APIGW vs ServiceMesh

江枫思渺然 提交于 2020-10-01 13:41:58

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APIGW vs ServiceMesh

微服务中的 Service Mesh 是处理进程间通信的可配置网络基础结构层。这和通常称为 Sidecar(边车)代理或 Sidecar 网关的东西很像。它提供了许多功能,例如:

  • 负载均衡
  • 服务发现
  • 健康检查
  • 安全性

从表面上看,APIGW 和 Service Mesh 似乎解决了相同的问题,实际上它们确实解决了相同的问题,但是应用在不同的场景。APIGW 被部署为业务解决方案的一部分,被外部的服务发现,处理纵向的流量(面对外部客户端),但是,Service Mesh 是用来处理横向流量(在不同的微服务之间)。

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  • 东西向通讯:指服务间的相互访问,其通讯流量在服务间流转,流量都位于系统内部;
  • 南北向通讯:指服务对外部提供访问,通常是通过 APIGW 提供的 API 对外部暴露,其通讯流量是从系统外部进入系统内部;

实现 Service Mesh 可避免在代码中出现一些弹性交互,例如:熔断器、服务发现、健康检查以及服务观察。对于少量的微服务,应考虑使用其他替代方法来进行故障管理,因为 Service Mesh 集成可能代价太大了。但对于大量的微服务,它的收益是显著的。

结合这两种技术可能是确保应用程序正常运行时间和弹性伸缩能力的一种有效方法,同时又可以确保您的应用程序易于使用。将两者视为同样的产品是不对的,最好将两者视为在涉及微服务和 API 的部署中相辅相成的工具。

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原本清晰的界限:定位和职责

  • APIGW:负责将服务以 API 的形式暴露(给系统外部),以实现业务功能;
  • Service Mesh:微服务的网络通信基础设施,负责(系统内部的)服务间的通讯;

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从功能和职责上说:

  • 位于最底层的是拆分好的原子微服务,以服务的形式提供各种能力;
  • 在原子微服务上是(可选的)组合服务,某些场景下需要将若干微服务的能力组合起来形成新的服务;
  • 原子微服务和组合服务部署于系统内部,在采用 Service Mesh 的情况下,由 Service Mesh 提供服务间通讯的能力;
  • APIGW 用于将系统内部的这些服务暴露给 系统外部,以 API 的形式接受外部请求;

从部署上说:

  • Service Mesh 部署在系统内部:因为原子微服务和组合服务通常不会直接暴露给外部系统;
  • APIGW 部署在系统的边缘:一方面暴露在系统之外,对外提供 API 供外部系统访问;一方面部署在系统内部,以访问内部的各种服务;

APIGW 访问内部服务,算东西向还是南北向?

问题来了,从流量走向看:这是外部流量进入系统后,开始访问对外暴露的服务,应该属于 “南北向” 通讯。

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但从另外一个角度,如果我们将 APIGW 逻辑上拆分为两个部分,先忽略对外暴露的部分,单独只看 APIGW 访问内部服务的部分,这时可以视 APIGW 为一个普通的客户端服务,它和内部服务的通讯更像是 “东西向” 通讯。

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所以,APIGW 作为一个客户端访问内部服务时,到底算南北向还是东西向,就成为一个哲学问题:完全取决于我们如何看待 APIGW ,是作为一个整体,还是逻辑上分拆为对内对外两个部分。

这个哲学问题并非无厘头,在 APIGW 的各种产品中,关于如何实现 “APIGW 作为一个客户端访问内部服务” ,就通常分成两个流派:

  1. 泾渭分明:视 APIGW 和内部服务为两个独立事物,APIGW 访问内部服务的通讯机制自行实现,独立于服务间通讯的机制;
  2. 兼容并济:视 APIGW 为一个普通的内部服务的客户端,重用其内部服务间通讯的机制;

而最终决策通常也和产品的定位有关:

  • 如果希望维持 APIGW 的独立产品定位,希望可以在不同的服务间通讯方案下都可以使用,则通常选择前者,典型如 Kong;
  • 如果和服务间通讯方案有非常深的渊源,则通常选择后者,典型如 Spring Cloud 生态下的 Zuul 和 SpringCloud Gateway。

但无论选择哪个流派,都改变不了一个事实,当 “APIGW 作为一个客户端访问内部服务” 时,它的确和一个普通内部服务作为客户端去访问其他服务没有本质差异:服务发现、负载均衡、流量路由、熔断、限流、服务降级、故障注入、日志、监控、链路追踪、访问控制、加密、身份认证等等。当我们把网关访问内部服务的功能一一列出来时,发现几乎所有的这些功能都是和服务间调用重复。

这也就造成了一个普遍现象:如果已有一个成熟的服务间通讯框架,再去考虑实现 APIGW,重用这些重复的能力就成为自然而然的选择。典型如前面提到的 Spring Cloud 生态下的 Zuul 以及后面开发的 Spring Cloud Gateway,就是以重用类库的方式实现了这些能力的重用。

这里又是一个类似的哲学问题:当 “APIGW 作为一个客户端访问内部服务” 时,它以重用类库的方式实现了代码级别的能力重用,相当于自行实现了一个和普通服务间通讯方案完全一样的客户端,那这个 “客户端” 发出来的流量算东西向还是南北向?

Sidecar:真正的重合点

在进入 Service Mesh 时代之后,Service Mesh 和 API Gateway 的关系开始是这样:

  • 功能和职责清晰划分;
  • 客户端访问服务的功能高度重叠;

此时两者的关系很清晰,而且由于当时 Service Mesh 和 APIGW 是不同的产品,两者的重合点只是在功能上。而随着时间的推移,当 Service Mesh 产品和 APIGW 产品开始出现相互渗透时,两者的关系就开始变得暧昧。

在 Service Mesh 出现之后,如何为基于 Service Mesh 的服务选择合适的 APIGW 方案,就慢慢开始提上日程,而其中选择重用 Service Mesh 的能力也自然成为一个探索的方向,并逐步出现新式 APIGW 产品。

如何融合东西向和南北向的通讯方案?

其中的一个做法就是基于 Service Mesh 的 Sidecar 来实现 APIGW,从而在南北向通讯中引入 Service Mesh 这种东西向通讯的方案。
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这个时候 Service Mesh 和 APIGW 的关系就变得有意思了,因为 Service Mesh 中 Sidecar 的引入,所以前面的 “哲学问题” 又有了一个新的解法:APIGW 这次真的可以分拆为两个独立部署的物理实体,而不是逻辑上的两个部分:

  • APIGW 本体:实现 APIGW 除了访问内部服务之外的功能;
  • Sidecar:按照 Service Mesh 的标准做法, 我们视 APIGW 为一个部署于 Service Mesh 中的普通服务,为这个服务 1:1 的部署 Sidecar;

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在这个方案中,原来用于 Service Mesh 的 Sidecar,被用在了 APIGW 中,替代了 APIGW 中原有的客户端访问的各种功能。这个方案让 APIGW 的实现简化了很多,也实现了东西向和南北向通讯能力的重用和融合,而 APIGW 可以更专注于 “API Management” 的核心功能。

此时 Service Mesh 和 APIGW 的关系就从 “泾渭分明” 变成了 “兼容并济”。

而采用这个方案的公司,通常都是先有 Service Mesh 产品,再基于 Service Mesh 产品规划(或者重新规划) APIGW 方案,典型如蚂蚁金服的 SOFA Gateway 产品是基于 MOSN,而社区开源产品 Ambassador 和 Gloo 都是基于 Envoy。

上述方案的优势在于 APIGW 和 Sidecar 独立部署,职责明确,架构清晰。但是,和 Service Mesh 使用 Sidecar 被质疑多一跳会造成性能开销影响效率一样,APIGW 使用 Sidecar 也被同样的质疑:多了一跳造成的性能损失。

解决 “多一跳” 问题的方法简单而粗暴,基于 Sidecar,将 APIGW 的功能加进来。这样 APIGW 本体和 Sidecar 再次合二为一:

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至于走到这一步之后,Service Mesh 和 API Gateway 是什么关系:这到底算是 Service Mesh/Sidecar 融合了 APIGW,还是 APIGW 融合了 Service Mesh/Sidecar?这个问题就像斑马到底是白底黑纹还是黑底白纹一样,见仁见智。

BFF:把融合进行到底

BFF(Backend For Frontend)的引入会让 Service Mesh 和 APIGW 走到一个更加亲密的地步。

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在这里,多增加了一个 BFF 层,介于 APIGW 和内部服务(包括组合服务和原子微服务)之间。注意 BFF 的工作模式和组合服务很类似,都是组合多个服务。但差别在于:

  • 组合服务还属于服务的范畴,只是实现机制上组合了多个服务,对外暴露的依然是一个完整和规范的服务;
  • BFF 不同,BFF 如名字所示,Backend For Frontend,完全是为了前端而存在,核心目标之一是简化前端的访问;
  • 对我们今天的话题而言,最关键的一点:BFF 完全收口了从外部进入的流量,而组合服务没有,APIGW 是可以直接访问原子微服务的;

“BFF 完全收口外部流量”,这一点在 APIGW 和 Sidecar 融合之后,会变得很有想象空间,我们先看按照前面的融合方式,在有 BFF 的情况下,APIGW 和 Sidecar 融合后的情景:

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单独看 API Gateway 和 BFF:

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流量从被 API Gateway 接收,到进入 BFF 在这个流程中,这个请求路径中有两个 Sidecar:

  1. APIGW 和 Sidecar 融合之后,这就是一个 “有 API Gateway 功能的大 Sidecar”:虽然扮演了 APIGW 的角色,但本质上依然包含一个完整功能的 Sidecar,和 BFF 自带的 Sidecar 是等同的;
  2. 和 BFF 部署在一起的,是没有 APIGW 功能的普通 Sidecar;

所以,问题来了:为什么要放两个 Sidecar 在流程中,缩减到一个会怎么样?我们尝试将两个 Sidecar 合二为一,去掉 BFF 自带的 Sidecar,直接把扮演 APIGW 的 Sidecar 给 BFF 用:

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此时的场景是这样:

  • 流量直接打到 BFF 上(BFF 前面可能会挂其他的网络组件提供负载均衡等功能);
  • BFF 的 Sidecar 接收流量,完成 API Gateway 的功能,然后将流量转给 BFF;
  • BFF 通过 Sidecar 调用内部服务(和没有合并时一致);

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注意这里有一个关键点,在前面时特意注明的:“BFF 完全收口外部流量”。这是前提条件,因为原有的 APIGW 集群已经不再存在,如果 BFF 没能收口全部流量,则这些未能收口的流量会找不到 APIGW。当然,如果愿意稍微麻烦一点,在部署时清晰的划定需要暴露给外界的服务,直接在这些服务上部署带 APIGW 功能的 Sidecar,也是可行的,只是管理上会比 BFF 模式要复杂一些。

另外,在部署上,按照上面的方案,我们会发现:APIGW 消失了 —— 不再有一个明确物理部署的 APIGW 的集群,常规的中心化的网关在这个方案中被融合到每一个 BFF 的实例中,从而实现另外一个重要特性:去中心化。

总结

本文总结了 Service Mesh 和 API Gateway 的关系,整体上说两者的定位和职责 “泾渭分明”,但在具体实现上,开始出现融合的趋势:

  • 早期传统方式是类库级别的代码复用。
  • 最新趋势是 APIGW 和 Sidecar 合二为一。

参考文档

https://mp.weixin.qq.com/s/aGnPTcoSvAtRhN2u7815Pg

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