RESTful API 设计最佳实践

本文首发于 刘星的个人网站 www.liuxing.io

简介

RESTful API 是目前最流行的 API 设计规范，它用于 Web 数据接口的设计。它允许包括浏览器在内的各种客户端与服务器进行通信。因此正确是设计我们的 RESTful 是相当重要的！我们的 API 必须安全、高性能、同时易于使用。

在本文我们将探讨如何设计出易于使用并且安全快速的的 RESTful API 。

RESTful API 即是基于 Rest 构建的 API 。那么在开始之前，我们先来看看 REST 是什么？

REST 与技术无关，它代表的是一种软件架构风格，REST 它是 Representational State Transfer 的简称，中文的含义是: 表现层状态转移(转移：通过 HTTP 动词实现)。即 URL 定位资源，HTTP 动词操作（ GET，POST，PUT，DELETE ）描述操作。

确保接受并响应 JSON 数据格式

RESTful API 应该接受 JSON 格式的请求，并返回的响应体也应该是 JSON 格式的。JSON 是一种数据传输标准，主流编程语言几乎都能很好的支持它。同时在浏览器中我们的 JavaScript 也能很轻松方便的操作这些数据。所以，以 JSON 格式编写的 RESTful API 具有简单、易读、易用的特点。

为了确保当我们的 RESTful API 服务使用 JSON 格式响应，我们应该将其响应头的Content-Type设置为application/json。

让我们来看一个接收 JSON 数据并返回 JSON 数据的 API 示例。本示例使用 Node.js 的 Express 框架。我们使用了 body-parser 中间件来解析 JSON 请求体，然后使用 res.json 返回传入的 JSON 对象。

const express = require('express');
const bodyParser = require('body-parser');

const app = express();

app.use(bodyParser.json());

app.post('/', (req, res) => {
  res.json(req.body);
});

app.listen(3000, () => console.log('server started'));

在本示例中 bodyParser.json() 将 JSON 请求体的字符解析为 JavaScript 对象，然后将其分配给该req.body对象。

在 API 路径中使用名词代替动词

RESTful API 是面向资源的 API，HTTP 动词操作（ GET，POST，PUT，DELETE ）描述操作。

我们不应该在 URL 路径中使用动词。我们应该使用要操作的实体的名词作为路径名。因为我们的 HTTP 请求方法本身就是动词，就能描述要进行的操作，如常见的方法包括 GET，POST，PUT 和 DELETE，这些请求方法即可完成 CRUD。

• GET 检索资源。

• POST 将新数据提交到服务器。

• PUT 更新现有数据。

• DELETE 删除数据。

例如，我们有个文章(/articles/)资源。我们对其进行 CRUD 的 RESTful API 如下：

• 使用 GET /articles/来获取文章列表
• 使用 POST /articles/ 添加新文章
• 使用 PUT /articles/:id 更新给定 ID 的文章
• 使用 DELETE/articles/:id 删除具有给定 ID 的文章

我们通过 Express 来实现上面这个增删改查的例子，如下所示：

const express = require('express');
const bodyParser = require('body-parser');

const app = express();

app.use(bodyParser.json());

app.get('/articles', (req, res) => {
  const articles = [];
  // code to retrieve an article...
  res.json(articles);
});

app.post('/articles', (req, res) => {
  // code to add a new article...
  res.json(req.body);
});

app.put('/articles/:id', (req, res) => {
  const { id } = req.params;
  // code to update an article...
  res.json(req.body);
});

app.delete('/articles/:id', (req, res) => {
  const { id } = req.params;
  // code to delete an article...
  res.json({ deleted: id });
});

app.listen(3000, () => console.log('server started'));

在上面的示例代码中，我们定义了 API 来操作文章(articles)资源。如我们所见，API URL 路径中使用的都是名词，作为动词的请求方法说明了 API 的操作意图。

使用名词复数

我们应该使用复数名词来命名集合。

通常，我们想要取得的数据都是一个集合，而不是单个项目。同时数据库中的表也是具有多个条目的。所以我们的 API 也应该使用复数名词，这样更合乎情理。

嵌套分层的资源对象

在处理嵌套资源的 API 时，应该将嵌套资源附加到父资源的路径之后。

例如一个文章有评论列表，获取某个文章的评论列表的 API 则为:

GET /articles/:articleId/comments

我们可以使用 express 来做个示范：

const express = require('express');
const bodyParser = require('body-parser');

const app = express();

app.use(bodyParser.json());

app.get('/articles/:articleId/comments', (req, res) => {
  const { articleId } = req.params;
  const comments = [];
  // code to get comments by articleId
  res.json(comments);
});


app.listen(3000, () => console.log('server started'));

使用标准的 http 状态码

为了消除 API server 发生错误时用户的困惑，我们应该优雅地处理错误，并返回指示发生了具体错误的 HTTP 响应代码以及明确的错误信息。这可以很好的为 API 使用者提供了足够的信息来了解所发生的问题。

常见的错误 HTTP 状态代码包括：

• 400 错误的请求 – 这意味着客户端输入验证失败。
• 401 未经授权 - 这意味着用户无权访问资源。通常在用户未通过身份验证时返回。
• 403 禁止访问 - 表示用户已通过身份验证，但不允许其访问资源。
• 404 Not Found – 表示找不到资源。
• 500 内部服务器错误 – 这是一般服务器错误。它可能不应该明确地抛出。
• 502 错误的网关 - 这表明来自上游服务器的无效响应。
• 503 服务不可用 – 这表示服务器端发生了意外情况（可能是服务器过载，系统某些部分发生故障等）。

我们应该抛出服务错误相对应的错误码。例如，如果我们要拒绝客服端发起的请求，则应在 Express API 中返回如下所示的 400 响应：

const express = require('express');
const bodyParser = require('body-parser');

const app = express();

// existing users
const users = [
  { email: '[email protected]' }
]

app.use(bodyParser.json());

app.post('/users', (req, res) => {
  const { email } = req.body;
  const userExists = users.find(u => u.email === email);
  if (userExists) {
    return res.status(400).json({ error: 'User already exists' })
  }
  res.json(req.body);
});


app.listen(3000, () => console.log('server started'));

在上面的示例中，用户尝试创建一个已经存在的 user，将获得 400 响应状态代码，并带有一条'User already exists' 的错误消息，让用户知道该用户已经存在。利用这些信息，用户可以通过使用其他 email 来创建新用户。

通常错误代码需要附带明确错误消息，以便用户有足够的信息来了解自己遇到了什么问题。

每当我们的 API 未成功调用时，都应通过发送明确的错误信息来帮助用户采取纠正措施来完成操作。

添加过滤，排序和分页功能

通常我们的数据都会非常庞大。我们不可能一次全部返回，这会非常慢也可能导致系统崩溃。因此，我们需要有过滤，分页数据的方式。过滤和分页都可以通过减少消耗服务器资源来提高性能。这些功能相当基础且重要。

分页、过滤、排序查询都功能都应该使用查询参数来实现。如：

/employees?page=1&pageSize=10&firstName=Xing

下面这就是一个带有过滤查询的示例：

const express = require('express');
const bodyParser = require('body-parser');

const app = express();

// employees data in a database
const employees = [
  { firstName: 'Jane', lastName: 'Smith', age: 20 },
  //...
  { firstName: 'John', lastName: 'Smith', age: 30 },
  { firstName: 'Mary', lastName: 'Green', age: 50 },
]

app.use(bodyParser.json());

app.get('/employees', (req, res) => {
  const { firstName, lastName, age } = req.query;
  let results = [...employees];
  if (firstName) {
    results = results.filter(r => r.firstName === firstName);
  }

  if (lastName) {
    results = results.filter(r => r.lastName === lastName);
  }

  if (age) {
    results = results.filter(r => +r.age === +age);
  }
  res.json(results);
});

app.listen(3000, () => console.log('server started'));

保持良好的安全意识

客户端和服务器之间的大多数通信应该是私有的。因此，必须使用 SSL/TLS 进行安全保护。现在加载 SSL 成本是相当低的。我们没有理由不使用它。

同时，不同的用户具有不同的数据访问权限。例如，普通用户不应该能够访问其他用户的信息。他们也不应该能够访问管理员的数据。

适当缓存数据以提高性能

可以适当添加缓存服务，从缓存中返回常用数据，而不是每次都从数据库去读取。缓存的好处是可以更快地获取数据，但是也让我们获取最新的数据变得复杂。缓存方式有很多如：Redis 、内存缓存( in-memory cache)等等，我们应该根据自己的应用具体情况来选择是不是该用缓存，使用哪种缓存机制。

这儿我们来使用 Express 的apicache中间件来实现一个简单的内存缓存:

const express = require('express');
const bodyParser = require('body-parser');
const apicache = require('apicache');
const app = express();
let cache = apicache.middleware;
app.use(cache('5 minutes'));

// employees data in a database
const employees = [
  { firstName: 'Jane', lastName: 'Smith', age: 20 },
  //...
  { firstName: 'John', lastName: 'Smith', age: 30 },
  { firstName: 'Mary', lastName: 'Green', age: 50 },
]

app.use(bodyParser.json());

app.get('/employees', (req, res) => {
  res.json(employees);
});

app.listen(3000, () => console.log('server started'));

版本化我们的 API

原则上我们应该尽量让 API 避免破坏性变更，保持向后兼容。但是经常有些时候破坏性的变更是不可避免的，这时版本化的 API 就派上用场了。当我们发布了不兼容或重大更改变，则可以将其发布在新版本中的 API 。

我们通常通过 URL 来实现版本化，及添加版本号在我们 API 路径的开头，例如：api.liuxing.io/v1 api.liuxing.io/v2

我们可以在 express 很简单的实现版本化的 RESTful API:

const express = require('express');
const bodyParser = require('body-parser');
const app = express();

app.use(bodyParser.json());

app.get('/v1/employees', (req, res) => {
  const employees = [];
  // code to get employees
  res.json(employees);
});

app.get('/v2/employees', (req, res) => {
  const employees = [];
  // different code to get employees
  res.json(employees);
});

app.listen(3000, () => console.log('server started'));

总结

设计高质量 RESTful API 的最重要的一点是遵循 Web 标准和约定以保持一致性。JSON 、SSL/TLS 和 HTTP 状态代码都是现代 Web 的标准。性能也是重要的考虑因素。我们可以使用分页、缓存等手段来提升性能。可维护性可扩展性也是我们需要考虑的。

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本文完

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