API Gateway: Досконала маршрутизація запитів для мікросервісних архітектур

У світі мікросервісів API Gateway діє як єдина точка входу для всіх клієнтських запитів. Його основна відповідальність — ефективно та безпечно направляти ці запити до відповідних бекенд-сервісів. Ефективна маршрутизація запитів є вирішальною для досягнення оптимальної продуктивності, масштабованості та зручності обслуговування в мікросервісній архітектурі. Цей вичерпний посібник заглиблюється в тонкощі маршрутизації запитів API Gateway, охоплюючи різноманітні стратегії, патерни, параметри конфігурації та найкращі практики.

Розуміння маршрутизації запитів в API Gateway

Маршрутизація запитів — це процес направлення вхідних запитів до правильного бекенд-сервісу на основі певних критеріїв. Цей процес включає аналіз запиту (наприклад, метод HTTP, шлях, заголовки, параметри запиту) та застосування попередньо визначених правил для визначення цільового сервісу. API Gateway часто діє як зворотний проксі, захищаючи внутрішню мікросервісну архітектуру від зовнішнього світу.

Ключові поняття

• Правила маршрутизації: Визначають відповідність між вхідними запитами та бекенд-сервісами. Ці правила зазвичай базуються на атрибутах запиту, таких як шлях URL, метод HTTP або заголовки.
• Виявлення сервісів: Механізм, за допомогою якого API Gateway знаходить доступні екземпляри бекенд-сервісу. Виявлення сервісів є важливим у динамічних середовищах, де екземпляри сервісів можуть часто додаватися або видалятися.
• Балансування навантаження: Розподіл вхідних запитів між кількома екземплярами бекенд-сервісу для запобігання перевантаженню та забезпечення високої доступності.
• Керування трафіком: Контроль потоку трафіку до різних версій або екземплярів сервісу, що дозволяє проводити канаркові розгортання та A/B тестування.
• Безпека: Механізми автентифікації та авторизації для забезпечення доступу до захищених сервісів лише авторизованим клієнтам.

Стратегії маршрутизації запитів

Для маршрутизації запитів в API Gateway можна використовувати кілька стратегій, кожна з яких має свої переваги та недоліки. Вибір правильної стратегії залежить від конкретних вимог програми та складності мікросервісної архітектури.

1. Маршрутизація на основі шляху

Це найпоширеніша і найпростіша стратегія маршрутизації. Запити маршрутизуються на основі шляху URL. Наприклад, запити до /users можуть бути направлені до сервісу `users`, тоді як запити до /products — до сервісу `products`.

Приклад:

Розглянемо платформу електронної комерції. Запити до /api/v1/products можуть бути направлені до мікросервісу каталогу продуктів, тоді як запити до /api/v1/orders — до мікросервісу керування замовленнями. Це дозволяє чітко розділити відповідальність та полегшити управління окремими сервісами.

Конфігурація:

Багато платформ API Gateway дозволяють налаштовувати маршрутизацію на основі шляху за допомогою простого зіставлення шаблонів. Наприклад, у Kong ви можете визначити маршрут, який відповідає запитам з певним шляхом і перенаправляє їх до конкретного сервісу.

Переваги:

• Простота в реалізації та розумінні.
• Легкість у налаштуванні та обслуговуванні.
• Підходить для базових сценаріїв маршрутизації.

Недоліки:

• Може стати складною при великій кількості сервісів.
• Обмежена гнучкість у маршрутизації на основі складніших критеріїв.

2. Маршрутизація на основі заголовків

Запити маршрутизуються на основі значень певних заголовків HTTP. Це корисно для реалізації таких функцій, як узгодження вмісту (наприклад, маршрутизація на основі заголовка `Accept`) або керування версіями (наприклад, маршрутизація на основі власного заголовка `API-Version`).

Приклад:

Уявіть, що у вас є дві версії вашого сервісу `products` (v1 і v2). Ви можете використовувати власний заголовок, наприклад `X-API-Version`, щоб направляти запити до відповідної версії. Запит із `X-API-Version: v1` буде направлено до сервісу v1, тоді як запит із `X-API-Version: v2` — до сервісу v2. Це корисно для поступового розгортання та A/B-тестування.

Конфігурація:

Більшість API Gateway дозволяють визначати правила маршрутизації на основі значень заголовків. Ви можете вказати назву заголовка та очікуване значення для зіставлення. Наприклад, в Azure API Management ви можете використовувати політики для перевірки значень заголовків і відповідної маршрутизації запиту.

Переваги:

• Надає більшу гнучкість, ніж маршрутизація на основі шляху.
• Дозволяє узгодження вмісту та керування версіями.

Недоліки:

• Може бути складнішою в налаштуванні, ніж маршрутизація на основі шляху.
• Вимагає від клієнтів включати певні заголовки у свої запити.

3. Маршрутизація на основі параметрів запиту

Запити маршрутизуються на основі значень параметрів запиту в URL. Це корисно для маршрутизації на основі конкретних критеріїв, переданих як частина запиту, таких як ідентифікатор клієнта або категорія продукту.

Приклад:

Розглянемо сценарій, коли ви хочете направляти запити до різних бекенд-сервісів залежно від географічного розташування клієнта. Ви можете використовувати параметр запиту, наприклад `region`, щоб вказати регіон. Запити з /products?region=eu можуть бути направлені до сервісу каталогу продуктів у Європі, тоді як запити з /products?region=us — до сервісу в Сполучених Штатах. Це допомагає оптимізувати продуктивність та відповідність вимогам для глобальних користувачів.

Конфігурація:

API Gateway зазвичай надають механізми для вилучення параметрів запиту з URL та їх використання в правилах маршрутизації. У Google Cloud API Gateway ви можете визначати правила маршрутизації на основі значень параметрів запиту за допомогою конфігурації сервісу.

Переваги:

• Дозволяє маршрутизацію на основі динамічних критеріїв.
• Корисно для реалізації таких функцій, як регіональна маршрутизація.

Недоліки:

• Може ускладнити URL-адреси та зробити їх важчими для читання.
• Вимагає від клієнтів включати певні параметри запиту у свої запити.

4. Маршрутизація на основі методу

Запити маршрутизуються на основі методу HTTP (наприклад, GET, POST, PUT, DELETE). Це часто використовується в поєднанні з маршрутизацією на основі шляху для створення RESTful API.

Приклад:

Ви можете направити GET /users до сервісу, який отримує інформацію про користувачів, POST /users — до сервісу, який створює нового користувача, PUT /users/{id} — до сервісу, який оновлює користувача, а DELETE /users/{id} — до сервісу, який видаляє користувача. Це використовує стандартні дієслова HTTP для чіткого та послідовного дизайну API.

Конфігурація:

API Gateway зазвичай підтримують маршрутизацію на основі методів HTTP. Ви можете визначити окремі маршрути для кожного методу для даного шляху. AWS API Gateway дозволяє налаштовувати різні інтеграції для кожного методу HTTP на ресурсі.

Переваги:

• Дозволяє створювати RESTful API.
• Чітке розділення відповідальності на основі методів HTTP.

Недоліки:

• Вимагає хорошого розуміння методів HTTP.

5. Маршрутизація на основі вмісту

Запити маршрутизуються на основі вмісту тіла запиту. Це корисно для маршрутизації на основі складних критеріїв або коли рішення про маршрутизацію залежить від даних, що надсилаються в запиті. Це може бути особливо корисним при реалізації GraphQL, де сам запит визначає маршрутизацію.

Приклад:

Розглянемо сценарій, коли у вас є кілька бекенд-сервісів, які обробляють різні типи документів. Ви можете перевірити тіло запиту, щоб визначити тип документа та направити запит до відповідного сервісу. Наприклад, якщо тіло запиту містить JSON-навантаження з полем documentType: 'invoice', ви можете направити запит до сервісу обробки рахунків. Для глобального бізнесу рахунки можуть мати регіональні відмінності (наприклад, правила ПДВ), тому вміст може також ідентифікувати країну для відповідної маршрутизації.

Конфігурація:

Маршрутизація на основі вмісту зазвичай вимагає більш складної конфігурації, ніж інші стратегії маршрутизації. Вам може знадобитися використовувати скрипти або власний код для перевірки тіла запиту та прийняття рішень про маршрутизацію. Tyk API Gateway надає функції для трансформації запитів та написання скриптів, які можна використовувати для маршрутизації на основі вмісту.

Переваги:

• Надає найбільшу гнучкість у прийнятті рішень про маршрутизацію.
• Дозволяє маршрутизацію на основі складних критеріїв.

Недоліки:

• Може бути найскладнішою для впровадження та налаштування.
• Може вимагати власного коду або скриптів.
• Може впливати на продуктивність через необхідність перевіряти тіло запиту.

Патерни маршрутизації запитів

Існує кілька усталених патернів, які можна застосувати для покращення маршрутизації запитів та загальної архітектури мікросервісної системи.

1. Агрегація

API Gateway агрегує відповіді від кількох бекенд-сервісів в одну відповідь для клієнта. Це зменшує кількість необхідних запитів і спрощує роботу клієнта.

Приклад:

Коли клієнт запитує профіль користувача, API Gateway може знадобитися отримати дані від сервісу `users`, сервісу `profiles` та сервісу `addresses`. API Gateway агрегує відповіді від цих сервісів в одну відповідь з профілем користувача, яка потім повертається клієнту. Цей патерн покращує продуктивність і зменшує складність клієнтської програми.

2. Трансформація

API Gateway трансформує запити та відповіді між клієнтом та бекенд-сервісами. Це дозволяє клієнту використовувати інший API, ніж той, що надається бекенд-сервісами, відокремлюючи клієнта від внутрішньої архітектури.

Приклад:

Клієнт може надіслати запит із певним форматом даних або угодою про іменування. API Gateway перетворює запит у формат, який розуміє бекенд-сервіс. Аналогічно, API Gateway перетворює відповідь від бекенд-сервісу у формат, який очікує клієнт. Цей патерн забезпечує більшу гнучкість та адаптивність в мікросервісній архітектурі.

3. Ланцюгування

API Gateway маршрутизує запит до кількох бекенд-сервісів у послідовному порядку. Кожен сервіс виконує певне завдання і передає результат наступному сервісу в ланцюжку.

Приклад:

При обробці замовлення API Gateway може спочатку направити запит до сервісу `order validation`, потім до сервісу `payment processing` і, нарешті, до сервісу `order fulfillment`. Кожен сервіс виконує певне завдання і передає замовлення наступному сервісу в ланцюжку. Цей патерн дозволяє реалізовувати складні бізнес-процеси модульним та масштабованим способом.

4. Розгалуження

API Gateway направляє запит до різних бекенд-сервісів на основі певних умов. Це дозволяє реалізувати різну бізнес-логіку залежно від контексту запиту.

Приклад:

Залежно від місцезнаходження користувача, API Gateway може направити запит до іншого сервісу ціноутворення. Користувачі в Європі можуть бути направлені до сервісу, який застосовує ПДВ, тоді як користувачі в Сполучених Штатах — до сервісу, який цього не робить. Це дозволяє адаптувати бізнес-логіку до конкретних регіонів або сегментів клієнтів.

Параметри конфігурації

Налаштування маршрутизації запитів в API Gateway зазвичай включає визначення маршрутів, сервісів та політик. Конкретні параметри конфігурації залежать від використовуваної платформи API Gateway.

1. Визначення маршруту

Маршрут визначає відповідність між вхідними запитами та бекенд-сервісами. Зазвичай він містить таку інформацію:

• Шлях: Шлях URL для зіставлення.
• Методи: Методи HTTP для зіставлення (наприклад, GET, POST, PUT, DELETE).
• Заголовки: Заголовки для зіставлення.
• Параметри запиту: Параметри запиту для зіставлення.
• Сервіс: Бекенд-сервіс, до якого потрібно направити запит.

2. Визначення сервісу

Сервіс представляє бекенд-сервіс, до якого API Gateway може направляти запити. Зазвичай він містить таку інформацію:

• URL: URL-адреса бекенд-сервісу.
• Перевірка працездатності: Ендпоінт для перевірки працездатності бекенд-сервісу.
• Балансування навантаження: Алгоритм балансування навантаження, який слід використовувати.

3. Політики

Політики використовуються для застосування певної логіки до запитів та відповідей. Їх можна використовувати для автентифікації, авторизації, обмеження швидкості, трансформації запитів та відповідей.

Вибір API Gateway

Існує кілька рішень для API Gateway, кожне з яких має свої сильні та слабкі сторони. Вибір API Gateway залежить від конкретних вимог програми та інфраструктурного середовища.

Популярні рішення API Gateway

• Kong: API Gateway з відкритим кодом, побудований на базі Nginx. Він дуже розширюваний і підтримує широкий спектр плагінів.
• Tyk: API Gateway з відкритим кодом з акцентом на управлінні API та аналітиці.
• Apigee: Комерційна платформа для управління API, яка надає широкий спектр функцій, включаючи API Gateway, аналітику та портал для розробників.
• AWS API Gateway: Повністю керований сервіс API Gateway, що надається Amazon Web Services.
• Azure API Management: Повністю керований сервіс API Gateway, що надається Microsoft Azure.
• Google Cloud API Gateway: Повністю керований сервіс API Gateway, що надається Google Cloud Platform.

Найкращі практики маршрутизації запитів

Дотримання найкращих практик маршрутизації запитів може значно покращити продуктивність, масштабованість та зручність обслуговування мікросервісної архітектури.

1. Зберігайте правила маршрутизації простими

Уникайте надто складних правил маршрутизації, які важко зрозуміти та підтримувати. Простіші правила легше налагоджувати, і вони менш схильні до помилок.

2. Використовуйте виявлення сервісів

Використовуйте виявлення сервісів для динамічного знаходження бекенд-сервісів. Це гарантує, що API Gateway завжди зможе направляти запити до доступних екземплярів, навіть коли сервіси масштабуються або перерозгортаються.

3. Впроваджуйте балансування навантаження

Розподіляйте вхідні запити між кількома екземплярами бекенд-сервісів, щоб запобігти перевантаженню та забезпечити високу доступність. Використовуйте алгоритм балансування навантаження, який відповідає потребам вашої програми (наприклад, round robin, least connections).

4. Захищайте свій API Gateway

Впроваджуйте механізми автентифікації та авторизації для захисту бекенд-сервісів від несанкціонованого доступу. Використовуйте стандартні протоколи безпеки, такі як OAuth 2.0 та JWT.

5. Моніторте та аналізуйте продуктивність маршрутизації

Моніторте продуктивність API Gateway та бекенд-сервісів, щоб виявляти вузькі місця та оптимізувати правила маршрутизації. Використовуйте інструменти аналітики для відстеження затримки запитів, частоти помилок та патернів трафіку.

6. Централізоване управління конфігурацією

Використовуйте централізовану систему управління конфігурацією для керування правилами маршрутизації та іншими налаштуваннями API Gateway. Це спрощує управління та розгортання змін на кількох екземплярах API Gateway.

7. Стратегія керування версіями

Впроваджуйте чітку стратегію керування версіями для ваших API. Це дозволяє вносити зміни у ваші API, не порушуючи роботу існуючих клієнтів. Використовуйте маршрутизацію на основі заголовків або шляху для направлення запитів до різних версій ваших API.

8. Плавна деградація

Впроваджуйте механізми плавної деградації для обробки збоїв у бекенд-сервісах. Якщо бекенд-сервіс недоступний, API Gateway повинен повертати клієнту змістовне повідомлення про помилку замість аварійного завершення роботи.

9. Обмеження швидкості та тротлінг

Впроваджуйте обмеження швидкості та тротлінг для захисту бекенд-сервісів від перевантаження надмірним трафіком. Це може допомогти запобігти атакам типу «відмова в обслуговуванні» та забезпечити швидку реакцію API Gateway.

Висновок

Опанування маршрутизації запитів в API Gateway є вирішальним для створення ефективних, масштабованих та зручних у обслуговуванні мікросервісних архітектур. Розуміючи різні стратегії маршрутизації, патерни, параметри конфігурації та найкращі практики, ви зможете ефективно керувати трафіком до ваших бекенд-сервісів та забезпечувати безперебійний досвід для ваших клієнтів. Оскільки мікросервіси продовжують розвиватися, роль API Gateway у маршрутизації та управлінні запитами буде лише зростати. Вибір відповідного API Gateway для конкретних вимог та інфраструктури також є вирішальним для успіху. Пам'ятайте, що безпека має бути на першому місці при прийнятті всіх рішень щодо маршрутизації.