在构建大型系统时，负载均衡、反向代理和API网关等概念经常会被提及。尽管这些术语有时可以互换使用，但它们各自承担着不同的职责和角色，对于理解和优化系统的性能至关重要。

负载均衡器

现代高流量网站面临着处理来自大量用户的并发请求的挑战。无论是提供文本、图像、视频还是应用程序数据，满足这些需求都需要大幅提高处理能力，这通常是通过添加更多服务器来实现的。为了最大限度地提高所有服务器的效率，传入的请求需要在它们之间进行分配。这种在一组后端服务器之间分配网络流量的过程称为负载均衡。下图展示了典型的负载均衡环境。

负载均衡是一个专用于负载均衡的软件组件，位于服务器前面。负载均衡有效地管理请求，确保快速服务。如果服务器崩溃，负载均衡会将流量重定向到其他活动服务器。当新服务器加入该组时，负载均衡会自动开始将请求路由到它。

此外，负载均衡可以配置为对注册的后端服务器执行健康检查。这些运行状况检查充当验证后端服务器可用性的测试。

负载均衡的优点

• 在多个服务器之间有效地分配客户端请求或网络负载。
• 通过减轻特定服务器上的负载来缩短响应时间。
• 通过仅将请求定向到在线服务器来确保高可用性和可靠性。
• 通过根据网络要求动态添加或删除服务器来促进可扩展性。
• 能够及早检测故障，从而在不影响其他资源的情况下进行有效管理。
• 提供 SSL 终止，通过处理 SSL 流量解密来减少 Web 服务器上的计算负载。
• 通过额外的保护层增强安全性，保护系统免受分布式拒绝服务 (DDoS) 和其他类型的攻击。

反向代理

反向代理充当客户端和服务器之间的中介。当代理将请求转发到相关服务器时，客户端仅与反向代理交互以到达后端服务器。这种机制隐藏了内部网络中各个服务器的实现细节。如下所示，反向代理位于源服务器前面，并确保没有客户端直接与该源服务器通信。

反向代理经常用于：

• 通过负载均衡进行负载分配。
• 缓存——对于重复的请求，它可以独立响应，无论是部分还是全部。经常访问的内容存储在代理缓存中，减少了从后端获取数据的需要，并为客户端提供更快的响应。
• 安全措施——它提供了实施防病毒或数据包过滤器等控制系统的选项。这些系统位于互联网和专用网络之间，为后端提供额外的保护。
• SSL 终止 — 可将其设置为解密传入请求并加密传出响应，从而释放宝贵的后端资源。

反向代理在 OSI 模型的第 7 层（应用程序层）发挥作用，在 HTTP 级别管理请求和响应。这使他们能够提供高级特性和功能。其中一项功能是 URL 重写、简化复杂的 URL 并增强 SEO。

反向代理的好处

通过实施反向代理，网站或服务可以维护其源服务器 IP 地址的机密性。这增加了一层安全保护，因为攻击者只能将攻击目标指向反向代理。反向代理更安全、资源更丰富，可以增强对网络攻击的防御能力。

API网关

将API 网关视为反向代理的扩展版本。 API网关不仅转发请求，还向客户端隐藏架构中的后端分区。它超越了简单的请求转发，可能参与编排或聚合。这简化了客户端代码并减少了 API 请求/往返次数。此外，客户端不与多个后端交互，而是仅与 API 网关通信。另一方面API网关涉及协议转换，其中 API 网关可以转换协议（例如，XML 到 JSON、gRPC 到 JSON）以促进客户端-服务器集成。 API 网关是解决安全性、可靠性、可扩展性、可观察性和可追溯性等各种基本功能的关键工具。

API网关的主要特点

• 请求路由——将传入请求引导至相关服务。
• API组合——将多个服务组合成一个统一的API。
• 速率限制 - 管理用户在定义的时间内可以向 API 发出的请求量。
• 安全性——包含身份验证和授权等功能。
• 集中管理——提供一个统一的平台来管理我们生态系统内的各个方面。
• 分析和监控——实现全面的分析和跟踪功能。

API网关内部步骤

在下图中，蓝色的块是 HTTP 请求所经历的步骤。黄色块是 API Gateway 在处理 HTTP 请求时提供的其他功能。

• 参数验证 - API 网关检查并验证 HTTP 请求中的属性。
• 允许/拒绝列表 - API 网关判断允许/拒绝列表以进行请求验证。
• 身份验证和授权 - API 网关通过身份提供商验证并授予授权。
• 速率限制 — 执行速率限制规则，超过限制的请求将被拒绝。
• 动态路由和服务发现 - API 网关使用路径匹配将请求定向到相关后端服务。
• 协议转换——API网关将请求转换为合适的协议并将其中继到后端微服务。
• 错误处理 - API 网关管理请求处理期间遇到的任何错误，以确保服务平稳降级。
• 断路 — API 网关结合了断路等弹性模式来识别故障，防止互连服务过载并减轻级联故障。
• 日志记录和监控——API 网关利用 ELK 堆栈 (Elastic-Logstash-Kibana) 等可视化工具，促进日志记录、监控、跟踪和调试。
• 缓存 — API 网关可以选择缓存重复请求的响应，从而增强整体响应能力。

三者之间的主要区别

• API 网关专门负责 API 管理，负载均衡器分配网络流量，反向代理确保安全请求转发。
• 虽然 API 网关和反向代理都可以管理请求路由，但它们的核心目标有所不同。
• 负载均衡器主要在传输层运行，而 API 网关和反向代理在应用层运行。

更多差异如下所示：

总结

• 负载均衡器长分配网络流量，以增强可用性、可扩展性，甚至跨多个服务器的负载分配，通常应用于 Web 应用程序和服务。
• API 网关专注于微服务架构中 API 的管理、安全性和优化。它们的关键作用包括公开、保护和控制对 API 的访问。
• 反向代理在安全性、性能优化和负载平衡方面都有应用。它们经常用于 Web 服务器、缓存解决方案，并作为应用程序交付网络的组成部分。

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