MOSN 变量机制

一、前言

MOSN 为开发者提供了灵活的变量机制，用户通过变量机制能够实现以下目的：

• 获取请求上下文的相关信息
• 在一次请求的生命周期内传递自定义数据 (跨 Filter 传递数据)
• 影响 MOSN 路由框架的运行结果

二、快速开始

假设我们现在正在开发一个 simpleFilter，该 Filter 处理 Http 请求，且需要实现以下功能：

• 判断请求的 Method，只接受Post请求
• 修改 Post请求 URL 中的 Query String

显然，通过请求的 Header、Body 和 Trailer是无法获取请求的Method信息，也无法修改请求的 URL，但我们可以通过变量机制实现以上功能：

func (f *simpleFilter) OnReceive(ctx context.Context, headers api.HeaderMap, buf buffer.IoBuffer, trailers api.HeaderMap) api.StreamFilterStatus {   
    // 1. 通过变量机制获取请求 Method
    method, err := variable.GetString(ctx, types.VarMethod)
    if err != nil {
        return api.StreamFilterStop
    }

    // 2. 拦截非 Post 请求
    if method != fasthttp.MethodPost {
        return api.StreamFilterStop
    }

    // 3. 修改请求 URL 中的 Query String
    variable.SetString(ctx, types.VarQueryString, "hello=world&foo=bar")
    
	return api.StreamFilterContinue
}

从上述简单例子可见，MOSN 变量机制允许开发者灵活地获取请求上下文的相关信息，并按需修改请求的内容。当然，变量机制的功能远不止上述 Filter 展现的能力，下文将详细介绍变量机制的方方面面。

三、现有变量

上文的例子展示了如何通过变量机制获取请求的 Method信息。除此之外，MOSN 还提供了大量变量，用于提供请求的上下文信息。

下面的表格中，变量名一列方便开发者在编写代码的过程中获取变量内容；字符串值一列则方便在配置文件中获取变量值 (例如配置 access_log时使用 %bytes_received% 获取变量内容)。

需要注意的是：

1. 大部分变量通常具有只读属性，若不清楚后续影响，请不要试图修改变量值
2. MOSN 的变量机制支持任意类型 interface{}的变量，但目前提供的绝大多数变量都是 string 类型的，下文如无特殊备注，均为 string 类型。

3.1 通用变量

3.2 Http1 协议变量

3.3 Http2 协议变量

3.4 其它变量

MOSN 还包含一些特殊模块的变量，对于这些变量，基本原则是：如果你不知道要用这些变量，那就不要用

四、增加自定义变量

上文罗列了 MOSN 中已经预定义的所有变量，基本能够满足 MOSN 路由转发场景的需求，若仍有未能满足的定制化需求，可以考虑通过自定义变量的方式来实现。

一个典型的使用场景是跨 Filter 传递数据，即 Filter1 处理完请求后希望将自定义数据传递给后续 Filter2、3 处理。实现这一需求的方法有以下几种：

• 方案一：使用请求 Header 携带自定义数据
• 方案二：使用请求 ctx 携带自定义数据

方案一的缺点在于会污染用户的原始请求，Filter1塞进 Header 的数据需要在后续 Filter中清理掉，否则就是被带到上游服务端。此外，受限于 Header 值的类型是 string，方案一无法携带非 string 类型的数据。

方案二的缺点在于性能，ctx 的底层实现是单链表结构，每使用 context.WithValue添加一个数据时均会将单链表延长一节，且从 ctx 获取数据时，需要遍历单链表，时间复杂度为 O(n)

MOSN 提供的变量机制即是解决上述问题的推荐方案。使用变量机制传递自定义数据具有以下优点：

• 数据类型无限制：除了最基础的 string 类型外，支持 interface{} 类型的自定义数据
• 性能优异：读写自定义变量的时间复杂度均为 O(1)
• 无侵入性：不侵入用户原始请求、不侵入其它 Filter

MOSN 变量框架提供以下 API 来操作变量： 本节所有 API 均位于 mosn.io/mosn/pkg/variable 包

4.1 注册变量

// 注册新变量
// 需要在 init 函数中调用，否则可能不生效
func Register(variable Variable) error

// 注册前缀变量
// 需要在 init 函数中调用，否则可能不生效
func RegisterPrefix(prefix string, variable Variable) error

// 检查是否已注册某变量
func Check(name string) (Variable, error)

4.2 创建变量

Variable 类型的变量通过以下 API 创建：

// 新建 string 类型变量
func NewStringVariable(name string, data interface{}, getter StringGetterFunc, setter StringSetterFunc, flags uint32) Variable

// 新建 interface{} 类型变量
func NewVariable(name string, data interface{}, getter GetterFunc, setter SetterFunc, flags uint32) Variable

对于绝大多数 (99.99%) 使用场景而言，并不需要去理解上述两个 API 的所有入参的含义，MOSN 变量框架提供了默认实现，直接 Ctrl-CV 即可：

// 方式一：
// 创建并注册新变量：Hello_Variable_1
variable.NewVariable("Hello_Variable_1", nil, nil, variable.DefaultSetter, 0)

// 方式二：
// 创建并注册新变量：Hello_Variable_2
variable.NewVariable("Hello_Variable_2", nil, valueGetter, nil, 0)

上述两种方式的主要区别在于新创建的变量是否有初始值：

• 方式一创建的变量没有初始值，需要先调用 Set方法设置内容后，Get方法才能获取到
• 方式二创建的变量有初始值，初始值由自定义函数 valueGetter提供，无需先 Set便可获取到内容

方式一通常更符合自定义变量的使用场景，即自定义变量需要先 Set后 Get

方式二则是 MOSN 框架自身常用的用法，例如：对于 "Http1_request_method"这个变量而言，① 它是有初始值的，无需先Set；② 它的获取方式较为复杂，需要用底层 Http 请求的结构体中获取，因此在 MOSN 中，该变量的创建方式为：

variable.NewStringVariable(types.VarHttpRequestMethod, nil, requestMethodGetter, nil, 0)

其中 requestMethodGetter便是从 Http 请求的底层结构体获取 Method 值。

4.3 使用变量

一旦注册好变量，便可通过以下 API 来读写变量：

// 获取 string 类型变量值
func GetString(ctx context.Context, name string) (string, error)

// 设置 string 类型变量值
func SetString(ctx context.Context, name, value string) error

// 获取 interface{} 类型变量值，string 类型变量也可通过该 API 获取，Set 同理
func Get(ctx context.Context, name string) (interface{}, error)

// 设置 interface{} 类型变量值
func Set(ctx context.Context, name string, value interface{}) error

// 创建 VariableContext
// 需要注意的是，使用变量机制时，ctx 必须是以下函数创建的 VariableContext
// MOSN 框架中的 ctx 已经默认是 VariableContext，无需额外调用该函数。但在单测场景，需要使用该函数创建 VariableContext，否则无法正常使用变量
func NewVariableContext(ctx context.Context) context.Context

五、通过变量机制与 MOSN 路由框架进行交互

变量机制除了上文所展现的 “数据搬运工” 的身份外，还具备影响 MOSN 核心路由框架的能力。MOSN 核心路由框架本身会在路由过程中读取某些变量来进行路由决策，因此，开发者可以直接通过变量机制来影响 MOSN 路由的结果。MOSN 变量机制支持以下能力：

5.1 通过变量修改路由元信息

5.2 通过变量指定路由集群

用户可以在 mosn.json 配置中指定用于匹配路由集群的变量名，例如：

{
	"routers": [{
		"router_config_name": "hello_mosn",
		"virtual_hosts": [{
			"name": "mosnHost",
			"domains": ["*"],
			"routers": [{
				"match": {"prefix": "/"},
				"route": {"cluster_variable": "VAR_NAME"}
			}]
		}]
	}]
}

在上述配置下，MOSN 在路由时会获取变量 VAR_NAME的值，并将请求路由到该变量值对应的 Cluster 上：用户可以在路由前 (BeforeRoute) 的 Filter 中，通过以下代码让请求被路由到 dst_cluster这个集群上：

variable.SetString(ctx, VAR_NAME, “dst_cluster”)

5.3 通过变量影响路由匹配结果

用于可以在 mosn.json 配置中指定用于匹配路由的变量名，例如：

{
	"routers": [{
		"router_config_name": "hello_mosn",
		"virtual_hosts": [{
			"name": "mosnHost",
			"domains": ["*"],
			"routers": [{
				"match": {
					"variables": [{
						"name": "VAR_NAME",
						"value": "VAR_VALUE"
					}]
				},
				"route": {"cluster_name": "dst_cluster"}
			}]
		}]
	}]
}

在上述配置下，MOSN 在路由时，会将具有变量 VAR_NAME且变量值为 VAR_VALUE的请求转发到 dst_cluster这个集群上

六、总结

综上，变量机制是 MOSN 提供高可扩展性的重要一环，本文对 MOSN 中的变量机制进行了详细介绍，由浅及深，从介绍现有变量开始，到增加自定义变量，再到使用变量与 MOSN 核心路由框架进行交互，供用户一窥变量机制的全貌。