架构思维-《API网关概览篇》

前世今生

在开始介绍网关之前，首先介绍两个概念BFF（Backend For Frontend）和网关，这两个概念及其容易混淆，所以首先借用Netflix和SoundCloud两个公司的系统架构层次演化来说明一下。

Netflix微服务分层架构(2017以及以前)

Netflix 2017年

这个分层架构共分四个层次

• 用户体验层，据说Netflix要支持超过一千种的不同设备体验，这个对Netflix技术团队特别是前端团队是一个巨大的挑战。
• 网关路由层，Netflix使用Zuul网关作为服务路由层，同时兼具安全认证，监控，限流熔断等跨横切面功能。Zuul网关无状态以集群方式部署，前面依赖AWS ELB做负载均衡。
• 边界API层，Netflix的裁剪聚合和适配层，也就是BFF层，将后端微服务，适配到不同的前端体验。在Netflix体系中，该层也称Edge Service Layer。
• 微服务层，Netflix的核心领域服务，也称中间层(Middle Tier)服务。

网关+边界API层(BFF)+一些前端服务(如安全认证，Playback相关服务，DRM等)，统一由一个Netflix的前端团队负责，该团队也称边界工程(Edge Engineering)团队。

• 因为Netflix要应对处理的设备类型巨多，所以它们在边界层投入了大量工程技术资源，2017年前Netflix的边界API层(BFF)具有下面架构特点：
• 整个边界API层(BFF)住在一个PaaS平台里头，称为Edge PaaS。
• Edge PaaS本质上是一个动态脚本平台(Dyanmic Scripting Platform)，支持使用Groovy等JVM脚本语言，方便前端团队快速聚合裁剪后端微服务，并向前端设备暴露友好的API。之所以使用动态脚本语言Groovy，主要是考虑脚本语言对前端开发的友好性和生产率。
• Edge PaaS里头同时预置后端微服务的Java客户端SDK，方便Groovy脚本调用后端服务，同时对客户端进行Hystrix埋点，保障对后台微服务调用的稳定性。
• 由于前端需求变更比较频繁，所以Edge PaaS里头的脚本一般更新也比较频繁，前端团队可以按需每日更新，上传动态脚本即可。
• 如果后端微服务有升级更新，一般需要升级Edge PaaS里头的客户端SDK，但是这个不是频繁操作，一般以固定周期（比如两周一个full release）发生，但是集成回归测试成本还是比较高的。

Netflix微服务分层架构(2018)

上述的Edge PaaS其实是一个单块架构，随着Netflix的前端业务变得更加复杂，Edge PaaS也逐渐遭遇康威法则的约束，暴露出如下问题：

• Edge PaaS里头同时耦合了前端聚合裁剪适配和后端API/SDK逻辑，当后端API有升级，一般需要升级Edge PaaS里头的客户端SDK，这种升级可能因不兼容和测试不充分，造成前端业务代码出问题。总体上前后端团队因升级、集成测试而造成的沟通协调成本非常大。
• 所有面向用户体验的脚本逻辑都住在一套Edge PaaS里头，缺乏隔离性，当某个团队的脚本有bug，很容易负面影响到其它脚本。整个Edge PaaS也是一个大单点(Single Point of Failure)，严重脚本缺陷或者流量洪峰可致集群宕机。
• 前端脚本有上传快和动态加载等优势，但是本地调试不方便，很多依赖的环境(Edge PaaS + API/SDK)难以在本地开发环境复制，造成开发反馈效率低下，出现问题排障困难。
• 为解决上述问题，Netflix边界工程团队对Edge PaaS的架构进行了调整，从单块一分为二，新的架构如下图所示：

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主要变化是将边界API层分成两个子层次：

API聚合层，专注对后端微服务进行聚合，提供前端友好、抽象统一的API。API聚合层主要基于Java+后台服务的客户端SDK实现。API聚合层还按业务功能进行分集群部署(API Sharding)。

设备适配层BFF，专注对API聚合层的服务进行裁剪和适配，提供给不同的用户体验展示。

• 设备聚合层采用对前端开发友好的Node.js框架，各个团队的服务可以独立部署在容器环境(Netflix的容器云Titus)中，使用容器机制进行隔离，避免相互干扰。Node.js+容器在Netflix称为NodeQuark平台。NodeQuark环境在开发人员本地可以搭建，方便开发本地调试。
• 经过拆分，当前Netflix演化出一个五层的微服务分层架构，前面三层(用户体验、网关路由和设备适配层)专注解决前端开发人员生产率的问题；后端两层(API聚合层和微服务层)专注解决领域抽象和运维监控稳定性问题。整个体系架构层次职责分明，初步解决了之前单块Edge PaaS的诸多问题，解放了生产率。

结论

• Netflix采用经典的微服务分层架构，前端体验->网关路由->边界API层(BFF)->后端微服务。这个分层架构可供一线企业实践微服务参考。
• 近年，为了进一步提升前端研发效率，Netflix又将边界API层(BFF)拆分成两个子层次，设备适配层BFF和API聚合层。总体演化出一个五层的微服务分层架构。增加新的层次对于Netflix这种体量的公司来说，有其架构合理性，但一般企业没必要细分5层，采用上述经典4层架构就OK了。BFF层也未必要采用脚本nodejs之类，java/.net等强类型语言开发也OK，毕竟一般企业没有Netflix那么多的用户设备要处理。
• 从Netflix架构体系演变我们可以看出，为了提升研发效率，它的架构经过很多层细分，额外分层会带来一定的性能损失。但是对于前沿大体量的互联网公司，性能一般并不是其架构的首要考量，灵活性、可治理性和研发效率才是它们的首要考量。性能的损失一般可以通过云计算+水平扩展+缓存等手段来弥补。

SoundCloud

下面继续以SoundCloud公司为案例，通过一系列架构视图，展示SoundCloud微服务架构的分层组织方式。如果你阅读并理解了前面两篇文章的内容，那么就比较容易理解本文的内容，所有本文的分析会相对简单一点。

注，SoundCloud是一家德国网站，提供音乐分享社区服务，成长很快，Alexa世界排名已进入200位以内。

• SouldCloud采用经典的三层微服务架构，用户体验层->边界BFF层->后端微服务层
• SoundCloud的BFF主要分为四类：
• 面向主站的Api-V2 BFF
• 面向移动端的Api-mobile BFF
• 面向嵌入页面场景的Api-embeded BFF
• 面向开放平台场景的Public API BFF
• SoundCloud没有像Netflix那样的独立的网关Gateway层，它的BFF层融合了网关功能+服务聚合裁剪和适配功能
• SoundCloud的微服务分层架构也是为了应对业务和技术挑战，不断演化出来的。关于其内部微服务的演进历程，以及BFF在演进中扮演的角色。

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总结

• Netflix的微服务架构有独立的网关层，SoundCloud则没有独立网关层，它的网关和BFF层是融合在一起的。我认为这个和两家公司的业务体量和团队规模不同有关，Netflix业务体量更大也更复杂，需要独立的网关层实现架构上的关注分离，保障研发交付效率。SoundCloud则业务体量和团队规模相对小，暂时还没有分解那么细。将网关和BFF融合的做法，在国内很多公司也是这么实践的。
• SoundCloud对其微服务还进行了一层细分，包括基础服务+增值服务，这个应该是架构师根据需要，额外定义的一种架构分层规范，有助于研发人员更清晰理解架构，并遵循架构规范开展研发。
• Netflix/SoundCloud等大公司的微服务分层架构仅供参考，各家做法有差异，但是背后原理相同。架构师要理解其背后的分布式原理，然后灵活应用，不可拘泥照搬。
• SoundCloud还给出微服务架构的一种更抽象的描述，如下图所示，微服务架构本质上可以理解成是一种分布式的企业操作系统
• 内核是一个企业的业务领域基础服务
• 第二层是BFF，将基础服务聚合裁剪适配，暴露面向不同用户体验的API
• 第三层是面向不同用户体验(无线PC\开放平台等)的客户应用
• 最外层是使用这个企业操作系统的用户

API网关概念介绍

API网关是一个服务器，是系统的唯一入口。从面向对象设计的角度看，它与外观模式类似。API网关封装了系统内部架构，为每个客户端提供一个定制的API。它可能还具有其它职责，如身份验证、监控、负载均衡、缓存、请求分片与管理、静态响应处理。

API网关方式的核心要点是，所有的客户端和消费端都通过统一的网关接入微服务，在网关层处理所有的非业务功能。通常，网关也是提供REST/HTTP的访问API。服务端通过API-GW注册和管理服务。

通常情况下， API 网关要做很多工作，它作为一个系统的后端总入口，承载着所有服务的组合路由转换等工作，除此之外，我们一般也会把安全，限流，缓存，日志，监控，重试，熔断等放到 API 网关来做，那么可以试想在高并发的情况下，这里可能会出现一个性能瓶颈。

另外，如果没有开源项目的支撑前提下，自己来做这样一套东西，是非常大的一个工作量，而且还要做 API 网关本身的高可用等，如果一旦做不好，有可能最先挂掉的不是你的其他服务，而就是这个API网关。

作者：介鬼

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