بوابة واجهة برمجة التطبيقات الأمامية: شبكة الخدمات والتوجيه لتطبيقات الويب الحديثة

في مشهد تطبيقات الويب المعقد اليوم، تعد البنية المعرفة جيدًا أمرًا بالغ الأهمية لقابلية التوسع والصيانة والأمان. أحد المكونات الرئيسية في هذه البنية هو بوابة واجهة برمجة التطبيقات الأمامية (المشار إليها أحيانًا باسم الواجهة الخلفية للواجهة الأمامية أو BFF). يتعمق منشور المدونة هذا في مفهوم بوابات واجهة برمجة التطبيقات الأمامية، ويستكشف دورها في شبكة الخدمات واستراتيجيات التوجيه المختلفة.

ما هي بوابة واجهة برمجة التطبيقات الأمامية؟

تعمل بوابة واجهة برمجة التطبيقات الأمامية كوكيل عكسي ونقطة دخول واحدة لتطبيقات العميل (مثل متصفحات الويب وتطبيقات الهاتف المحمول) للتفاعل مع خدمات الواجهة الخلفية المتعددة. إنها تفصل الواجهة الأمامية عن تعقيدات بنية الواجهة الخلفية، مما يبسط التطوير ويحسن تجربة المستخدم.

بدلاً من أن يقوم تطبيق الواجهة الأمامية باستدعاء خدمات الواجهة الخلفية المتعددة مباشرة، فإنه يقوم بطلب واحد إلى بوابة واجهة برمجة التطبيقات. ثم تقوم البوابة بتوجيه الطلب إلى خدمة الواجهة الخلفية (الخدمات) المناسبة، وتجمع الاستجابات إذا لزم الأمر، وتعيد استجابة موحدة إلى العميل.

المسؤوليات الرئيسية لبوابة واجهة برمجة التطبيقات الأمامية:

• توجيه الطلبات: توجيه الطلبات الواردة إلى خدمات الواجهة الخلفية المناسبة بناءً على قواعد محددة مسبقًا.
• تحويل الطلبات: تعديل تنسيق الطلب ليكون متوافقًا مع خدمة الواجهة الخلفية.
• تجميع الاستجابات: دمج الاستجابات من خدمات الواجهة الخلفية المتعددة في استجابة واحدة للعميل.
• المصادقة والترخيص: التحقق من هوية المستخدم والتأكد من أن لديه الأذونات اللازمة للوصول إلى الموارد المطلوبة.
• تحديد المعدل والحد من المعدل: حماية خدمات الواجهة الخلفية من الحمل الزائد عن طريق الحد من عدد الطلبات من عميل واحد أو عنوان IP واحد.
• التخزين المؤقت: تخزين البيانات التي يتم الوصول إليها بشكل متكرر لتقليل زمن الاستجابة وتحسين الأداء.
• قابلية الملاحظة: توفير المقاييس والسجلات والتتبعات لمراقبة صحة النظام وأدائه.
• ترجمة البروتوكول: الترجمة بين البروتوكولات المختلفة (مثل HTTP/1.1 إلى HTTP/2، REST إلى gRPC).
• الأمان: تنفيذ سياسات الأمان مثل CORS، وإنهاء SSL، والتحقق من صحة المدخلات.

دور شبكة الخدمات

شبكة الخدمات هي طبقة بنية تحتية تدير الاتصال بين الخدمات في بنية الخدمات المصغرة. إنها توفر ميزات مثل إدارة حركة المرور وقابلية الملاحظة والأمان دون الحاجة إلى تغييرات في كود التطبيق.

بينما تتعامل بوابة واجهة برمجة التطبيقات الأمامية مع الاتصال بين تطبيق العميل والواجهة الخلفية، تركز شبكة الخدمات على الاتصال الداخلي *بين* الخدمات المصغرة. إنهما يعملان معًا لتوفير حل شامل لإدارة حركة المرور وضمان موثوقية النظام بأكمله.

كيف تكمل شبكة الخدمات بوابة واجهة برمجة التطبيقات الأمامية:

• قابلية ملاحظة محسنة: توفر شبكة الخدمات مقاييس مفصلة وبيانات تتبع لجميع الاتصالات بين الخدمات، مما يسمح لك بتحديد اختناقات الأداء واستكشاف الأخطاء وإصلاحها بسهولة أكبر. تقدم بوابة واجهة برمجة التطبيقات الأمامية رؤى حول أداء جانب العميل وأنماط الطلبات.
• أمان محسّن: يمكن لشبكة الخدمات فرض سياسات الأمان مثل TLS المتبادل والتحكم في الوصول على مستوى الخدمة، مما يعزز الأمان العام للنظام بشكل أكبر. تتعامل بوابة واجهة برمجة التطبيقات الأمامية مع المصادقة والترخيص عند الحافة.
• إدارة متقدمة لحركة المرور: تسمح لك شبكة الخدمات بتنفيذ تقنيات متقدمة لإدارة حركة المرور مثل عمليات النشر التجريبية، وعمليات النشر الأزرق والأخضر، واختبارات A/B. يمكن لبوابة واجهة برمجة التطبيقات الأمامية توجيه حركة المرور إلى إصدارات مختلفة من التطبيق بناءً على سمات المستخدم أو الموقع الجغرافي.
• المرونة: توفر شبكة الخدمات ميزات مثل إعادة المحاولة، وقواطع الدوائر، وموازنة التحميل لتحسين مرونة النظام. يمكن لبوابة واجهة برمجة التطبيقات الأمامية تنفيذ آليات احتياطية للتعامل مع حالات الفشل في خدمات الواجهة الخلفية.

تشمل تقنيات شبكات الخدمات الشائعة Istio و Linkerd و Consul Connect.

استراتيجيات التوجيه لبوابات واجهة برمجة التطبيقات الأمامية

يعد اختيار استراتيجية التوجيه الصحيحة أمرًا بالغ الأهمية لتحسين الأداء والأمان والصيانة. فيما يلي بعض استراتيجيات التوجيه الشائعة المستخدمة في بوابات واجهة برمجة التطبيقات الأمامية:

1. التوجيه المستند إلى المسار

هذه هي أبسط استراتيجية توجيه، حيث يتم توجيه الطلبات بناءً على مسار عنوان URL. على سبيل المثال:

• /users -> خدمة المستخدم
• /products -> خدمة المنتجات
• /orders -> خدمة الطلبات

يعد التوجيه المستند إلى المسار سهل التنفيذ والفهم، ولكنه يمكن أن يصبح معقدًا إذا لم يكن هيكل عنوان URL معرفًا جيدًا أو إذا كانت هناك مسارات متداخلة.

2. التوجيه المستند إلى الرأس

تقوم هذه الاستراتيجية بتوجيه الطلبات بناءً على قيم رؤوس HTTP. يمكن أن يكون هذا مفيدًا لتوجيه الطلبات بناءً على نوع جهاز المستخدم أو لغته أو حالة المصادقة. على سبيل المثال، يمكنك استخدام رأس Accept-Language لتوجيه الطلبات إلى إصدار مخصص من التطبيق.

مثال:

إذا كان رأس الطلب X-Region: EU موجودًا، يتم توجيه الطلب إلى مركز بيانات أوروبا. إذا كان X-Region: US موجودًا، يتم توجيهه إلى مركز بيانات الولايات المتحدة. يتيح هذا الامتثال لسيادة البيانات.

3. التوجيه المستند إلى معلمات الاستعلام

تقوم هذه الاستراتيجية بتوجيه الطلبات بناءً على قيم معلمات الاستعلام في عنوان URL. يمكن أن يكون هذا مفيدًا لتوجيه الطلبات بناءً على ميزات معينة أو إصدارات تجريبية من التطبيق.

مثال:

يمكن لمنصة ألعاب استخدام هذا. يمكن لعنوان URL https://example.com/game?version=beta توجيه المستخدم إلى خادم اختبار تجريبي للعبة، بينما يؤدي https://example.com/game?version=stable إلى بيئة الإنتاج.

4. التوجيه المستند إلى الطريقة

تقوم هذه الاستراتيجية بتوجيه الطلبات بناءً على طريقة HTTP (مثل GET، POST، PUT، DELETE). يستخدم هذا بشكل شائع في واجهات برمجة تطبيقات RESTful لربط الطرق المختلفة بخدمات الواجهة الخلفية أو العمليات المختلفة.

5. التوجيه المستند إلى المحتوى

تقوم هذه الاستراتيجية بتوجيه الطلبات بناءً على محتوى نص الطلب. يمكن أن يكون هذا مفيدًا لتوجيه الطلبات بناءً على تنسيق البيانات (مثل JSON أو XML) أو نوع الطلب (مثل إنشاء مستخدم، تحديث منتج). عادةً ما يتضمن هذا تحليلًا أكثر تعقيدًا ويمكن أن يقدم زمن استجابة.

مثال:

يمكن لمنصة تجارة إلكترونية توجيه الطلبات التي تحتوي على حمولة سلة تسوق إلى خدمة "الخروج"، بينما تقوم بتوجيه الطلبات التي تحتوي على تفاصيل المنتج إلى خدمة "معلومات المنتج".

6. التوجيه الموزون

يستخدم التوجيه الموزون لتوزيع حركة المرور عبر خدمات الواجهة الخلفية المتعددة بناءً على الأوزان المحددة مسبقًا. يستخدم هذا بشكل شائع لعمليات النشر التجريبية أو اختبارات A/B، حيث تريد طرح إصدار جديد من التطبيق تدريجيًا على نسبة صغيرة من المستخدمين.

مثال:

قد تقوم بتوجيه 90٪ من حركة المرور إلى الإصدار الحالي من التطبيق و 10٪ إلى الإصدار الجديد. أثناء مراقبة أداء الإصدار الجديد، يمكنك زيادة الوزن تدريجيًا حتى يتعامل مع كل حركة المرور.

7. التوجيه الجغرافي (Geo-Routing)

يستخدم هذا النهج الموقع الجغرافي للعميل (المستمد من عنوان IP أو وسائل أخرى) لتوجيه الطلبات إلى أقرب مثيل خدمة واجهة خلفية أو أنسبها. هذا يقلل من زمن الاستجابة ويحسن الأداء للمستخدمين في مناطق مختلفة. هذا حيوي للتطبيقات الموزعة عالميًا.

مثال:

قد تقوم خدمة البث بتوجيه المستخدمين في أوروبا إلى الخوادم الموجودة في أوروبا، والمستخدمين في أمريكا الشمالية إلى الخوادم في أمريكا الشمالية.

8. التوجيه المستند إلى المستخدم

تستند قرارات التوجيه إلى المستخدم المصادق عليه. قد يكون لدى مجموعات المستخدمين المختلفة حق الوصول إلى ميزات أو إصدارات مختلفة من التطبيق. هذا يسمح بتجارب مخصصة وطرح ميزات متحكم فيه.

مثال:

يمكن توجيه المشتركين المميزين المدفوعين إلى خوادم ذات زمن استجابة أقل، بينما يتم توجيه المستخدمين المجانيين إلى البنية التحتية القياسية.

فوائد استخدام بوابة واجهة برمجة التطبيقات الأمامية

يوفر تطبيق بوابة واجهة برمجة التطبيقات الأمامية العديد من المزايا الهامة:

• تحسين الأداء: من خلال تجميع الطلبات وتخزين البيانات مؤقتًا، يمكن لبوابة واجهة برمجة التطبيقات تقليل عدد الطلبات إلى خدمات الواجهة الخلفية، مما يحسن الأداء العام ويقلل من زمن الاستجابة.
• تبسيط تطوير الواجهة الأمامية: تفصل بوابة واجهة برمجة التطبيقات الواجهة الأمامية عن الواجهة الخلفية، مما يسمح لمطوري الواجهة الأمامية بالتركيز على بناء واجهة المستخدم دون القلق بشأن تعقيدات بنية الواجهة الخلفية.
• أمان محسّن: يمكن لبوابة واجهة برمجة التطبيقات فرض سياسات الأمان مثل المصادقة والترخيص وتحديد المعدل، وحماية خدمات الواجهة الخلفية من الهجمات الضارة.
• قابلية توسع متزايدة: يمكن لبوابة واجهة برمجة التطبيقات توزيع حركة المرور عبر خدمات الواجهة الخلفية المتعددة، مما يسمح للنظام بالتوسع بسهولة أكبر للتعامل مع زيادة الحمل.
• إدارة مركزية لواجهة برمجة التطبيقات: توفر بوابة واجهة برمجة التطبيقات نقطة مركزية لإدارة ومراقبة واجهات برمجة التطبيقات، مما يسهل تتبع الاستخدام وتحديد المشكلات وفرض السياسات.
• واجهة أمامية غير معتمدة على التقنية: يصبح فريق الواجهة الأمامية أكثر مرونة في اختيار تقنيات جديدة لبناء واجهات المستخدم، لأنهم لا يحتاجون إلى القلق بشأن الواجهة الخلفية.

اختيار التكنولوجيا المناسبة

يمكن استخدام العديد من التقنيات لتطبيق بوابة واجهة برمجة تطبيقات أمامية، لكل منها نقاط قوتها وضعفها. تشمل بعض الخيارات الشائعة:

• NGINX: خادم ويب ووكيل عكسي عالي الأداء يمكن تهيئته كبوابة واجهة برمجة تطبيقات.
• HAProxy: موازن تحميل ووكيل عكسي آخر مفتوح المصدر.
• Kong: بوابة واجهة برمجة تطبيقات مفتوحة المصدر مبنية فوق NGINX.
• Tyk: بوابة واجهة برمجة تطبيقات مفتوحة المصدر مع ميزات إدارة واجهة برمجة التطبيقات المضمنة.
• منصات إدارة واجهة برمجة التطبيقات (مثل Apigee، Mulesoft): منصات تجارية توفر مجموعة شاملة من الميزات لإدارة وتأمين واجهات برمجة التطبيقات. تشمل هذه عادةً تحليلات واجهة برمجة التطبيقات، وبوابات المطورين، وقدرات تحقيق الدخل.
• حلول مزودي الخدمات السحابية (مثل AWS API Gateway، Azure API Management، Google Cloud API Gateway): خدمات بوابات واجهة برمجة التطبيقات السحابية التي يقدمها كبار مزودي الخدمات السحابية. تتكامل هذه الخدمات بشكل وثيق مع نظام مزود الخدمة السحابية وتقدم قابلية التوسع والأمان وسهولة الاستخدام.
• بوابات GraphQL (مثل Apollo Gateway، StepZen): بوابات متخصصة مصممة لواجهات برمجة تطبيقات GraphQL، تقدم ميزات مثل تكوين المخطط والتوحيد.

عند اختيار تقنية، ضع في اعتبارك عوامل مثل الأداء وقابلية التوسع والأمان وسهولة الاستخدام والتكلفة. يجب عليك أيضًا مراعاة البنية التحتية والخبرة الحالية لديك. إذا كنت تستخدم NGINX بالفعل لأغراض أخرى، فقد يكون من الجيد استخدامه كبوابة واجهة برمجة التطبيقات الخاصة بك أيضًا. إذا كنت بحاجة إلى ميزات إدارة واجهة برمجة تطبيقات أكثر تقدمًا، فقد تكون منصة إدارة واجهة برمجة تطبيقات تجارية خيارًا أفضل.

اعتبارات التنفيذ

يتطلب تنفيذ بوابة واجهة برمجة تطبيقات أمامية تخطيطًا وتنفيذًا دقيقين. فيما يلي بعض الاعتبارات الهامة:

• تصميم واجهة برمجة التطبيقات: صمم واجهات برمجة التطبيقات الخاصة بك مع وضع الواجهة الأمامية في الاعتبار. ضع في اعتبارك احتياجات تطبيقات العميل وصمم واجهات برمجة تطبيقات سهلة الاستخدام وفعالة.
• المصادقة والترخيص: قم بتطبيق آليات مصادقة وترخيص قوية لحماية خدمات الواجهة الخلفية الخاصة بك من الوصول غير المصرح به. ضع في اعتبارك استخدام بروتوكولات قياسية في الصناعة مثل OAuth 2.0 و OpenID Connect.
• معالجة الأخطاء: قم بتطبيق معالجة أخطاء مناسبة لتوفير رسائل خطأ مفيدة لتطبيقات العميل. استخدم رموز رسائل خطأ متسقة لتسهيل تصحيح المطورين للمشكلات.
• المراقبة والتسجيل: قم بتطبيق مراقبة وتسجيل شاملة لتتبع صحة وأداء بوابة واجهة برمجة التطبيقات وخدمات الواجهة الخلفية. استخدم أدوات مثل Prometheus و Grafana و ELK stack لجمع وتحليل المقاييس والسجلات.
• تحديد المعدل والحد من المعدل: قم بتطبيق تحديد المعدل والحد من المعدل لحماية خدمات الواجهة الخلفية الخاصة بك من الحمل الزائد. حدد حدودًا مناسبة بناءً على سعة خدمات الواجهة الخلفية لديك وأنماط حركة المرور المتوقعة.
• التخزين المؤقت: قم بتطبيق التخزين المؤقت لتقليل زمن الاستجابة وتحسين الأداء. استخدم استراتيجية تخزين مؤقت مناسبة لتطبيقك، مثل التخزين المؤقت المستند إلى المحتوى أو التخزين المؤقت المستند إلى الوقت.
• الاختبار: اختبر بوابة واجهة برمجة التطبيقات وخدمات الواجهة الخلفية بدقة للتأكد من أنها تعمل بشكل صحيح. استخدم أدوات الاختبار الآلي لتشغيل اختبارات الوحدة والاختبارات التكاملية والاختبارات الشاملة.
• التوثيق: قم بإنشاء توثيق واضح وشامل لواجهات برمجة التطبيقات الخاصة بك. استخدم أدوات مثل Swagger/OpenAPI لإنشاء توثيق واجهة برمجة التطبيقات تلقائيًا. يجب أن يشرح التوثيق بوضوح نقاط نهاية واجهة برمجة التطبيقات ومعلمات الطلب وتنسيقات الاستجابة ورموز الأخطاء.
• تصلب الأمان: قم بمراجعة وتحديث تكوين الأمان لبوابة واجهة برمجة التطبيقات وخدمات الواجهة الخلفية بانتظام. قم بتطبيق تصحيحات الأمان على الفور واتبع أفضل الممارسات الأمنية.

أمثلة من العالم الواقعي

• منصة تجارة إلكترونية: تستخدم منصة تجارة إلكترونية كبيرة بوابة واجهة برمجة تطبيقات أمامية لتجميع البيانات من خدمات الواجهة الخلفية المختلفة مثل كتالوج المنتجات وإدارة الطلبات ومعالجة الدفع. تعالج البوابة أيضًا المصادقة والترخيص، مما يضمن الوصول الآمن إلى بيانات العملاء.
• خدمة بث الوسائط: تستخدم خدمة بث وسائط بوابة واجهة برمجة تطبيقات أمامية لتوجيه الطلبات إلى شبكات توصيل المحتوى (CDNs) المختلفة بناءً على موقع المستخدم. تتعامل البوابة أيضًا مع التحويل والتحسين للمحتوى، مما يضمن تجربة بث سلسة للمستخدمين على أجهزة مختلفة.
• مؤسسة مالية: تستخدم مؤسسة مالية بوابة واجهة برمجة تطبيقات أمامية للكشف عن واجهات برمجة التطبيقات لتطبيقات الخدمات المصرفية عبر الهاتف المحمول. تتعامل البوابة مع المصادقة والترخيص وتشفير البيانات، مما يضمن أمان البيانات المالية الحساسة.
• شبكة وسائط اجتماعية عالمية: تستخدم شبكة وسائط اجتماعية عالمية التوجيه الجغرافي مع بوابة واجهة برمجة التطبيقات الأمامية الخاصة بها لتوجيه المستخدمين إلى مركز البيانات الأقرب إليهم، مما يقلل من زمن الاستجابة ويحسن تجربة المستخدم، خاصة بالنسبة لتحميلات الصور والفيديو.

اتجاهات مستقبلية

• بوابات واجهة برمجة التطبيقات بدون خادم: يؤدي صعود الحوسبة بدون خادم إلى تطوير بوابات واجهة برمجة التطبيقات بدون خادم التي يمكنها توسيع نطاق وإدارة حركة مرور واجهة برمجة التطبيقات تلقائيًا دون الحاجة إلى أي إدارة للبنية التحتية. تشمل الأمثلة وظائف AWS Lambda المتكاملة مع API Gateway.
• توحيد GraphQL: يسمح توحيد GraphQL بدمج واجهات برمجة تطبيقات GraphQL المتعددة في واجهة برمجة تطبيقات موحدة واحدة. يمكن لهذا تبسيط تطوير الواجهة الأمامية وتحسين الأداء عن طريق تقليل عدد الطلبات إلى خدمات الواجهة الخلفية. أصبحت الحلول مثل Apollo Federation شائعة بشكل متزايد.
• بوابات واجهة برمجة التطبيقات المدعومة بالذكاء الاصطناعي: يتم استخدام الذكاء الاصطناعي لتعزيز وظائف بوابة واجهة برمجة التطبيقات، مثل اكتشاف الحالات الشاذة واكتشاف التهديدات وتحسين الأداء. يمكن لبوابات واجهة برمجة التطبيقات المدعومة بالذكاء الاصطناعي تحديد التهديدات الأمنية والتخفيف منها تلقائيًا وتحسين أداء واجهة برمجة التطبيقات بناءً على أنماط حركة المرور في الوقت الفعلي.
• WebAssembly (Wasm) في البوابات: يسمح WebAssembly بتشغيل كود عالي الأداء على الحافة، مما يتيح ميزات متقدمة مثل تحويل الطلبات المخصصة وسياسات الأمان ليتم تنفيذها مباشرة في بوابة واجهة برمجة التطبيقات دون عبء كبير على الأداء.

خاتمة

تعد بوابة واجهة برمجة التطبيقات الأمامية مكونًا حيويًا لبنية تطبيقات الويب الحديثة، حيث توفر نقطة دخول واحدة لتطبيقات العميل للتفاعل مع خدمات الواجهة الخلفية. من خلال تطبيق استراتيجيات التوجيه وسياسات الأمان وآليات التخزين المؤقت المناسبة، يمكنك تحسين أداء وقابلية التوسع وأمان تطبيقاتك بشكل كبير. يؤدي دمج بوابة واجهة برمجة التطبيقات الأمامية مع شبكة الخدمات إلى تعزيز قابلية الملاحظة والمرونة.

من خلال النظر بعناية في احتياجاتك المحددة واختيار التكنولوجيا المناسبة، يمكنك بناء بوابة واجهة برمجة تطبيقات أمامية قوية وقابلة للتطوير تعمل على تبسيط التطوير وتحسين تجربة المستخدم وحماية خدمات الواجهة الخلفية.