京东API网关实践之路

概述

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背景

京东作为电商平台,近几年用户、业务持续增长,访问量持续上升,随着这些业务的发展,API网关应运而生。

API网关,就是为了解放客户端与服务端而存在的。对于客户端,使开放给客户端的接口标准统一,以降低客户端的接入成本;对于服务端,使服务端无需关注接口暴露在公网面临的问题而着眼于业务的实现,来提升开发效率。

在刚刚过去的全民狂欢购物节,API网关如何做才能高效的处理近千万的并发请求是本文的重点。

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API网关介绍

API网关,作为客户端与服务端的纽带,核心任务是将客户端请求转发到后端服务。但是,作为所有流量请求的入口 , 面临的很重要的一个问题就是高并发,因为高并发的需要,要求网关处理请求必须高效;其次是安全防护,安全主要是指对网关对后端服务的一个保护;再者就是完善的数据统计及监控报警机制;当然,为了方便我们内部用户接入,多协议适配的支持、灰度发布上线也是必备功能。

API网关特征:

1)高性能:在高吞吐量下保证低延迟。

2)安全稳定:身份认证、精细化流量控制、大数据实时分析等多种手段保障服务质量。

3)平台化:进行各项数据监控,提供数据分析、监控告警、故障定位等服务。

4)灰度:灰度发布,支持按设备、PIN、自定义比例方式在不影响正常用户的情况下,保障后端服务平稳过渡。

5)方便快捷:支持http、jsf服务快捷接入,mock功能加快协同开发。

技术实践

API网关服务于原生客户端、Web、小程序,不限于具体的业务。其主要架构图如下所示:

主要分3层:

  • 第1是VIP层,主要是接收客户端http、https请求,并将请求转发到网关;

  • 第2是网关层,对请求进行合法性校验并转发;

  • 第3层就是后端业务API,这些业务方,就是我们服务的主要对象。

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高并发实现

网关高并发实践主要利用异步化处理技术,将请求由同步变为异步,利用NIO多路复用,达到请求接收最大化。

首先看下图同步处理过程:

采用同步处理,线程的释放就受限于后端服务响应的快慢。当响应过慢时,线程池就容易出现耗尽现象,并且资源利用率上不去,吞吐量很低,或者说此时的大量请求都会被服务器拒绝。

由此可以看出,同步处理使资源利用率得不到充分的利用,大量请求被拒绝同时又影响了用户体验。如果想提高并发只能通过横向加机器,这样造成机器资源大量浪费的现象。如果是网关这么处理,那么这种现象体现的将更明显。

为了解决同步引起的问题,采用异步,如下图所示:

通过实现异步化处理,线程可以在开启异步后直接释放,当前请求的响应会被延后,当后端服务有响应后,再将响应写回给客户端。这样就算是有后端服务响应很慢,因为线程已被释放了,可以继续接收新的请求,达到服务资源使用的最大化。

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安全防护

精细化流控:

作为所有业务方的第一道防线,网关承载着海量流量的访问,以及随时可能爆发的恶意流量攻击的压力。

很典型的,每年双十一或是618都会有刷子恶意刷后端服务接口,如果网关不做处理直接将流量透传到后端服务,后端服务很大可能会被瞬时流量冲垮,至少会增大后端服务响应延时及浪费公司大量资源来处理攻击。

那么,进行流量控制就是必不可少的。网关提供秒级的流量控制,可以对单个接口按地域、风控等级等维度进行流控配置。这样流量只到了网关层面,就不会透传到后端服务了。

流控主要是采用令牌桶算法实现,策略主要有排队或熔断,具体的策略根据不同的端,选择合适的流控动作。

授权及签名认证:

API暴露在公网,肯定会存在被刷的风险,网关要做的就是尽可能降低这种风险。就像通过制定法律来尽可能减少犯罪一样,通过访问权限控制、签名认证、跨域校验等来尽可能的降低API接口被刷的风险。

授权:只有通过API负责人授权的接口,客户端才有权限访问 。如果未授权,在网关处拦截,响应给客户端没有访问权限;

签名认证:按规则将请求参数通过HMAC-SHA256算法运算生成签名值,对客户端计算的签名值与网关计算的签名值进行匹配,匹配的请求继续向下流转,否则直接被拦截。

跨域效验:

对于WEB端应用,调用网关属于跨域请求。这类请求,如果不进行校验,会产生跨域攻击。所以需要获取到客户端请求来源,对客户端请求来源进行认证,只有合法的请求来源才被允许访问后端服务。对于小程序应用,也会校验小程序真实性。

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灰度发布

设想这样一个场景:有一个核心业务,做了比较大的改动,又或者是项目重构,开发完成,同时测试完成,要上线了。但是,问题也来了:因为改动很大,业务很重要,测试所拿机型设备有限,担心直接全部上线会影响测试未覆盖的线上用户。那么,能不能先有10%的流量请求到新服务,看下用户使用情况,再决定是否全部上线呢。

为了满足这种需求,网关提供按设备号、用户标识的定点灰度测试,同时支持按比例进行的灰度上线。

用户请求到网关,如果开启灰度模式,就获取到灰度地址,将请求转发到特定的服务。

自动化运营

在高举可持续发展旗帜的时代下,如果一个产品仅仅做到功能齐全是远远不够的。只有做到可持续发展,实现自动化运营的产品才真正是个好产品。API网关平台化意味着N条产品线,一个网关,通过实现自动化运营,解放生产力,打造统一化平台,提供可持续化产品,拥抱API经济,实现API变现。

API网关控制台首页

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独立部署与快速扩展

API网关统一管理着发布方对外暴露的API服务,各个服务可以独立开发部署。针对后端服务的发布与下线,发布方可通过API网关提供界面化管理控制平台,实现流程化管理,线上审批通过后,实时生效,无需手动控制,实现自动化运营。

同时对于后端服务的各项配置,如API权限管理、流量控制等,API网关进行自动化管理,动态配置,动态加载,保证在无需重启服务的情况下即可进行配置更改操作。

要实现自动化运营,除了对API服务管理做到独立部署、快速扩展外,对于API的调用方也实现自助API开通,授权访问API服务。

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数据分析与监控告警

由于API网关处在一个内部系统与外部环境的分界点处,所有外部请求都经过API网关进行调度和过滤,每时每刻都有大量请求通过API网关进入内部服务。因此可以在API网关层进行请求接入监控,监控各个接口的访问请求并进行收集,以便相应指标的统计分析。

在API网关界面化管理控制平台中,对收集统计到的监控数据,如API接口调用量、响应时间等信息,提供了可视化的API实时智能数据分析与监控告警功能,订阅API异常报警信息,以便实时监控后端服务运行情况。

后端接口监控数据图

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线上环境故障定位

当发生线上故障时,API网关提供一系列的故障现场还原措施进行故障的定位与排查,通过日志实时分析、异常流量实时探测、监控告警等技术,快速拿到故障快照、还原故障现场以及迅速定位问题原因。

后端接口调试界面图

总结

作为系统的唯一入口,API网关的地位是至关重要的。API网关位于技术中台的核心要塞,符合技术中台战略发展方向,做到了产品组件化、需求结构化、数据配置化、业务可视化:

  • 产品组件化:具有足够的灵活性和扩展性,支持提供特定场景特定需求。

  • 需求结构化:根据业务能力、业务规则完成需求结构化分解,降低沟通成本。

  • 数据配置化:在线配置业务,快速发布上线。

  • 业务可视化:细粒度划分业务规则,多维度展示业务监控数据。

对于基于微服务架构实现的后端服务而言,接入一个性能高效、安全稳定的API网关,享受其带来的身份认证、路由请求、协议转换等便利,更加专注于自身业务逻辑的开发,是有必要的。利用API网关对各个服务API进行统一的管理和监控,解决客户端与后端服务交互不便的问题,具有十分重要的意义。

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