RESTful API 设计模式(译)

REST 架构风格具有定义明确的约束,可帮助开发者写出可扩展的 Web 服务接口, 但是 APIs 并不容易定义。这就是为什么我归纳了这些问题和解决方案。

  1. 资源和基本操作
  2. 列表和分页
  3. 多对多关系
  4. 字段过滤
  5. 长时间运行的操作
  6. 并发处理
  7. 版本控制
  8. 资源整合聚合
  9. 多语言

资源和基本操作

REST API 完全是与资源相关的交互操作。客户端可以通过 API 创建、替换、更新、删除或者获取资源。所有的这些操作都和 HTTP 动作有明确的映射。
看如下的例子,给定 user 资源,客户端可以通过以下端点与之交互

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// 创建一个资源
POST /users

// 通过资源的唯一标识,获取资源的详细信息
GET /users/:id

// 部分更新给定 ID 标识资源的内容
PATCH /users/:Id

// 替换(全量更新)给定 ID 标识资源的内容
PUT /users/:id

// 删除给定 ID 标识的资源
DELETE /users/:id

创建一个新用户

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POST /users HTTP/1.1
Host: example.com
Content-Type: application/json
{
"name": "bob",
"age": 76
}

根据资源 ID 标识获取用户信息

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GET /users/8646291 HTTP/1.1
Host: example.com

部分更新用户信息:

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PATCH /users/8646291 HTTP/1.1
Host: example.com
Content-Type: application/json
{
"name": "bob-update"
}

PATCH 请求是对资源的部分更新,所以上述的例子,属性 age 将保持原来的值,仅仅名称发生了变化。
如果不选择使用 PATCH ,可以使用 POST 。但是不要用 PUT, HTTP 定义 PUT 用于全量更新或替换资源[RFC7231]。

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PUT /users/8646291 HTTP/1.1
Host: example.com
Content-Type: application/json
{
"age": 54
}

如果使用如上请求更新用户的age,用户的 name 信息将丢失,因为 PUT 请求是全量更新的。

删除资源:

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DELETE /users/8646291 HTTP/1.1
Host: example.com

列表和分页

客户端能够使用 GET 请求和顾虑条件获取大量数据。必须对结果进行分页,最常用的分页是基于游标的分页和基于偏移量的分页。每个分页请求都有限制参数,用于限制分页大小。

基于游标的分页

也许你也会看到它叫基于键集的分页,这是大的数据集分页中最有效的方法,因为性能要比基于偏移量的分页更好。
当客户端请求一个数据集时,服务端在响应中返回各个元素,并在每个元素中提供一个游标

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# REQUEST
GET /users?limit=100 HTTP/1.1
Host: example.com
# RESPONSE
HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: application/json;charset=UTF-8
{
"items": [
{
"id": 123,
"meta":{
"cursor": "js3Hsji3nj"
}
},
// other items ...
{
"id": 426,
"meta":{
"cursor": "ke3Gdk1xyi"
}
}
]
}

如你所看到的,每个元素都有一个 meta.cursor 属性,该游标是一个随机的字符串,用于标记元素列表中的特定元素,可用于检索下一个或上一个元素,并将其作为 afterbefore 参数。
如果 after 存在,则返回的该游标作为第一个元素之后的元素。如果该游标之后没有元素,则返回的集合必须为空。如果存在 before,则返回该游标作为最后一个元素之前的元素。客户端可以提交如下请求用来检索之前、之后的元素

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# 获取之前的元素
GET /users?after=ke3Gdk1xyi&limit=100 HTTP/1.1
Host: example.com
# 获取之后的元素
GET /users?before=js3Hsji3nj&limit=100 HTTP/1.1
Host: example.com
# 获取之前的元素
GET /users?after=ke3Gdk1xyi&before=js3Hsji3nj&limit=100 HTTP/1.1
Host: example.com

基于偏移量的分页

基于偏移的分页,允许客户端跳转到特定页面,但是在大多数情况下,在处理非常大的数据集时性能会较差,但是它的知名度更高。
客户端提交如下的请求获取数据集。

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# REQUEST
GET /users?limit=100 HTTP/1.1
Host: example.com

# RESPONSE
HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: application/json;charset=UTF-8
{
"items": [
// the results
]
}

获取下一个分页,必须增加 skip 查询参数

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// 获取第二页
GET /users?skip=100&limit=100 HTTP/1.1
Host: example.com
// 获取第三页
GET /users?skip=200&limit=100 HTTP/1.1
Host: example.com

页面引用

我们可以使用页面引用来简化分页操作,它提供指向页面的指针,也就是说标记特点页面的游标。
页面链接或页面游标通常会对页面位置进行编码(加密),即第一页或最后一页元素的标识符、分页方向和查询条件,用来安全地查询出数据集。
让我看如下的示例,客户端提交请求查询第一页。

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# REQUEST
GET /users?limit=100 HTTP/1.1
Host: example.com
# RESPONSE
HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: application/json;charset=UTF-8
{
"items": [
// the results
],
"paging": {
"prev": "kewIJbwDS2Bsja...",
"next": "dFRdkdek2KLmcd..."
}
}

补充说明一下,GitHub 的分页 API,分页返回的结果是在 Header 中的 Link 标签中。

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# REQUEST
GET https://api.github.com/organizations/317776/repos?type=all&size=2&page=4
Host: api.github.com
# RESPONSE
HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: application/json;charset=UTF-8
Link: <https://api.github.com/organizations/317776/repos?type=all&size=2&page=3>; rel="prev", <https://api.github.com/organizations/317776/repos?type=all&size=2&page=5>; rel="next", <https://api.github.com/organizations/317776/repos?type=all&size=2&page=7>; rel="last", <https://api.github.com/organizations/317776/repos?type=all&size=2&page=1>; rel="first"

{
"items": [
// the results
]
}

page.next 是客户端用于请求下一批数据集的页面引用, pageing.prev 是客户端用于请求上一批数据集的页面引用:

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GET /users?page_ref=dFRdkdek2KLmcd&limit=100 HTTP/1.1
Host: example.com

在第一个请求之后,limit 参数是 URL 中除 page_ref 的唯一参数,因为这样可以保护两次请求之间的限制条件被篡改。防止破坏请求参数(例如排序和筛选条件)直接嵌入到 page_ref 中以某种方式存储。尝试添加或修改过滤条件将导致请求失败。如果需要其他顺序或筛选条件,则必须在第一页上重新开始。还需要注意的是,页面引用通常是临时的不需要保存。

多对多关系

有些时候两个资源之间需要创建多对多关系,你可以创建一个新的资源代表这个关系,让我们看如下的例子:
有两个资源,学生和课程,每个学生可以对课程进行评价。我们创建一个新的资源,代表学生和课程之间的关系,我们称它为 学生-课程-评价 资源。

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// 增加一个 学生-课程-评价 关系
POST /student-course-rates
// 列出所有的学生-课程的评价,根据学生或者课程过滤
GET /student-course-rates
// 根据ID删除评价
DELETE /student-course-rates/:id

一个学生可以增加一个课程的评价:

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# REQUEST
POST /student-course-rates HTTP/1.1
Host: example.com
Content-Type: application/json
{
"studentId": "3298wdi28dh28wid92",
"courseId": "93710949600282",
"rate": 10
}

# RESPONSE
HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: application/json;charset=UTF-8
{
"id": 1239836164989016,
"student": {
"id": "3298wdi28dh28wid92",
"age": 18
},
"course": {
"id": "93710949600282",
"description": "..."
},
"rate": 10
}

获取课程所有的评价:

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# REQUEST
GET /student-course-rates?course=93710949600282&limit=10 HTTP/1.1
Host: example.com

# RESPONSE
HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: application/json;charset=UTF-8
{
"items": [
{
"id": 1239836164989016,
"student": {
"id": "i-am-a-student@college.com",
"age": 18
},
"course": {
"id": "93710949600282",
"description": "..."
},
"rate": 10
},
// other results ...
]
}

我们看到,一个 学生-课程-评价 资源具有一个标识符,即属性id,并使用关联对(studentId,courseId),这样可以通过查询参数删除过滤删除。 DELETE /student-course-rates?course=xxx&student=xxx

字段筛选

有时候由于性能原因,客户端需要选择应在响应中包括哪些属性,即要求查询参数字段包含用逗号分隔的属性列表。
获取用户资源:

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# REQUEST
GET /users/12fw342ej1 HTTP/1.1
Host: example.com

#RESPONSE
HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: application/json;charset=UTF-8
{
"id": "12fw342ej1",
"name": {
"familyName": "Muro",
"givenName": "Rupert"
},
"age": 67
}

客户端定义返回的参数:

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# REQUEST
GET /users/12fw342ej1?fields=name.familyName%2Cage HTTP/1.1
Host: example.com

#RESPONSE
HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: application/json;charset=UTF-8
{
"name": {
"familyName": "Muro"
},
"age": 67
}

我们还可以将字段的子集映射成预定义的 style,这样客户端可以选择 style 来返回需要的预定义的字段。
例如,我们可以将字段 idname.familyNameage 映射到 compact style ,将 idname.familyNamename.givenNameage 映射到 complete style,查询时候使用不同的 style 即可。

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# REQUEST the compact style 
GET /users/12fw342ej1?style=compact HTTP/1.1
Host: example.com

# RESPONSE
HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: application/json;charset=UTF-8
{
"id": "12fw342ej1",
"name": {
"familyName": "Muro"
},
"age": 67
}

# REQUEST the complete style
GET /users/12fw342ej1?style=complete HTTP/1.1
Host: example.com

# RESPONSE
HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: application/json;charset=UTF-8
{
"id": "12fw342ej1",
"name": {
"familyName": "Muro",
"givenName": "Rupert"
},
"age": 67
}

长时间运行的操作

为了提高可伸缩性并简化部署,Web服务响应时间必须尽可能短,但是有时我们需要计算长时间运行的操作,我们该怎么做?
首先,创建一个代表需要长时间运行的资源,当客户端向该资源提交 GET 请求时,根据操作的当前状态进行如下响应:

  • 操作仍在运行:返回状态代码 200(Ok),并表示操作状态。
  • 操作结束并成功:返回状态码 303(See Other)Location header,其中包含创建的资源的 URI。
  • 操作结束并失败:返回态码 200(Ok) ,并提供有关失败的信息。

让我们看一个例子,设计一个从 URI 提取摘要的 Web 服务,我们有两种资源,摘要和提取任务:

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// 根据 ID 获取摘要信息
GET /summary/:id

// 创建一个需要长时间运行获取摘要的任务
POST /extraction-task

// 更加ID返回任务信息
GET /extraction-task/:id

客户端可以使用 POST 请求创建新的提取任务,服务器返回状态码 202(Accepted),并返回任务相关的信息(例如: 客户端下一次检查任务的时间 checkAfter ) 。

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# REQUEST
POST /extraction-task HTTP/1.1
Host: example.com
Content-Type: application/json
{
"from": {
"uri": "https://extract.from.here.com"
}
}

# RESPONSE
HTTP/1.1 202 Accepted
Content-Type: application/json;charset=UTF-8
Content-Location: https://example.com/extraction-task/348wd39

{
"id": 348wd39,
"state": "pending",
"checkAfter": "2019-01-10T22:32:12Z",
"info": {
"from": {
"uri": "https://extract.from.here.com"
}
}
}

然后,客户端可以使用 GET 请求查询任务状态,如果服务端仍在处理该任务,它将返回:

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# REQUEST
GET /extraction-task/348wd39 HTTP/1.1
Host: example.com

# RESPONSE
HTTP/1.1 202 Accepted
Content-Type: application/json;charset=UTF-8
{
"id": 348wd39,
"state": "pending",
"checkAfter": "2019-01-10T22:32:12Z",
"info": {
"from": {
"uri": "https://extract.from.here.com"
}
}
}

服务器成功完成操作后,将返回303(See Other),这意味着可以使用 GET 方法在另一个 URI 获取结果:

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# REQUEST
GET /extraction-task/348wd39 HTTP/1.1
Host: example.com

# RESPONSE
HTTP/1.1 303 See Other
Location: https://example.com/summary/239rfh392
Content-Location: https://example.com/extraction-task/348wd39
{
"id": 348wd39,
"state": "completed",
"info": {
"from": {
"uri": "https://extract.from.here.com"
}
},
"finishDate": "2019-01-10T22:35:11Z"
}

如果任务已经失败:

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# REQUEST
GET /extraction-task/348wd39 HTTP/1.1
Host: example.com

# RESPONSE
HTTP/1.1 200 OK
Location: https://example.com/summary/239rfh392
Content-Location: https://example.com/extraction-task/348wd39
{
"id": 348wd39,
"state": "failed",
"info": {
"from": {
"uri": "https://extract.from.here.com"
}
},
"finishDate": "2019-01-10T22:35:11Z",
"detail": "The URI doesn't exist (status code 404)."
}

如果您希望使用回调的方式,则只需在操作创建过程中给定一个 URI,操作结束时便会使用该 URI 通知客户端:

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# REQUEST
POST /extraction-task HTTP/1.1
Host: example.com
Content-Type: application/json
{
"from": {
"uri": "https://extract.from.here.com"
},
"notifyOn": "https://client.com"
}

并发处理

一台服务器可以同时为多个客户端提供服务,这增加了出现并发问题的可能。例如,两个客户端使用 PUT 或 POST 同时修改同一个资源。 该解决方案来自(RFC7232)。
条件请求要求服务端在返回响应的 header 中包含 Last-ModifiedETag 一个或两个条件。
客户端在执行修改请求时,必须在 header 中包含 If-Unmodified-SinceIf-Match 中的一个或两个。

让我们来看一个例子:

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# REQUEST
GET /users/12fw342ej1 HTTP/1.1
Host: example.com

# RESPONSE
HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: application/json;charset=UTF-8
ETag: "abcec491d0a4e8ecb8e14ff920622b9c"
Last-Modified: Sun, 05 Jan 2019 14:14:52 GMT
{
"id": "12fw342ej1",
"name": {
"familyName": "Muro",
"givenName": "Rupert"
},
"age": 67
}

为了符合条件请求,客户端必须在 header 包含 If-Unmodified-SinceIf-Match 中的一个或两个。 如果没有任何内容,则服务端将在响应正文中以403(Forbidden) 进行回复。

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# REQUEST
PUT /users/8646291 HTTP/1.1
Host: example.com
Content-Type: application/json
{
"age": 54
}

# RESPONSE
HTTP/1.1 403 Forbidden
Content-Type: application/json;charset=UTF-8
{
"code": "120",
"message": "The conditional headers are required; If-Unmodified-Since and/or If-Match"
}

如果匹配到更新的资源,它可以处理更新并返回 200(OK)204(No Content)

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# REQUEST
PUT /users/8646291 HTTP/1.1
Host: example.com
If-Unmodified-Since: Sun, 05 Jan 2019 14:14:52 GMT
If-Match: "abcec491d0a4e8ecb8e14ff920622b9c"
Content-Type: application/json
{
"age": 54
}

# RESPONSE
HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: application/json;charset=UTF-8
ETag: "1e0e5a0fb102db75aa36d4356936fe4c"
Last-Modified: Sun, 05 Jan 2019 14:15:02 GMT
{
"id": "8646291",
"age": 54
}

如果不是,则服务端必须返回状态代码 412(Precondition Failed),并说明原因。

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# REQUEST
PUT /users/8646291 HTTP/1.1
Host: example.com
If-Unmodified-Since: Sun, 05 Jan 2019 13:14:52 GMT
If-Match: "b1b3833b514f4b4a5207b572405e786f"
Content-Type: application/json
{
"age": 54
}

# RESPONSE
HTTP/1.1 402 Precondition Failed
Content-Type: application/json;charset=UTF-8
{
"code": "121",
"message": "The provided conditional headers doesn't match current values; The request rely on stale informations"
}

版本控制

有时我们需要对 API 进行版本控制,因为提供不同的版本会极大地提高对 API 的理解和维护。
我们可以通过 headerAcceptContent-Type 进行版本控制。
让我们看一个示例:

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# REQUEST VERSION 1
GET /users/12fw342ej1 HTTP/1.1
Host: example.com
Accept: application/json;version=1

# RESPONSE VERSION 1
HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: application/json;version=1;charset=UTF-8
{
"id": "12fw342ej1",
"familyName": "Muro",
"givenName": "Rupert"
"age": 67
}


# REQUEST VERSION 2
GET /users/12fw342ej1 HTTP/1.1
Host: example.com
Accept: application/json;version=2

# RESPONSE VERSION 2
HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: application/json;version=2;charset=UTF-8
{
"id": "12fw342ej1",
"name": {
"familyName": "Muro",
"givenName": "Rupert"
},
"age": 67
}

资源聚合(门面模式)

有时需要在从同一地方获取多个资源,客户端必须调用多个接口,然后组合所需资源并展示。
根据客户端使用模式,性能和延迟要求,我们可以创建一个聚合多个资源的新资源,提高易用性和性能。

举个例子,我们需要在一个页面来显示用户的财务状况,该页面需要显示,用户信息、前10个投资、后10个银行记录、总余额、信用卡限额。如果分别请求每个资源都会导致性能问题。

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# REQUIRE EACH REQUEST
GET /users/12fw342ej1 HTTP/1.1
Host: example.com
Accept: application/json

GET /investiments?user=12fw342ej1 HTTP/1.1
Host: example.com
Accept: application/json

GET /bank-records?user=12fw342ej1 HTTP/1.1
Host: example.com
Accept: application/json

GET /credit-card?user=12fw342ej1 HTTP/1.1
Host: example.com
Accept: application/json

GET /bank-account/ew239wqw21ui32une HTTP/1.1
Host: example.com
Accept: application/json

为了解决该问题,我们可以创建一个汇总结果的资源,称为财务报告,并且由于它与用户关联,因此可以作为用户的子资源:

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# REQUIRE EACH REQUEST
GET /users/12fw342ej1/financial-report HTTP/1.1
Host: example.com
Accept: application/json

# RESPONSE
HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: application/json;charset=UTF-8
{
"userInfo": { .. },
"lastInvestiments": [...],
"lastBankRecords": [...],
"bankAccount": 12321,
"creditCartLimits": {...}
}

多语言

HTTP 提供了两个用于语言协商的 header 用来处理语言。客户端提供 Accept-Language,用来通知服务器有关首选语言的信息,Content-Language 由服务端在响应中提供。
让我们看一个示例:

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# REQUEST
GET /products/782hb1yufhd8923 HTTP/1.1
Host: example.com
Accept-Language: en,en-US,it
Accept: application/json

# RESPONSE
HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: application/json;charset=UTF-8
Content-Language: en
Vary: Accept-Language
{
"id": "782hb1yufhd8923",
"description": {
"localizedValue": "This is a description",
"translations": [
{
"lang": "en",
"value": "This is a description"
},
{
"lang": "it",
"value": "..."
}
]
}
}

参考

RESTful API Patterns

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