本文来自CSDN，作者/温铭。
API是各个不同的应用程序和系统之间互相调用和传输数据的标准方式。在很多的开发团队中都是使用API-first的模式，围绕着API来进行产品的迭代，包括测试、Mock、文档、API网关、Dev Portal等，这就是API全生命周期管理（Full Life Cycle API Management）。
API解决的问题
在API出现之前，数据的传输和交换并没有标准的方式，大多数情况下是通过数据库、Excel表格、文本，或者是FTP，不同的系统和程序通过各种五花八门的方式来沟通。这些混乱的背后，隐藏了巨大的开发成本和安全隐患：权限控制、数据精细管控、限流限速、审计等，都只能用笨重的方式来解决。这就是计算机世界中的“巴别塔”（Tower of Babel），因此只有解决了不同语言开发的系统以及不同存储方案带来的问题，才有机会构建足够复杂的产品。
而API的出现，则成功地解决了巴别塔问题，开发者只需要关心其他系统对外暴露的API即可，无需关心底层实现和细节。
我们熟知的手机App、网络游戏、视频直播、远程会议和IoT设备，都离不开终端设备与服务端的连接和数据传输，这些都是通过API完成的。
为什么需要API网关
API网关是API全生命周期管理的关键基础组件，负责生产环境中API的配置、发布、版本回滚、安全、负载均衡等。API网关是所有终端流量的入口，负责把终端的API请求路由到正确的上游服务进行处理，然后再把返回的数据返回给原始请求方，同时保证整个过程的安全、可靠和低延迟。
在最开始API数量不多的情况下，API网关往往是一个由Web Server和上游服务两部分拼接而成的虚拟组件：由Apache和NGINX等组件完成最简单的路由转发、反向代理和和负载均衡，其他功能比如身份认证、限流限速等，则依靠上游服务自身进行实现。
但随着API的数量越来越多，喜欢“偷懒”的开发者们发现了一个严重的问题：他们需要在不同的上游服务中，重复实现身份认证、限流限速、日志等通用的功能，这不仅会浪费开发资源，而且一旦需要修改这部分的代码，就需要修改很多代码，这是版本管理和升级维护的噩梦。怎么办呢？聪明的开发者们很快就找到了解决方案：把这些通用的功能抽象到一个统一的组件中，把上述的两层结构改为一层结构，从上游的逻辑代码中剥离与业务无关的功能，然后增强Apache和NGINX这类组件。这就是第一代API网关的诞生过程。
让API网关承载更多非业务逻辑的功能，这就是API网关一直以来的进化方向。在这个过程中，前端开发者和后端开发者们，为了让产品能够更快的迭代，就对API网关提出了越来越多的需求，并不仅仅局限于负载均衡、反向代理、身份认证等传统功能，还在gRPC、GraphQL、可观测性等方面提出了很多新的功能。
API网关的作用
为了让API网关更灵活高效，开发者们在底层上也做了非常多创新，比如：
功能插件化。随着API网关上承载的功能越来越多，如何让这些功能之间更好的隔离以及让二次开发变得更加简单？插件，是完美的解决方案。因此，现在主流的API网关均采用插件来实现各种功能，比如在Apache APISIX中叫做Plugins，在Envoy中则称之为Filters，它们的含义是相同的。插件化可以让网关的开发者不再关心底层实现，用较少的开发资源就可以实现一个新的功能。
数据面和控制面的分离。在第一代API网关的实现中，数据面和控制面是在同一个进程中实现的，这样足够简单，但也带来了很大的安全隐患。由于数据面是直接对外提供服务的，如果被黑客入侵，就有机会获取到控制面的数据（比如SSL证书）和控制权，造成更大的破坏。因此，现在大部分的开源API网关，都是将两者分别部署的，中间通过关系型数据库或者etcd来进行配置的管理和同步。
以Apache APISIX为例，下面的架构图，诠释了以上两个创新：
云原生时代下的挑战
过去十年，IT领域最大的技术变革就是云原生。诞生于2013年的Docker拉开了云原生的帷幕，从此裸金属、虚拟机开始被容器所替代，单体架构开始被微服务所替代。但是云原生并不是简单的技术革命，其背后的推动力主要来自互联网产品的快速发展和激烈竞争，云原生相关的技术生逢其时，迅速流行并替代了之前的很多技术组件和方案。
具体到API网关在云原生中的挑战，主要来自以下两个方面：
单体架构到微服务的转型
在微服务架构逐渐被开发者认可和落地后，该架构释放了巨大的技术红利：每个微服务可以按照自己的节奏进行升级和发布，不需要担心与其他服务的耦合。产品的迭代因此变得敏捷，每天都可以进行几十次甚至几百次的发布。
但与此同时，微服务的发展也带来了一些副作用，比如：
○API和微服务的数量从最初的几十个，增长到几千个，甚至几万个；
○出现故障时如何快速定位是哪一个API引起的？
○如何保证API的安全？
○如何做到服务熔断和服务降级？
API网关无法独立解决安全性、可观察性、灰度发布等问题。它需要与Prometheus、Zipkin、Skywalking、Datadog、Okta等众多开源项目和SaaS服务合作，为企业提供更好的解决方案。
动态和集群化管理
容器和Kubernetes的普及，让动态成为所有云原生基础组件的标准特性。在Kubernetes的环境中，容器在不断的生成和销毁，弹性伸缩成为一个必选项而不是可选项。
想象一个场景：一家互联网电商公司做了一次促销，大量的用户在一个小时内涌入，促销结束后就会离开。对于传统架构的公司来说，他们需要事先采购一批物理服务器，来应对这些高峰时候的API流量；但是对于云原生架构的公司来说，就可以随时使用公有云上的弹性资源，根据API请求的数量，自动的调整网络、计算、数据库等资源的规模即可。那么伴随着容器弹性伸缩而来的技术挑战如下：
○上游服务不断更换IP地址和端口;
○IP黑白名单的频繁更新;
○服务健康的及时检测和异常处理;
○API的频繁发布;
○服务注册和发现的及时性;
○SSL证书的热更新和自动轮转。
想要解决上述这些挑战，均需要依赖于动态。以NGINX为代表的第一代API网关，动态能力是非常弱的。因为NGINX是本地静态配置文件驱动的，所以变更任何配置都需要重启NGINX服务才能生效，这在云原生时代是不能被企业接受的。这就是第一代API网关的技术痛点之一。
在中国，有一家类似微软Office 365的SaaS办公软件公司--WPS，他们有数百台物理机在运行着Apache APISIX，有近万核CPU在处理来自客户端的API请求，每天处理数百亿次API请求。
在这个超大规模的API网关环境下，开发者不可能去逐个修改每一个API网关的配置然后Reload，他们希望有一个统一的控制台来操作整个集群。可惜的是，第一代API网关诞生的年代，并没有这么大的实例规模，也就没有考虑集群管理的需求。
下一代API网关的发展
上述挑战和痛点，逐渐催生了新一代的API网关。
和第一代API网关不同的是，云原生时代诞生的下一代API网关是在开源社区的驱动下快速成长的。借助社区和众多开源贡献者的力量，这些API网关有机会形成一个正向的迭代和进化：
○更快速的收集一线开发者及用户的需求和痛点
○在开源项目中尝试解决这些问题
○开源项目变得更加好用，吸引更多开发者使用
于是，我们看到下一代API网关突破了传统网关的负载均衡和反向代理的定位，而是承担起了API和流量的连接、调度、过滤、分析、协议转换、治理、集成等更多的职责。
支持更低成本的二次开发
同时，让开发者能够以更低的成本进行二次开发，也成为了下一代API网关的亮点。集成是API网关的重要功能之一，对于下游是协议解析和各种协议的转换，包括GraphQL、gRPC、Dubbo等；对于上游是集成Okta、Keycloak、Datadog、Prometheus等身份认证、可观测性服务，以及公司内部的认证、日志、审计等服务。API网关不可能覆盖集成过程中所有的组件，这时候不可避免地需要开发者通过插件的方式进行二次开发，来满足自己的业务需求。不同的API网关提供了不同的二次开发的编程语言和开发方式，Apache APISIX和Kong都可以使用Lua来编写原生插件，Envoy是使用C++编写原生插件。同时，Apache APISIX还可以使用Go、Python、Node、Java和Wasm来编写插件，这些主流的开发语言已经可以覆盖绝大部分开发者了。
开发者不必去学习Lua和C++，就可以使用自己熟悉的编程语言在下一代API网关上进行开发，这让基础组件的开发变得更加简单。开源和易于二次开发，是下一代的API网关最重要的特点，它把更多的选择权留给了开发者自身，同时，开发者也可以更加放心的在多云、混合云的环境下使用API网关，不用担心被云供应商锁定。
基于双十一的API网关流量处理场景
这里，我们用一个具体的例子来解释下现代API网关的作用。
在双十一时，电商都会有各种各样的商品促销活动，这段时间的API请求量是平时的几十倍。让我们先来看下如果没有API网关将会是怎样的技术架构：
可以看到，在Order和Payment服务中，身份认证和日志记录功能是重复的。一个电商的服务，一般会有数千个不同的服务组成，这时候就会有大量的代码和功能是重复开发的。
下面是增加了API网关之后的架构图：
从上图可以看到，我们在API网关层统一了公共的服务，后端服务只需要关心自身业务，为弹性伸缩提供了更多可能。
当促销开始时，客户端大量API请求涌入API网关的时候，后端服务需要进行快速的弹性伸缩，为了保障关键业务不受突发流量的影响，我们需要在API网关上识别恶意爬虫并实现限流限速、服务降级和熔断。此时，我们可以暂时关闭部分服务，比如商品评价、快递查询等。
但是库存信息、购买功能、支付功能等核心业务是绝对不能出现故障的，因此我们需要通过K8s来管理容器服务，再生成更多的服务副本来保证它的正常运行。此时API网关需要将客户端的API请求路由到新生成的副本服务，并且自动移除出现故障的服务，如下图所示。
总结
API网关并不是一个新的基础中间件，而是在产品快速迭代和技术架构的变迁中，变得越来越重要。而下一代云原生API网关的出现则解决了企业用户在集群管理，动态，生态，可观测性以及安全性等方面的痛点。
API网关不仅可以处理API的流量，也可以来处理Kubernetes Ingress和服务网格的流量，进一步降低开发者的学习成本，帮助企业更好的统一管理流量。
