API Gateway: Beheersing van Request Routing voor Microservices-architecturen

In de wereld van microservices fungeert een API Gateway als het centrale toegangspunt voor alle client-requests. De kernverantwoordelijkheid is om deze requests efficiënt en veilig door te sturen naar de juiste backend-services. Effectieve request routing is cruciaal voor het bereiken van optimale prestaties, schaalbaarheid en onderhoudbaarheid in een microservices-architectuur. Deze uitgebreide gids duikt in de complexiteit van API Gateway request routing en behandelt diverse strategieën, patronen, configuratieopties en best practices.

Inzicht in API Gateway Request Routing

Request routing is het proces waarbij inkomende requests naar de juiste backend-service worden geleid op basis van bepaalde criteria. Dit proces omvat het analyseren van de request (bijv. HTTP-methode, pad, headers, queryparameters) en het toepassen van vooraf gedefinieerde regels om de doelservice te bepalen. De API Gateway fungeert vaak als een reverse proxy, die de interne microservice-architectuur afschermt van de buitenwereld.

Kernconcepten

Routingregels: Definiëren de koppeling tussen inkomende requests en backend-services. Deze regels zijn doorgaans gebaseerd op request-attributen zoals URL-pad, HTTP-methode of headers.
Service Discovery: Het mechanisme waarmee de API Gateway de beschikbare instanties van een backend-service lokaliseert. Service discovery is essentieel in dynamische omgevingen waar service-instanties frequent kunnen worden toegevoegd of verwijderd.
Load Balancing: Het verdelen van inkomende requests over meerdere instanties van een backend-service om overbelasting te voorkomen en hoge beschikbaarheid te garanderen.
Traffic Management: Het beheren van de verkeersstroom naar verschillende versies of instanties van een service, wat canary deployments en A/B-testen mogelijk maakt.
Beveiliging: Authenticatie- en autorisatiemechanismen om ervoor te zorgen dat alleen geautoriseerde clients toegang hebben tot beschermde services.

Strategieën voor Request Routing

Er kunnen verschillende strategieën worden toegepast voor request routing in een API Gateway, elk met zijn eigen voor- en nadelen. De keuze voor de juiste strategie hangt af van de specifieke eisen van de applicatie en de complexiteit van de microservices-architectuur.

1. Pad-gebaseerde Routing

Dit is de meest voorkomende en eenvoudige routingstrategie. Requests worden gerouteerd op basis van het URL-pad. Bijvoorbeeld, requests naar /users kunnen worden gerouteerd naar de `users`-service, terwijl requests naar /products worden gerouteerd naar de `products`-service.

Voorbeeld:

Neem een e-commerceplatform. Requests naar /api/v1/products kunnen worden gerouteerd naar een productcatalogus-microservice, terwijl requests naar /api/v1/orders worden gerouteerd naar een orderbeheer-microservice. Dit zorgt voor een duidelijke scheiding van verantwoordelijkheden en eenvoudiger beheer van individuele services.

Configuratie:

Veel API Gateway-platforms stellen u in staat om pad-gebaseerde routing te configureren met behulp van eenvoudige patroonherkenning. In Kong kunt u bijvoorbeeld een route definiëren die overeenkomt met requests met een specifiek pad en deze doorstuurt naar een bepaalde service.

Voordelen:

Eenvoudig te implementeren en te begrijpen.
Gemakkelijk te configureren en te onderhouden.
Geschikt voor eenvoudige routingscenario's.

Nadelen:

Kan complex worden bij een groot aantal services.
Beperkte flexibiliteit bij routing op basis van complexere criteria.

2. Header-gebaseerde Routing

Requests worden gerouteerd op basis van de waarde van specifieke HTTP-headers. Dit is nuttig voor het implementeren van functies zoals content negotiation (bijv. routering op basis van de `Accept`-header) of versioning (bijv. routering op basis van een aangepaste `API-Version`-header).

Voorbeeld:

Stel u voor dat u twee versies van uw `products`-service heeft (v1 en v2). U kunt een aangepaste header gebruiken, zoals `X-API-Version`, om requests naar de juiste versie te routeren. Een request met `X-API-Version: v1` zou worden gerouteerd naar de v1-service, terwijl een request met `X-API-Version: v2` naar de v2-service zou worden gerouteerd. Dit is waardevol voor geleidelijke uitrol en A/B-testen.

Configuratie:

De meeste API Gateways maken het mogelijk om routingregels te definiëren op basis van header-waarden. U kunt de headernaam en de verwachte waarde specificeren om overeen te komen. In Azure API Management kunt u bijvoorbeeld beleidsregels gebruiken om de header-waarden te inspecteren en de request dienovereenkomstig te routeren.

Voordelen:

Biedt meer flexibiliteit dan pad-gebaseerde routing.
Maakt content negotiation en versioning mogelijk.

Nadelen:

Kan complexer zijn om te configureren dan pad-gebaseerde routing.
Vereist dat clients specifieke headers in hun requests opnemen.

3. Queryparameter-gebaseerde Routing

Requests worden gerouteerd op basis van de waarde van queryparameters in de URL. Dit is nuttig voor routering op basis van specifieke criteria die als onderdeel van de request worden doorgegeven, zoals klant-ID of productcategorie.

Voorbeeld:

Overweeg een scenario waarin u requests wilt routeren naar verschillende backend-services op basis van de geografische locatie van de klant. U kunt een queryparameter gebruiken, zoals `region`, om de regio te specificeren. Requests met /products?region=eu kunnen worden gerouteerd naar een productcatalogus-service in Europa, terwijl requests met /products?region=us worden gerouteerd naar een service in de Verenigde Staten. Dit helpt de prestaties en naleving voor wereldwijde gebruikers te optimaliseren.

Configuratie:

API Gateways bieden doorgaans mechanismen om queryparameters uit de URL te extraheren en deze te gebruiken in routingregels. In Google Cloud API Gateway kunt u routingregels definiëren op basis van queryparameterwaarden met behulp van serviceconfiguratie.

Voordelen:

Maakt routing op basis van dynamische criteria mogelijk.
Handig voor het implementeren van functies zoals regionale routing.

Nadelen:

Kan URL's complexer en moeilijker leesbaar maken.
Vereist dat clients specifieke queryparameters in hun requests opnemen.

4. Methode-gebaseerde Routing

Requests worden gerouteerd op basis van de HTTP-methode (bijv. GET, POST, PUT, DELETE). Dit wordt vaak gebruikt in combinatie met pad-gebaseerde routing om een RESTful API te bieden.

Voorbeeld:

U kunt GET /users routeren naar een service die gebruikersinformatie ophaalt, POST /users naar een service die een nieuwe gebruiker aanmaakt, PUT /users/{id} naar een service die een gebruiker bijwerkt, en DELETE /users/{id} naar een service die een gebruiker verwijdert. Dit maakt gebruik van de standaard HTTP-werkwoorden voor een duidelijk en consistent API-ontwerp.

Configuratie:

API Gateways ondersteunen over het algemeen routing op basis van HTTP-methoden. U kunt voor een bepaald pad afzonderlijke routes voor elke methode definiëren. AWS API Gateway stelt u in staat om verschillende integraties te configureren voor elke HTTP-methode op een resource.

Voordelen:

Maakt RESTful API-ontwerp mogelijk.
Duidelijke scheiding van verantwoordelijkheden op basis van HTTP-methoden.

Nadelen:

Vereist een goed begrip van HTTP-methoden.

5. Content-gebaseerde Routing

Requests worden gerouteerd op basis van de inhoud van de request body. Dit is nuttig voor routering op basis van complexe criteria of wanneer de routeringsbeslissing afhangt van de gegevens die in de request worden verzonden. Dit kan met name handig zijn bij GraphQL-implementaties waarbij de query zelf de routering aanstuurt.

Voorbeeld:

Overweeg een scenario waarin u meerdere backend-services heeft die verschillende soorten documenten verwerken. U kunt de request body inspecteren om het documenttype te bepalen en de request naar de juiste service te routeren. Als de request body bijvoorbeeld een JSON-payload bevat met een veld `documentType: 'invoice'`, kunt u de request routeren naar de factuurverwerkingsservice. Voor wereldwijde bedrijven kunnen facturen regionale verschillen hebben (bijv. btw-regels), dus de inhoud kan ook het land identificeren om dienovereenkomstig te routeren.

Configuratie:

Content-gebaseerde routing vereist doorgaans een meer geavanceerde configuratie dan andere routeringsstrategieën. Mogelijk moet u scripting of aangepaste code gebruiken om de request body te inspecteren en routeringsbeslissingen te nemen. Tyk API Gateway biedt functies voor requesttransformatie en scripting, die kunnen worden gebruikt voor content-gebaseerde routing.

Voordelen:

Biedt de meeste flexibiliteit in routeringsbeslissingen.
Maakt routing op basis van complexe criteria mogelijk.

Nadelen:

Kan het meest complex zijn om te implementeren en te configureren.
Kan aangepaste code of scripting vereisen.
Kan de prestaties beïnvloeden door de noodzaak om de request body te inspecteren.

Patronen voor Request Routing

Er kunnen verschillende gevestigde patronen worden toegepast om de request routing te verbeteren en de algehele architectuur van een microservices-systeem te versterken.

1. Aggregatie

De API Gateway aggregeert antwoorden van meerdere backend-services tot één enkel antwoord voor de client. Dit vermindert het aantal round trips en vereenvoudigt de clientervaring.

Voorbeeld:

Wanneer een client een gebruikersprofiel opvraagt, moet de API Gateway mogelijk gegevens ophalen van de `users`-service, de `profiles`-service en de `addresses`-service. De API Gateway aggregeert de antwoorden van deze services tot één enkel gebruikersprofielantwoord, dat vervolgens naar de client wordt teruggestuurd. Dit patroon verbetert de prestaties en vermindert de complexiteit van de clientapplicatie.

2. Transformatie

De API Gateway transformeert requests en responses tussen de client en de backend-services. Hierdoor kan de client een andere API gebruiken dan die welke door de backend-services wordt blootgesteld, waardoor de client wordt ontkoppeld van de interne architectuur.

Voorbeeld:

De client kan een request sturen met een specifiek dataformaat of naamgevingsconventie. De API Gateway transformeert de request naar een formaat dat de backend-service begrijpt. Op dezelfde manier transformeert de API Gateway het antwoord van de backend-service naar een formaat dat de client verwacht. Dit patroon zorgt voor meer flexibiliteit en aanpassingsvermogen in de microservices-architectuur.

3. Chaining

De API Gateway routeert een request op een sequentiële manier naar meerdere backend-services. Elke service voert een specifieke taak uit en geeft het resultaat door aan de volgende service in de keten.

Voorbeeld:

Bij het verwerken van een bestelling kan de API Gateway de request eerst routeren naar de `order validation`-service, vervolgens naar de `payment processing`-service en ten slotte naar de `order fulfillment`-service. Elke service voert een specifieke taak uit en geeft de bestelling door aan de volgende service in de keten. Dit patroon maakt het mogelijk om complexe bedrijfsprocessen op een modulaire en schaalbare manier te implementeren.

4. Vertakking

De API Gateway routeert een request naar verschillende backend-services op basis van bepaalde voorwaarden. Dit maakt het mogelijk om verschillende bedrijfslogica te implementeren op basis van de request-context.

Voorbeeld:

Op basis van de locatie van de gebruiker kan de API Gateway de request naar een andere prijsservice routeren. Gebruikers in Europa kunnen worden gerouteerd naar een service die btw toepast, terwijl gebruikers in de Verenigde Staten worden gerouteerd naar een service die dat niet doet. Dit maakt het mogelijk om de bedrijfslogica af te stemmen op specifieke regio's of klantsegmenten.

Configuratieopties

Het configureren van request routing in een API Gateway omvat doorgaans het definiëren van routes, services en beleidsregels. De specifieke configuratieopties variëren afhankelijk van het gebruikte API Gateway-platform.

1. Routedefinitie

Een route definieert de koppeling tussen inkomende requests en backend-services. Het bevat doorgaans de volgende informatie:

Pad: Het te matchen URL-pad.
Methoden: De te matchen HTTP-methoden (bijv. GET, POST, PUT, DELETE).
Headers: De te matchen headers.
Queryparameters: De te matchen queryparameters.
Service: De backend-service waarnaar de request moet worden gerouteerd.

2. Servicedefinitie

Een service vertegenwoordigt een backend-service waarnaar de API Gateway requests kan routeren. Het bevat doorgaans de volgende informatie:

URL: De URL van de backend-service.
Health Check: Het eindpunt om de gezondheid van de backend-service te controleren.
Load Balancing: Het te gebruiken load balancing-algoritme.

3. Beleidsregels

Beleidsregels worden gebruikt om specifieke logica toe te passen op requests en responses. Ze kunnen worden gebruikt voor authenticatie, autorisatie, rate limiting, requesttransformatie en responstransformatie.

Een API Gateway kiezen

Er zijn verschillende API Gateway-oplossingen beschikbaar, elk met zijn eigen sterke en zwakke punten. De keuze van de API Gateway hangt af van de specifieke eisen van de applicatie en de infrastructuur-omgeving.

Populaire API Gateway-oplossingen

Kong: Een open-source API Gateway gebouwd bovenop Nginx. Het is zeer uitbreidbaar en ondersteunt een breed scala aan plugins.
Tyk: Een open-source API Gateway met een focus op API-beheer en analytics.
Apigee: Een commercieel API-beheerplatform dat een breed scala aan functies biedt, waaronder API Gateway, analytics en een ontwikkelaarsportaal.
AWS API Gateway: Een volledig beheerde API Gateway-service aangeboden door Amazon Web Services.
Azure API Management: Een volledig beheerde API Gateway-service aangeboden door Microsoft Azure.
Google Cloud API Gateway: Een volledig beheerde API Gateway-service aangeboden door Google Cloud Platform.

Best Practices voor Request Routing

Het volgen van best practices voor request routing kan de prestaties, schaalbaarheid en onderhoudbaarheid van een microservices-architectuur aanzienlijk verbeteren.

1. Houd Routingregels Eenvoudig

Vermijd overdreven complexe routingregels die moeilijk te begrijpen en te onderhouden zijn. Eenvoudigere regels zijn gemakkelijker te troubleshooten en minder foutgevoelig.

2. Gebruik Service Discovery

Maak gebruik van service discovery om backend-services dynamisch te lokaliseren. Dit zorgt ervoor dat de API Gateway altijd requests kan routeren naar beschikbare instanties, zelfs wanneer services worden geschaald of opnieuw worden geïmplementeerd.

3. Implementeer Load Balancing

Verdeel inkomende requests over meerdere instanties van backend-services om overbelasting te voorkomen en hoge beschikbaarheid te garanderen. Gebruik een load balancing-algoritme dat geschikt is voor de behoeften van de applicatie (bijv. round robin, least connections).

4. Beveilig je API Gateway

Implementeer authenticatie- en autorisatiemechanismen om backend-services te beschermen tegen ongeautoriseerde toegang. Gebruik industriestandaard beveiligingsprotocollen zoals OAuth 2.0 en JWT.

5. Monitor en Analyseer Routingprestaties

Monitor de prestaties van de API Gateway en de backend-services om knelpunten te identificeren en routingregels te optimaliseren. Gebruik analysetools om de request-latentie, foutpercentages en verkeerspatronen te volgen.

6. Gecentraliseerd Configuratiebeheer

Gebruik een gecentraliseerd configuratiebeheersysteem om de routingregels en andere configuraties van de API Gateway te beheren. Dit vereenvoudigt het beheer en de implementatie van wijzigingen over meerdere API Gateway-instanties.

7. Versiestrategie

Implementeer een duidelijke versiestrategie voor uw API's. Hiermee kunt u wijzigingen in uw API's introduceren zonder bestaande clients te breken. Gebruik header-gebaseerde of pad-gebaseerde routing om requests naar verschillende versies van uw API's te routeren.

8. Graceful Degradation

Implementeer 'graceful degradation'-mechanismen om storingen in backend-services op te vangen. Als een backend-service niet beschikbaar is, moet de API Gateway een zinvolle foutmelding naar de client retourneren in plaats van te crashen.

9. Rate Limiting en Throttling

Implementeer rate limiting en throttling om backend-services te beschermen tegen overbelasting door excessief verkeer. Dit kan helpen om denial-of-service-aanvallen te voorkomen en ervoor te zorgen dat de API Gateway responsief blijft.

Conclusie

Het beheersen van API Gateway request routing is cruciaal voor het bouwen van efficiënte, schaalbare en onderhoudbare microservices-architecturen. Door de verschillende routeringsstrategieën, patronen, configuratieopties en best practices te begrijpen, kunt u het verkeer naar uw backend-services effectief beheren en een naadloze ervaring aan uw klanten bieden. Naarmate microservices blijven evolueren, zal de rol van de API Gateway bij het routeren en beheren van requests alleen maar kritischer worden. Het selecteren van de juiste API Gateway voor de specifieke vereisten en infrastructuur is ook cruciaal voor succes. Vergeet niet om beveiliging bij alle routeringsbeslissingen voorop te stellen.