 Service 添加 rate-limiting 插件
curl -X POST http://localhost:8001/services/user-service/plugins
--data "name=rate-limiting"
--data "config.minute=100"
--data "config.policy=local"2.6 Kong 的鉴权示例
使用 key-auth 插件实现基于 API Key 的鉴权。
# 为 Service 添加 key-auth 插件
curl -X POST http://localhost:8001/services/user-service/plugins
--data "name=key-auth"
# 创建 Consumer
curl -X POST http://localhost:8001/consumers
--data "username=user1"
# 为 Consumer 生成 API Key
curl -X POST http://localhost:8001/consumers/user1/key-auth请求时需要在 Header 中添加 apikey 字段。
GET /api/v1/users HTTP/1.1
apikey: <generated_api_key>2.7 使用 Kong 进行 PHP 微服务网关设计的实践建议
- API 版本管理: 利用 Kong 的路由功能，可以轻松实现 API 的版本管理。例如，将
/api/v1/*路由到v1版本的服务，将/api/v2/*路由到v2版本的服务。 - 灰度发布: 通过 Kong 的插件，可以实现灰度发布。例如，将一部分流量路由到新版本的服务，观察其运行情况，然后再逐步增加流量。
- 监控告警: Kong 提供了丰富的监控指标，可以集成到 Prometheus 等监控系统，实现监控告警。
- 自定义插件: 如果 Kong 的内置插件无法满足需求，可以编写自定义插件，扩展其功能。可以使用 Lua 编写自定义插件。
3. 自研 PHP 网关方案
如果 Kong 无法满足特定的需求，或者对性能有极致的要求，可以考虑自研 PHP 网关。
3.1 自研 PHP 网关的架构
自研 PHP 网关的架构通常包括以下几个模块：
- 路由模块: 根据请求的 URI、Method 等信息，将请求路由到相应的后端服务。
- 鉴权模块: 验证用户身份，并授予相应的访问权限。
- 流量整形模块: 限制请求速率，防止服务过载。
- 转发模块: 将请求转发到后端服务，并处理响应。
- 监控模块: 收集网关自身的性能指标，以及后端服务的响应时间、错误率等信息。
3.2 自研 PHP 网关的优势
- 高度定制化: 可以根据实际需求，定制网关的功能和性能。
- 灵活可控: 可以完全掌控网关的实现细节，方便进行优化和调试。
- PHP 生态集成: 可以方便地与 PHP 生态系统中的其他组件集成，例如框架、数据库、缓存等。
3.3 自研 PHP 网关的劣势
- 开发成本高: 需要投入大量的时间和精力进行开发和维护。
- 稳定性风险: 需要自行保证网关的稳定性和可靠性。
- 性能瓶颈: 如果设计不当，可能会出现性能瓶颈。
3.4 自研 PHP 网关的代码示例 (基于 Swoole)
以下代码示例展示了一个基于 Swoole 的简单 PHP 网关，实现了路由和转发功能。
<?php
use SwooleHttpServer;
use SwooleHttpRequest;
use SwooleHttpResponse;
use SwooleCoroutineHttpClient;
// 路由配置
$routes = [
'/api/v1/users' => [
'method' => 'GET',
'upstream' => 'http://user-service:8080'
],
'/api/v1/products' => [
'method' => 'GET',
'upstream' => 'http://product-service:8081'
]
];
$server = new Server("0.0.0.0", 9501);
$server->on("Request", function (Request $request, Response $response) use ($routes) {
$uri = $request->server['request_uri'];
$method = $request->server['request_method'];
if (isset($routes[$uri]) && $routes[$uri]['method'] == $method) {
$upstream = $routes[$uri]['upstream'];
// 创建协程 HTTP 客户端
$cli = new Client(parse_url($upstream, PHP_URL_HOST), parse_url($upstream, PHP_URL_PORT));
$cli->setHeaders($request->header); // 传递 Header
// 传递 GET 参数
if (!empty($request->get)) {
$cli->set(['get' => $request->get]);
}
// 传递 POST 参数
if (!empty($request->post)) {
$cli->set(['post' => $request->post]);
}
// 发起请求
$cli->{$method}($uri);
// 处理响应
if ($cli->getStatusCode() == 200) {
$response->setStatusCode($cli->getStatusCode());
$response->setContent($cli->getBody());
// 传递 Header
foreach($cli->getHeaders() as $key => $value) {
$response->setHeader($key, $value);
}
$response->end();
} else {
$response->setStatusCode(500);
$response->setContent("Upstream service error: " . $cli->getStatusCode());
$response->end();
}
$cli->close();
} else {
$response->setStatusCode(404);
$response->setContent("Not Found");
$response->end();
}
});
$server->start();3.5 自研 PHP 网关的流量整形示例 (基于令牌桶算法)
<?php
class RateLimiter
{
private $capacity;
private $rate;
private $tokens;
private $lastRefillTime;
public function __construct(int $capacity, int $rate)
{
$this->capacity = $capacity;
$this->rate = $rate;
$this->tokens = $capacity;
$this->lastRefillTime = microtime(true);
}
public function allowRequest(): bool
{
$this->refill();
if ($this->tokens >= 1) {
$this->tokens--;
return true;
} else {
return false;
}
}
private function refill(): void
{
$now = microtime(true);
$elapsedTime = $now - $this->lastRefillTime;
$newTokens = $elapsedTime * $this->rate;
$this->tokens = min($this->capacity, $this->tokens + $newTokens);
$this->lastRefillTime = $now;
}
}
// 使用示例
$rateLimiter = new RateLimiter(100, 10); // 令牌桶容量为 100，每秒产生 10 个令牌
if ($rateLimiter->allowRequest()) {
// 处理请求
echo "Request allowedn";
} else {
// 拒绝请求
http_response_code(429); // Too Many Requests
echo "Request rate limitedn";
}3.6 自研 PHP 网关的鉴权示例 (基于 JWT)
<?php
use FirebaseJWTJWT;
use FirebaseJWTKey;
class AuthMiddleware
{
private $secretKey = 'your_secret_key'; // 替换成你的密钥
public function authenticate(Request $request, Response $response): bool
{
$authHeader = $request->header['authorization'] ?? null;
if (!$authHeader) {
$response->setStatusCode(401);
$response->setContent("Unauthorized: Missing token");
$response->end();
return false;
}
list($tokenType, $token) = explode(' ', $authHeader, 2);
if ($tokenType !== 'Bearer') {
$response->setStatusCode(401);
$response->setContent("Unauthorized: Invalid token type");
$response->end();
return false;
}
try {
$decoded = JWT::decode($token, new Key($this->secretKey, 'HS256'));
// 可以将 $decoded 中的用户信息存储到 Request 对象中，方便后续使用
// $request->user = $decoded;
return true;
} catch (Exception $e) {
$response->setStatusCode(401);
$response->setContent("Unauthorized: Invalid token");
$response->end();
return false;
}
}
}
// 使用示例
$authMiddleware = new AuthMiddleware();
if ($authMiddleware->authenticate($request, $response)) {
// 处理请求
echo "Request authenticatedn";
} else {
// 请求已经被 AuthMiddleware 拦截
}3.7 使用自研 PHP 微服务网关设计的实践建议
- 选择合适的框架: 选择一个高性能的 PHP 框架，例如 Swoole、RoadRunner 等。
- 异步非阻塞: 使用异步非阻塞的方式处理请求，提高并发能力。
- 连接池: 使用连接池管理数据库连接、Redis 连接等资源，减少连接建立和释放的开销。
- 缓存: 使用缓存存储常用的数据，减少对后端服务的请求。
- 监控告警: 集成监控系统，例如 Prometheus、Grafana 等，实现监控告警。
- 安全: 重视安全问题，例如防止 SQL 注入、XSS 等攻击。
4. 方案选择：Kong vs. 自研
那么，到底选择 Kong 还是自研呢？这取决于你的具体需求和资源。
| 特性 | Kong | 自研 PHP 网关 |
|---|---|---|
| 成熟度 | 高，经过大量生产环境验证 | 较低，需要自行保证稳定性 |
| 插件 | 丰富，可以满足各种需求 | 需要自行开发 |
| 性能 | 高，基于 Nginx | 取决于设计和实现 |
| 易用性 | 相对复杂，需要一定的学习成本 | 简单，可以根据实际需求进行定制 |
| 扩展性 | 高，允许开发者编写自定义插件 | 高，完全掌控实现细节 |
| 开发成本 | 低，可以直接使用现有插件 | 高，需要投入大量的时间和精力进行开发和维护 |
| 维护成本 | 相对较低，社区活跃 | 较高，需要自行维护 |
| 适用场景 | 大部分场景，特别是需要快速搭建和扩展的场景 | 对性能有极致要求，或者需要高度定制化的场景 |
结论：
- 选择 Kong： 如果你希望快速搭建一个稳定、高性能的网关，并且不需要高度定制化的功能，那么 Kong 是一个不错的选择。
- 选择自研： 如果你对性能有极致的要求，或者需要高度定制化的功能，并且有足够的开发资源，那么自研 PHP 网关可能更适合你。
5. 案例分析：电商平台微服务网关设计
假设我们有一个电商平台，包含用户服务、商品服务、订单服务等微服务。我们需要设计一个网关，实现以下功能：
- 路由与转发: 将请求路由到相应的微服务。
- 鉴权: 验证用户身份，并授予相应的访问权限。
- 流量整形: 限制每个用户的请求速率，防止恶意攻击。
- 日志记录: 记录请求和响应信息，方便问题排查和审计。
5.1 基于 Kong 的方案
我们可以使用 Kong 来实现上述功能。
- 路由与转发: 创建路由，将
/api/users/*路由到用户服务，将/api/products/*路由到商品服务，将/api/orders/*路由到订单服务。 - 鉴权: 使用
jwt插件实现基于 JWT 的鉴权。 - 流量整形: 使用
rate-limiting插件限制每个用户的请求速率。 - 日志记录: 使用
file-log插件将请求和响应信息记录到文件中。
5.2 自研 PHP 方案
我们可以使用 Swoole 框架来开发一个自研 PHP 网关。
- 路由与转发: 实现路由模块，根据请求的 URI 将请求路由到相应的微服务。
- 鉴权: 实现鉴权中间件，验证用户身份，并授予相应的访问权限。
- 流量整形: 实现流量整形中间件，限制每个用户的请求速率。
- 日志记录: 实现日志记录中间件，将请求和响应信息记录到文件中。
5.3 方案比较
| 功能 | Kong | 自研 PHP 网关 |
|---|---|---|
| 路由与转发 | 通过配置路由实现 | 通过路由模块实现 |
| 鉴权 | 使用 jwt 插件实现 |
实现鉴权中间件 |
| 流量整形 | 使用 rate-limiting 插件实现 |
实现流量整形中间件 |
| 日志记录 | 使用 file-log 插件实现 |
实现日志记录中间件 |
| 开发成本 | 低 | 高 |
| 维护成本 | 相对较低 | 较高 |
| 性能 | 高 | 取决于实现 |
在这个案例中，如果你的团队对 Kong 比较熟悉，并且不需要高度定制化的功能，那么使用 Kong 是一个不错的选择。如果你的团队对 PHP 比较熟悉，并且需要高度定制化的功能，那么自研 PHP 网关可能更适合你。
6. 关注点与注意事项
在设计和实现微服务网关时，需要注意以下几点：
- 性能: 网关的性能至关重要，需要进行充分的测试和优化。
- 安全: 网关是流量入口，需要重视安全问题，防止各种攻击。
- 可扩展性: 网关需要具有良好的可扩展性，可以方便地添加新的功能。
- 可维护性: 网关需要具有良好的可维护性，方便进行配置和管理。
- 监控告警: 网关需要集成监控系统，实现监控告警。
- 高可用: 网关需要部署多个实例，实现高可用。
7. 总结
总结一下，今天的分享涵盖了 PHP 微服务网关的设计与实现，对比了 Kong 和自研 PHP 网关两种方案。希望通过本次讲座，大家能够对微服务网关有更深入的了解，并能够根据自己的实际需求，选择合适的方案。
未来方向
PHP 微服务网关的设计会持续演进，更好地适应复杂多变的应用场景。我们可以期待更强大的流量管理、更灵活的鉴权机制以及更智能的监控告警。