【架构师必看】RESTful API规范及最佳实践

作者：禅与计算机程序设计艺术

1.简介

前言 API（Application Programming Interface）应用程序编程接口，是一个开放平台，它允许不同应用之间进行信息交流和服务互通。而RESTful API（Representational State Transfer Representational State Transfer），即“表现层状态转移”的API，则是一个典型的面向资源设计的接口，其结构清晰、标准化、易于理解、扩展性强，也被广泛使用。RESTful API是一种最具代表性的Web服务标准，也是云计算、移动互联网等新兴技术的支柱。本文将对RESTful API做一个详细的阐述和介绍，并对其进行规范和最佳实践进行讲解。希望能给读者提供更加深入、全面的了解。阅读完后，读者可以掌握RESTful API的规范、设计方法和最佳实践，从中学习到如何有效地实现自己的RESTful API。

2.什么是RESTful API？

RESTful API（Representational State Transfer Representational State Transfer），即“表现层状态转移”的API，是一种基于HTTP协议的面向资源的应用级的开发接口形式，用于实现客户端与服务器端的通信。它严格遵循一组设计原则和约束条件，包括资源的统一表示、URL定位资源、使用HTTP动词表示操作、返回合适的HTTP状态码、使用Content-Type指定返回内容类型、其他方面。因此，通过设计符合RESTful API设计风格的接口，可以让客户端和服务器端的开发变得简单、高效，同时也可以提升服务的可靠性、可用性和伸缩性。简而言之，RESTful API是一组定义良好的基于HTTP协议的请求响应规则，用来对外提供服务的API。

3.RESTful API的设计原则

下面介绍一下RESTful API的设计原则。

3.1 URI（Uniform Resource Identifier）唯一标识符

URI（Uniform Resource Identifier）即统一资源标识符，它唯一标识网络上的资源，由一串字符组成，用以标示某个资源，或者在Internet上以某种方式存在。在RESTful API中，URI通常作为API的访问地址或接口路径，如https://api.example.com/users，https://api.example.com/v1/articles等。 一般来说，URI应该采用名词单复数一致的结构，即如果某个资源是集合，那么它的URI应该用复数形式；反之，如果某个资源是个体，那么它的URI应当用单数形式。例如，对于用户管理系统中的用户资源，URI应该使用/users作为集合的URI，而对于某个具体的用户，可以使用/users/{id}作为它的URI。这样做有几个好处：

1. 同义词问题解决：由于URI都具有唯一性，因此可以通过它直接获取到所需要的数据，消除了不同意义相同名称的问题。

2. 统一的访问入口：所有资源都通过统一的访问入口进行访问，避免了不同资源之间的命名冲突。

3. 使用http协议访问：由于HTTP协议支持多种方式访问资源，因此RESTful API一般都采用HTTP协议进行传输。

4. 分层结构：RESTful API是一套分层次的架构，层次越高，就越抽象，使用起来就越容易，因此可以更好地应对业务变化。

5. 提高可扩展性：RESTful API是通过标准协议定义的接口，不同的厂商、软件之间可以互相借鉴，方便不同场景下的集成工作。

   3.2 HTTP动词

   RESTful API使用HTTP协议作为其传输层协议，而HTTP协议又规定了7种不同的请求方法，分别是GET、POST、PUT、DELETE、PATCH、HEAD和OPTIONS。RESTful API的设计原则就是使用HTTP协议中适用的请求方法，下面逐一介绍这些请求方法。

6. GET（SELECT）：GET方法用于获取资源，对应数据库中的SELECT语句。GET方法的请求应该包含一个查询字符串，该查询字符串可以指定要获取哪些资源，以及它们的过滤条件。GET方法的返回结果应该是资源的完整数据或者描述资源的元信息。

7. POST（CREATE）：POST方法用于创建资源，对应数据库中的INSERT语句。POST方法的请求应该包含发送数据的主体部分，并指定附加的信息，比如文件上传时使用的表单域。POST方法的返回结果应该是新创建资源的完整数据或者描述新资源的元信息。

8. PUT（UPDATE）：PUT方法用于更新资源，对应数据库中的UPDATE语句。PUT方法的请求应该包含整个资源的主体，并且指定要更新的那个资源的唯一标识符。PUT方法的返回结果应该是更新后的资源的完整数据或者描述资源的元信息。

9. DELETE（DELETE）：DELETE方法用于删除资源，对应数据库中的DELETE语句。DELETE方法的请求应该包含要删除的资源的唯一标识符。DELETE方法的返回结果应该是成功或失败的消息。

10. PATCH（UPDATE）：PATCH方法与PUT方法类似，但只用于部分更新资源，对应数据库中的UPDATE语句。PATCH方法的请求应该包含资源的修改部分，并指定要更新的那个资源的唯一标识符。PATCH方法的返回结果应该是更新后的资源的完整数据或者描述资源的元信息。

11. HEAD：HEAD方法与GET方法类似，用于获取资源的元信息，但不返回实体的主体部分。HEAD方法的返回结果与GET方法的返回结果类似。

12. OPTIONS：OPTIONS方法用于获取针对特定资源的请求方法的约束条件。OPTIONS方法的请求没有请求体，但是应该包含一个头部字段Access-Control-Request-Method，用于指定希望获取的资源的请求方法。OPTIONS方法的返回结果是由Allow头部字段指定的资源所支持的请求方法。

通过使用不同的HTTP方法，RESTful API可以很好地实现资源的增删改查和查询。

3.3 返回值

在设计RESTful API时，还需要关注返回值的格式。RESTful API返回的资源应该尽量保持简单，只有必要的内容才返回。返回值的格式选择如下：

1. JSON格式：JSON（JavaScript Object Notation）是一种轻量级的数据交换格式，易于阅读和编写。很多网站和WEB API都采用JSON格式返回数据，如GitHub API。

2. XML格式：XML（eXtensible Markup Language）是一种标记语言，很适合复杂的结构化数据。

3. HTML格式：HTML（Hypertext Markup Language）是一种页面描述语言，可以用来制作简单的网页。

4. Text格式：纯文本格式主要用于传送少量的文本数据，比如日志记录。

5. binary format：二进制格式用于传输超出文本范围的文件，如图片、视频、音频等。

3.4 请求头

在设计RESTful API时，还需要注意请求头。请求头可以帮助客户端和服务器端传递一些附加信息，比如身份验证、语言偏好、内容类型等。

常见的请求头如下：

1. Accept：指定客户端期望接收的数据格式。

2. Authorization：指定用于认证的令牌或密码。

3. Content-Type：指定发送给服务器的数据类型。

4. If-Match：仅在更新资源时使用，用于判断资源的最新版本号是否匹配。

5. If-Modified-Since：使用缓存协商机制，检查资源的最后修改时间。

6. If-None-Match：仅在读取缓存时使用，用于指定客户端所期望的最新版本号，若服务器当前的版本号与这个值匹配，则无需返回内容。

7. If-Unmodified-Since：在更新资源之前先检查资源的最后修改时间，只有这个时间之后才更新。

8. User-Agent：用来识别客户端信息，如浏览器版本、操作系统等。

3.5 响应头

在设计RESTful API时，还需要注意响应头。响应头可以帮助客户端处理一些额外信息，比如设置缓存策略、指明下一次请求的位置等。

常见的响应头如下：

1. Cache-Control：控制HTTP缓存行为，指定资源的最大有效期限、重新验证的时间间隔等。

2. Content-Location：告诉客户端重定向之后的资源实际URL。

3. ETag：用在缓存控制中，用于标识资源的当前版本，防止重复下载。

4. Expires：指定资源的过期时间。

5. Location：用于重定向，指定资源的目标URL。

6. Retry-After：用于指定再次发送请求的等待时间。

7. Server：提供服务器的类型和版本。

8. Vary：用来指定根据哪些请求头来区分缓存，用于缓存的协商。

4.RESTful API最佳实践

下面对RESTful API的最佳实践进行总结。

4.1 安全性

RESTful API应该遵循安全的设计原则，包括认证、授权、输入验证、输出编码等。

1. 认证与授权：RESTful API应该支持用户认证和权限管理。

2. 输入验证：确保所有传入数据都是有效且正确的，不含恶意攻击或危险指令。

3. 输出编码：为了防止跨站脚本攻击（XSS）、SQL注入攻击、Session劫持攻击等安全威胁，RESTful API的输出内容应该经过适当的编码。

4.2 可测试性

RESTful API应当是可测试的，这要求设计者在设计时充分考虑到接口的每一个功能点，保证每个功能点的测试用例的覆盖率达到100%。

1. 使用HATEOAS：使用HATEOAS，可以使客户端应用能够动态发现服务的功能和链接关系，从而减少客户端开发的工作量。

2. 支持API mocking：使用工具模拟API，可以提高测试效率。

3. 用自动化测试工具：自动化测试工具能够快速准确地检测接口的可用性、性能、功能等质量属性。

4.3 文档化

RESTful API应该提供足够的文档来帮助第三方开发者使用API。

1. 使用OpenAPI标准：OpenAPI（开放API规范）是一个定义标准，基于YAML语法来定义RESTful API的各种元素。

2. 提供详尽的API说明：RESTful API应该提供详细的API文档，包括请求参数、响应结果的说明，以及API错误代码的解释。

3. 对所有API进行版本控制：对所有API进行版本控制，可以帮助管理变更情况，避免影响到生产环境。

4.4 性能优化

RESTful API的性能至关重要，需要充分利用各项性能优化手段。

1. 使用压缩协议：使用压缩协议，如GZIP、DEFLATE等，可以减小网络传输的压力。

2. 缓存优化：缓存可以极大地提高API的性能。

3. 异步处理：异步处理可以提高API的吞吐量和响应速度。

5.最后

本文围绕RESTful API做了一个详细的介绍，涵盖了RESTful API的设计原则、最佳实践、安全性、可测试性、文档化、性能优化等方面，为读者提供了更加全面和细致的RESTful API介绍。希望通过这篇文章能帮助读者更好地理解RESTful API的设计原理和最佳实践。