微服务网关哪家强？一文看懂Zuul, Nginx, Spring Cloud, Linkerd性能差异

导语：API Gateway是实现微服务重要的组件之一。面对诸多的开源API Gateway，如何进行选择也是架构师需要关注的焦点。本文作者对几个较大的开源API Gateway进行了压力测试，对于架构师来说，相信可以提供不少帮助。

过去一段时间，OpsGenie的员工数量和产品特性都经历了快速发展。去年，仅仅是我们的工程师团队就由15人增长到了50人。针对开发团队的划分，我们遵循两个披萨原则[1]将每个团队控制在8个工程师。

如你所料的，我们的产品还是一个单体应用。对并行开发的团队来说，CI/CD等过程，开发和运维都是有挑战的。我们跟随当前的技术趋势，正处于单体应用到微服务架构的过渡期。你可以阅读Martin Fowler的这篇文章[2]，了解更多微服务架构和它的好处。

这里有一些关于微服务概念推荐的架构模式[3]。其中的一个模式是API网关[4]。API网关是所有客户端的统一入口。API网关对于任意一种处理请求有两种方式处理。一部分请求只要简单路由到相应的服务；还有一些请求需要拆分到多个服务。

API网关模式是开始微服务架构很好的切入点，因为它能路由具体的请求到拆分出来的不同服务。事实上，API网关对我们来说不是一个新概念。到目前为止，我们已经使用过Nginx放在我们的单体应用前面充当API网关，但是我们想重新评估过渡时期继续使用Nginx的合理性。我们关心性能、可扩展性和其他的扩展能力，例如限流。首先，评估大流量下的性能，确保它们能满足我们的需求。

在这篇文章中，我们讲解如何设置我们的测试环境，并且对比这些网关的性能： Zuul 1[5], Nginx[6], Spring Cloud Gateway[7], Linkerd[8]。事实上，我们还有另外两个选择Envoy[9]和 UnderTow[10]。我们将会对这些工具做相同的测试，并且在后面的博客中公布测试结果。

Zuul 1由于使用Java开发，并且对Spring框架有很强的支持，对我们来说似乎很合适。尽管有很多文章对比过Zuul和Nginx，但是我们还想跟Spring Cloud Gateway和Linkerd一起评估。此外，我们计划做高负载的测试，所以我们决定设置我们自己的测试环境。

为了评估API网关各自的性能，我们为OpsGenie产品创建了一个隔离的独立测试环境。我们使用Apache的ab作为压测工具。

首先，我们参照Nginx文档在一个单核1G内存的AWS EC2实例上安装了一个Nginx。这个环境是我们的初始测试环境，然后我们安装Zuul和Spring Cloud Gateway到这个环境中。Nginx为静态资源提供web服务，我们通过Nginx、Zuul和Spring Cloud Gateway定义反向代理到这个web服务。我们同样启动了另外一个单核1G内存的EC2实例发起压测请求。

图片中的箭头是我们的测试路径。这里有4种情况：

直接访问
Nginx反向代理访问
Zuul访问
Spring Cloud Gateway访问
Linkerd访问

我们知道大家急于想看测试结果，所以，我们先给测试结果，然后再做详细说明。

性能压测总结

测试策略

我们使用Apache的ab做压测工具。我们发起总共10000个请求、使用200个并发线程分别进行压测。

我们将在3种不同配置的AWS EC2服务器上进行测试。我们会缩小每一步的测试用例的范围：

尽管我们不选择直接访问，但是我们在第一步额外做了直接访问的测试，用于衡量代理的理想值，这个测试我们不会在后面的步骤中进行。
尽管Spring Cloud Gateway依然没有官方稳定版，我们会在最后那步评估它。
Zuul随后的性能比第一次压测的性能更好。我们估计出现这种情况的原因是第一次压测进行了JIT优化，所以我们把针对Zuul的第一次压测当成“预热”。在总结表中的值是预热之后的性能。
我们知道Linkerd是资源密集型代理，所以我们只在高资源配置的最后一步对比。

测试配置

T2.Micro——单核1G内存：我们对比测试直接访问、Nginx反向代理和Zuul（预热之后）。

M4.Micro ——双核8G内存：我们对比测试Nginx反向代理和Zuul（预热之后）。

M4.2xLarge——8核32G内存：我们对比测试Nginx反向代理、Zuul（预热之后）、Spring Cloud Gateway和Linkerd。

测试结果

性能压测结果如下

测试详情

直接访问

首先，我们不使用代理，直接访问静态资源。结果如下，单个请求平均30ms。

Nginx反向代理

我们的第2个测试，通过Nginx反向代理访问资源。单次请求平均耗时40ms。可以说，Nginx代理对比直接访问，平均增加了33%的耗时。

Zuul反向代理

接下来，我们创建了一个Spring Boot应用：

这是我们的application.yml文件：

Zuul第1次测试结果如下：

直接访问Nginx单次请求是30ms，通过Nginx反向代理访问是40ms。Zuul首次访问单次请求在388ms。如在另外一篇博客[12]中提到的，JVM预热会有作用。我们重新压测，结果如下：

预热后Zuul代理的性能更好（单次请求是200ms），但是跟Nginx反向代理的40ms对比，仍然不好。

服务器升级到双核8G内存会怎么样呢？

前面的测试服务器配置是单核1G内存。Nginx是C++应用，Zuul是基于Java的。我们知道，Java应用对环境要求更苛刻。所以我们将服务器配置换成双核8G内存实例。

我们重新对Nginx和Zuul做压测，结果如下

由上面图片可见，Nginx反向代理和Zuul代理单次请求花费时间分别是32ms和95ms。这次压测结果比单核1G内存的40ms和200ms更好。

由此可见，使用Spring Boot部署的Zuul有额外的消耗。很可能Zuul的独立应用会有更好的性能。

服务器升级到8核32G内存会怎么样呢？

我们继续评估8核32G内存的服务器配置。Nginx和Zuul的压测结果如下

在8核32G的配置上，Zuul跑赢了Nginx。我们想找到Netflix的Zuul实例部署在哪种类型的ec2服务器上，但是我们没有找到任何信息。一些博客中，有人说了Zuul的性能，并且询问Netflix如何处理的。我们认为这可能是答案，Zuul使用CPU绑定。

Linkerd压测

Linkerd是CNCF的项目，是Scala开发的service mesh应用。他提供反向代理能力用于扩展service mesh能力，例如服务发现。我们评估Linkerd性能并且给出如下结果。Linkerd跟Zuul的性能很接近。

Spring Cloud Gateway性能测试

Spring Cloud组织也开发了一个Gateway模块。尽管官方还没有正式版本，我们觉得还是有必要跟其他选择进行对比。但是，我们按照我们的测试环境修改了Gateway的例子。

我们用Apache的ab使用了20个线程、发了总共10000个请求做了同样的压测。测试结果在下面这张图中：

由上图可见，Spring Cloud Gateway每秒能处理873个请求，单次请求平均耗时229ms。根据我们的测试结果，Spring Cloud Gateway不能达到Zuul、Linkerd、Nginx的性能水平，这是他们目前最新版本测试的结果。Nginx、Zuul、Linkerd和Spring Cloud Gateway的最后一次测试结果上面已经给出。

接下来呢？

这篇文章中，我们使用Apache的工具ab对比了Zuul、Nginx、Linkerd和Spring Cloud Gateway的性能。下一步我们的计划如下：

我们计划去评估Envoy。事实上，Envoy不止是API网关，它是service mesh，但是也提供了API网关功能，能放在应用的前面。
Undertow也有反向代理能力，所以我们也计划去评估一下。
Netflix基于Netty的非阻塞重新设计了Zuul应用，新的版本叫“Zuul 2”。如果官方发布了新版本的Zuul，我们也会进行性能压测，然后将压测结果分享出来。
Spring Cloud Gateway依然在开发中，基于Netty的非阻塞的Java网关，所以对我们来说是一个很好的候选。我们将会评估它的官方稳定版的性能。
一些API网关（Zuul 1）是阻塞的，另外一些（Zuul 2、Linkerd、Envoy）是非阻塞的。阻塞架构对开发和跟踪请求友好，但是阻塞可能产生扩展性问题。非阻塞架构对于团队开发和跟踪更复杂，但是有更好的可扩展和弹性。我们之后将会决定使用阻塞架构还是使用非阻塞架构。
我们将使用Gatling做性能测试，将在我们的下一篇博客中共享结果。

我们将会在博客中共享每一步的成功结果，敬请期待！

文中链接

[1] http://www.businessinsider.com/jeff-bezos-two-pizza-rule-for-productive-meetings-2013-10

[2] https://martinfowler.com/articles/microservices.html

[3] http://microservices.io/patterns/microservices.html

[4] http://microservices.io/patterns/apigateway.html

[5] https://github.com/Netflix/zuul

[6] http://www.nginx.com/

[7] https://github.com/spring-cloud/spring-cloud-gateway

[8] https://linkerd.io/

[9] http://envoyproxy.io/

[10] http://undertow.io/

[11] https://httpd.apache.org/docs/2.4/programs/ab.html

[12] http://instea.sk/2015/04/netflix-zuul-vs-nginx-performance/

[13] https://gatling.io/