.Net微服务实践（四）[网关]：Ocelot限流熔断、缓存以及负载均衡

目录

• 限流
• 熔断
• 缓存
• Header转化
• HTTP方法转换
• 负载均衡
• 注入/重写中间件
• 后台管理
• 最后

在上篇.Net微服务实践（三）[网关]：Ocelot配置路由和请求聚合中我们介绍了Ocelot的配置，主要特性路由以及服务聚合。接下来，我们会介绍Ocelot的限流、熔断、缓存以及负载均衡。

限流

我们先来看限流的配置

Reroute节点中的配置如下：

{
      "DownstreamPathTemplate": "/api/orders",
      "DownstreamScheme": "http",
      "DownstreamHostAndPorts": [
        {
          "Host": "localhost",
          "Port": 5001
        }
      ],
      "UpstreamPathTemplate": "/api/orders",
      "UpstreamHttpMethod": [ "Get" ],
      "RateLimitOptions": {
        "ClientWhitelist": [],
        "EnableRateLimiting": true,
        "Period": "10m",
        "PeriodTimespan": 3,
        "Limit": 1
      }
    }

GlobalConfiguration中的配置如下：

"GlobalConfiguration": {
    "BaseUrl": "http://localhost:5000",
    //限流
    "RateLimitOptions": {
      "QuotaExceededMessage": "您的请求量超过了配额1/10分钟",
      "HttpStatusCode": 999
    }
}

配置说明

在Reroute和GlobalConfiguration节点中添加了RateLimitOptions节点

• ClientWhitelist - 白名单，也就是不受限流控制的客户端
• EnableRateLimiting - 是否开启限流
• Period & Limit - 在一段时间内允许的请求次数
• PeriodTimespan - 客户端的重试间隔数，也就是客户端间隔多长时间可以重试
• QuotaExceededMessage - 限流以后的提示信息
• HttpStatusCode - 超出配额时，返回的http状态码

示例说明

客户端在10分钟之内只允许请求一次http://localhost:5000/api/orders，在请求之后3秒钟之后可以重试

验证

修改配置，运行示例程序,

访问http://localhost:5000/api/orders,第一次可以正常获取返回结果，再次访时，显示"您的请求量超过了配额1/10分钟, 并且response状态码是999

PeriodTimespan的验证

修改Period为1s, 修改PeriodTimespan为10，这样当前的配置是1秒中允许一个请求，10秒后才能重试。 再次运行示例程序。

访问http://localhost:5000/api/orders,第一次可以正常获取返回结果， 等待两秒，再次访问，大家想一下，这个时候，会不会返回正常结果(已经过了两秒)。这时还是返回999，为什么？ 因为尽管配额上是允许的，但是因为配置是客户端10秒以后才能重试，而这时只等待了2秒，所以还是返回999.

熔断

Ocelot的熔断使用了Polly来实现，在OcelotGateway项目添加Polly包

注入Polly

services
        .AddOcelot()
        .AddPolly();

修改配置

{
     "DownstreamPathTemplate": "/api/orders",
     "DownstreamScheme": "http",
     "DownstreamHostAndPorts": [
       {
         "Host": "localhost",
         "Port": 5001
       }
     ],
     "UpstreamPathTemplate": "/api/orders",
     "UpstreamHttpMethod": [ "Get" ],
     "QoSOptions": {
       "ExceptionsAllowedBeforeBreaking": 2,
       "DurationOfBreak": 5000,
       "TimeoutValue": 2000
     }
   }

配置说明

在Reroute节点中添加了QoSOptions节点

• ExceptionsAllowedBeforeBreaking - 在熔断之前允许的异常次数
• DurationOfBreak - 熔断时长 ，单位毫秒
• TimeoutValue - 请求超时设置, 单位毫秒

示例说明

当访问http://localhost:5000/api/orders出现2次异常后，服务熔断5秒，如果服务响应超过2秒，也触发熔断条件

验证

• 场景一：服务宕机
  
  修改配置,只启动网关，不启动oder api，访问http://localhost:5000/api/orders,第一次有响应耗时，返回500，第二次也有响应耗时，返回500. 第三次则快速返回503 Service Unavalible， 服务熔断了。

• 场景二：超时
  
  修改配置
  
  修改api/orders代码，等待3秒

// GET: api/orders
[Route("api/orders")]
[HttpGet]
public  IEnumerable<string> Get()
{
    Task.Delay(3000).Wait();
    return new string[] { "刘明的订单", "王天的订单" };
}

启动网关，启动order-api，访问http://localhost:5000/api/orders,返回503

• 场景三：服务正常响应，但是服务500 内部错误
  
  修改配置
  
  修改api/orders代码，抛出异常

// GET: api/orders
[Route("api/orders")]
[HttpGet]
public  IEnumerable<string> Get()
{
    throw new Exception("获取所有订单出错");
}

启动网关，启动order-api，访问http://localhost:5000/api/orders, 不触发熔断

缓存

缓存使用了CacheManageer来实现，添加CacheManager包

Install-Package Ocelot.Cache.CacheManager

注入缓存组件

services.AddOcelot()
        .AddCacheManager(x =>
        {
            x.WithDictionaryHandle();
        });

Ocelot.json配置文件修改

{
  "DownstreamPathTemplate": "/api/orders",
  "DownstreamScheme": "http",
  "DownstreamHostAndPorts": [
    {
      "Host": "localhost",
      "Port": 5001
    }
  ],
  "UpstreamPathTemplate": "/api/orders",
  "UpstreamHttpMethod": [ "Get" ],
  "FileCacheOptions": {
    "TtlSeconds": 60,
    "Region": "orders"
  }
}

缓存是根据 downstream service 的URL来缓存的

配置说明

在Reroute节点中添加了FileCacheOptions节点

• TtlSeconds - 缓存有效期，单位是秒
• Region - 缓存分区， 可以通过调用后台Api 来清空一个region下的缓存

示例说明

当访问http://localhost:5000/api/orders后，结果会缓存60秒，在缓存有效期内即使原始的order api的返回结果发生变化，通过网关请求时，还是会返回缓存的结果。

验证

• 修改配置,只启动网关，启动oder api，访问http://localhost:5000/api/orders,返回的结果如下

"刘明的订单", "王天的订单"

• 修改api/orders, 重新启动api/orders

[Route("api/orders")]
[HttpGet]
public  IEnumerable<string> Get()
{
    return new string[] { "帅的订单", "我的订单" };
}

• 再次访问http://localhost:5000/api/orders, 这个时候是会返回什么结果呢？, 验证显示还是返回

"刘明的订单", "王天的订单"

因为结果被缓存了

• 等待2分钟，再访问http://localhost:5000/api/orders,这个时候是会返回什么结果呢？, 验证显示返回了新的结果

"帅的订单", "我的订单"

因为缓存有效期已经过了

Header转化

Ocelot允许在上游服务的request和下游服务的response的header中添加、替换信息

配置如下：

{
  "DownstreamPathTemplate": "/api/shopping-carts",
  "DownstreamScheme": "http",
  "DownstreamHostAndPorts": [
    {
      "Host": "localhost",
      "Port": 5001
    }
  ],
  "DownstreamHeaderTransform": {
    "devops": "rdc"
  },
  "UpstreamPathTemplate": "/api/shopping-carts",
  "UpstreamHttpMethod": [ "Get" ],
  "UpstreamHeaderTransform": {
    "lakin": "rdc",
    "CI": "msbuild, jenkins",
    "Location": "http://localhost:5001, {BaseUrl}"
  }

}

配置说明

在Reroute节点中添加了DownstreamHeaderTransform节点和UpstreamHeaderTransform节点

"DownstreamHeaderTransform": {
    "devops": "rdc"
  }

说明：在下游服务的response中添加一个header, key是devops, value是rdc

"UpstreamHeaderTransform": {
    "lakin": "rdc",
    "CI": "msbuild, jenkins",
    "Location": "http://localhost:5001, {BaseUrl}"
  }

• 添加header信息
  
  在上游服务的request中添加一个header, key是lakin, value是rdc
• 替换header信息
  
  在上游服务的request中， 将key是CI的header, 其值由msbuild替换为jenkins
• 替换时使用placeholder
  
  在上游服务的request中， 将key是Location的header, 其值由http://localhost:5001替换为{BaseUrl} placehokder

示例说明

当访问http://localhost:5000/api/orders后，结果会缓存60秒，在缓存有效期内即使原始的order api的返回结果发生变化，通过网关请求时，还是会返回缓存的结果。

验证

• 修改Order Service, 添加一个ShoppingCart api, 代码如下

// GET: api/shopping-carts
[Route("api/shopping-carts")]
[HttpGet]
public IEnumerable<string> Get()
{
    Console.WriteLine($"开始打印header信息");
    foreach (var item in this.Request.Headers)
    {
        Console.WriteLine($"{item.Key} - {item.Value}");
    }
    Console.WriteLine($"打印header信息完成");
    return new string[] { "洗发水", "无人机" };
}

• 启动网关、启动Order Service
• 使用Postman调用http://localhost:5000/api/shopping-carts, 在request中添加两个header项

    "CI": "msbuild",
    "Location": "http://localhost:5001"

• 发起请求
• 在Order Service的控制台，可以看到如下输出, 添加一个header项，替换两个header项的值

开始打印header信息CI
lakin - rdc
CI - jenkins
Location - http://localhost:5000
打印header信息完成

• 检查Postman中response的header信息，会发现添加了如下的header项

devops - rdc

HTTP方法转换

Ocelot允许在路由时转化HTTP方法

{
  "DownstreamPathTemplate": "/api/shopping-carts",
  "DownstreamScheme": "http",
  "DownstreamHttpMethod": "POST",
  "DownstreamHostAndPorts": [
    {
      "Host": "localhost",
      "Port": 5001
    }
  ],
  "UpstreamPathTemplate": "/api/shopping-carts",
  "UpstreamHttpMethod": [ "Get" ]
}

示例说明

上述示例中，将GET /api/shopping-carts 路由到 POST /api/shopping-carts, 将GET转换成了POST

适用场景：例如有些已经存在的的API，因为某些历史原因都是用POST，在通过网关对外提供服务时，就可以按照标准API进行转换

验证

• 当前GET /api/shopping-carts返回如下结果

"洗发水", "无人机"

• 我们在ShoppingCartController中添加一个新的POST API

[Route("api/shopping-carts")]
[HttpPost]
public string Post()
{
    return "添加商品到购物车成功";
}

• 运行网关和Order Service
• 访问GET http://localhost:5000/api/shopping-carts, 返回的结果如下，已经将GET转换成了POST

添加商品到购物车成功

负载均衡

Ocelot内置了负载均衡，我们先来看配置

{
     "DownstreamPathTemplate": "/api/orders",
     "DownstreamScheme": "http",
     "DownstreamHostAndPorts": [
       {
         "Host": "localhost",
         "Port": 5001
       },
       {
         "Host": "localhost",
         "Port": 6001
       }
     ],
     "UpstreamPathTemplate": "/api/orders",
     "UpstreamHttpMethod": [ "Get" ],
     "LoadBalancerOptions": {
       "Type": "RoundRobin"
     }
}

配置说明

在DownstreamHostAndPorts指指定多个服务地址

在Reroute节点中添加LoadBalancerOptions,这是负载均衡的配置节点，其中Type属性指定了负载均衡的算法, 它有如下几个值：

• LeastConnection – 将请求发往最空闲的那个服务器
• RoundRobin – 轮流发送
• NoLoadBalance – 总是发往第一个请求（如果配置了服务发现，则总是发往发现的第一个服务地址）

验证

• 启动网关
• 修改api/orders的代码，并启动Order Service

[Route("api/orders")]
[HttpGet]
public  IEnumerable<string> Get()
{
    return new string[] { "刘明的订单", "王天的订单" };
}

• 拷贝一份Order Service的副本,修改api/orders的代码，修改副本的启动端口为6001, 并启动Order Service

[Route("api/orders")]
[HttpGet]
public  IEnumerable<string> Get()
{
    return new string[] { "帅的订单", "我的订单" };
}

• 在Postman中调用GET http://localhost:5000/api/orders

第一次的结果是

"刘明的订单", "王天的订单"

第二次的结果是

"帅的订单", "我的订单"

第三次的结果是

"刘明的订单", "王天的订单"

注入/重写中间件

Ocelot本身是一组中间件，它也提供了方式来注入和重写其中的某些中间件：

• PreErrorResponderMiddleware - 在所有Ocelot中间件之前运行， 允许用户在Ocelot管道运行之前和运行之后提供任何行为。
• PreAuthenticationMiddleware - 提供预身份认证逻辑，在身份认证中间件之前运行
• AuthenticationMiddleware - 覆写Ocelot中间件提供的身份认证逻辑
• PreAuthorisationMiddleware - 提供预授权逻辑，在授权中间件之前运行
• AuthorisationMiddleware - 覆写Ocelot中间件提供的授权逻辑
• PreQueryStringBuilderMiddleware - 在QueryString转换之前，提供预处理逻辑

下面是注入PreErrorResponderMiddleware中间件的代码示例:

//注入中间件
var configuration = new OcelotPipelineConfiguration
{
    PreErrorResponderMiddleware = async (ctx, next) =>
    {
        ctx.HttpContext.Request.Headers.Add("myreq", "ocelot-request");
        await next.Invoke();
    }
};
app.UseOcelot(configuration).Wait();

注意： Ocelot也是一组中间件，所以可以在Ocelot中间件之前，按常规方式添加任何中间件， 但是不能在Ocelot中间件之后添加，因为Ocelot没有调用 next

后台管理

Ocelot提供了一组后台管理的API, 从前三篇文章可以看出，Ocelot主要也就是配置文件的管理，所以API主要也就是管理配置

• 获取管理后台的token
  
  POST {adminPath}/connect/token
• 获取配置
  
  GET {adminPath}/configuration
• 创建/修改配置
  
  POST {adminPath}/configuration
• 删除缓存
  
  DELETE {adminPath}/outputcache/{region}

最后

本篇我们介绍了Ocelot的限流、熔断、缓存、负载均衡以及其他一些特性。到目前为止，Ocelot的基本配置和功能都已经介绍完了。接下里我们会结合consul来介绍服务发现，以及Ocelot和Consul的集成。.Net微服务实践（五）[服务发现]：Consul介绍和环境搭建

示例代码下载地址： https://github.com/lcyhjx/ocelot-demo/tree/master