تصميم واجهة برمجة التطبيقات للواجهة الأمامية: أنماط REST وGraphQL وRPC

في تطوير الويب الحديث، تعمل الواجهة الأمامية كواجهة حاسمة بين المستخدمين وخدمات الواجهة الخلفية. يعد اختيار نمط تصميم واجهة برمجة التطبيقات (API) المناسب أمرًا ضروريًا لبناء تطبيقات فعالة وقابلة للتطوير والصيانة. تقدم هذه المقالة مقارنة شاملة لثلاثة أنماط شائعة لتصميم واجهات برمجة التطبيقات: REST و GraphQL و RPC (استدعاء الإجراءات عن بعد)، مع تسليط الضوء على نقاط قوتها وضعفها وحالات الاستخدام المناسبة.

فهم أنماط تصميم واجهات برمجة التطبيقات

يوفر نمط تصميم واجهة برمجة التطبيقات (API) نهجًا منظمًا لتصميم الاتصال بين أنظمة البرامج المختلفة. فهو يحدد كيفية تقديم الطلبات، وهيكلة البيانات، ومعالجة الاستجابات. يؤثر اختيار النمط بشكل كبير على أداء ومرونة وقابلية صيانة كل من الواجهة الأمامية والخلفية.

1. REST (نقل الحالة التمثيلية)

ما هو REST؟

REST هو نمط معماري يعتمد على بروتوكول اتصال عديم الحالة (stateless) بين العميل والخادم، وعادة ما يكون HTTP. يتم تحديد الموارد بواسطة معرّفات الموارد الموحدة (URIs) ويتم التعامل معها باستخدام أساليب HTTP القياسية مثل GET و POST و PUT و PATCH و DELETE.

المبادئ الرئيسية لنمط REST

• عديم الحالة (Stateless): يجب أن يحتوي كل طلب من العميل إلى الخادم على جميع المعلومات اللازمة لفهم الطلب. لا يقوم الخادم بتخزين أي سياق للعميل بين الطلبات.
• العميل-الخادم (Client-Server): فصل واضح للمسؤوليات بين العميل (الواجهة الأمامية) والخادم (الواجهة الخلفية).
• قابل للتخزين المؤقت (Cacheable): يجب أن تكون الاستجابات قابلة للتخزين المؤقت لتحسين الأداء وتقليل الحمل على الخادم.
• نظام متعدد الطبقات (Layered System): يجب ألا يكون العميل قادرًا على معرفة ما إذا كان متصلاً مباشرة بالخادم النهائي أو بوسيط على طول الطريق.
• واجهة موحدة (Uniform Interface): هذا هو المبدأ الأكثر أهمية ويتضمن:
• تحديد الموارد: يتم تحديد الموارد بواسطة URIs.
• التعامل مع الموارد من خلال التمثيلات: يتعامل العملاء مع الموارد عن طريق تبادل التمثيلات (مثل JSON، XML).
• رسائل ذاتية الوصف: تحتوي الرسائل على معلومات كافية لفهمها.
• الوسائط الفائقة كمحرك لحالة التطبيق (HATEOAS): يتنقل العملاء في واجهة برمجة التطبيقات عن طريق اتباع الروابط المتوفرة في الاستجابات.

مزايا REST

• البساطة والألفة: نمط REST معتمد على نطاق واسع ومفهوم جيدًا من قبل المطورين. اعتماده على HTTP يجعله سهل التعامل.
• القابلية للتوسع: الطبيعة عديمة الحالة لـ REST تسمح بالتوسع بسهولة عن طريق إضافة المزيد من الخوادم.
• القابلية للتخزين المؤقت: يمكن لواجهات برمجة التطبيقات RESTful الاستفادة من آليات التخزين المؤقت لـ HTTP لتحسين الأداء.
• المرونة: يتكيف REST مع تنسيقات بيانات مختلفة (مثل JSON، XML) ويمكن استخدامه مع لغات برمجة متنوعة.
• HATEOAS: على الرغم من تجاهله في كثير من الأحيان، يمكن لـ HATEOAS تحسين قابلية اكتشاف واجهة برمجة التطبيقات بشكل كبير وتقليل الاقتران بين العميل والخادم.

عيوب REST

• الجلب المفرط للبيانات (Over-Fetching): غالبًا ما تُرجع نقاط نهاية REST بيانات أكثر مما يحتاجه العميل بالفعل، مما يؤدي إلى إهدار النطاق الترددي وقوة المعالجة. على سبيل المثال، قد يؤدي طلب بيانات المستخدم إلى إرجاع العنوان أو التفضيلات التي لا يحتاج المستخدم إلى رؤيتها في عرض ملف شخصي بسيط.
• الجلب غير الكافي للبيانات (Under-Fetching): قد يحتاج العملاء إلى إجراء طلبات متعددة إلى نقاط نهاية مختلفة لجمع كل البيانات المطلوبة. هذا يمكن أن يؤدي إلى زيادة زمن الوصول والتعقيد.
• تحديات تحديد الإصدارات: يمكن أن يكون تحديد إصدارات واجهة برمجة التطبيقات معقدًا، وغالبًا ما يتطلب تغييرات في URIs أو الترويسات.

مثال على REST

لنفترض وجود واجهة برمجة تطبيقات REST لإدارة مكتبة. إليك بعض الأمثلة على نقاط النهاية:

• GET /books: لجلب قائمة بجميع الكتب.
• GET /books/{id}: لجلب كتاب معين بمعرّفه (ID).
• POST /books: لإنشاء كتاب جديد.
• PUT /books/{id}: لتحديث كتاب موجود.
• DELETE /books/{id}: لحذف كتاب.

مثال دولي: تستخدم منصة تجارة إلكترونية عالمية واجهات برمجة تطبيقات REST لإدارة كتالوجات المنتجات وحسابات المستخدمين ومعالجة الطلبات عبر مناطق ولغات مختلفة. قد يكون لكل منتج أوصاف مختلفة بناءً على الموقع.

2. GraphQL

ما هو GraphQL؟

GraphQL هي لغة استعلام لواجهة برمجة التطبيقات الخاصة بك ووقت تشغيل من جانب الخادم لتنفيذ هذه الاستعلامات. تم تطويرها بواسطة فيسبوك، وهي تسمح للعملاء بطلب البيانات التي يحتاجونها بالضبط دون زيادة، مما يعالج مشكلة الجلب المفرط للبيانات في REST.

الميزات الرئيسية لـ GraphQL

• تعريف المخطط (Schema): يتم تعريف واجهات برمجة التطبيقات GraphQL بواسطة مخطط يصف البيانات المتاحة وكيفية وصول العملاء إليها.
• لغة الاستعلام: يستخدم العملاء لغة استعلام تعريفية لتحديد البيانات الدقيقة التي يحتاجونها.
• نظام الأنواع (Type System): يستخدم GraphQL نظام أنواع قوي للتحقق من صحة الاستعلامات وضمان اتساق البيانات.
• الاستبطان (Introspection): يمكن للعملاء الاستعلام عن المخطط نفسه لاكتشاف البيانات والأنواع المتاحة.

مزايا GraphQL

• تقليل الجلب المفرط وغير الكافي للبيانات: يطلب العملاء البيانات التي يحتاجونها فقط، مما يقلل من استخدام النطاق الترددي ويحسن الأداء.
• مخطط محدد الأنواع بقوة: يعمل المخطط كعقد بين العميل والخادم، مما يضمن اتساق البيانات ويقلل من الأخطاء.
• تطور واجهة برمجة التطبيقات: يسمح GraphQL بإجراء تغييرات غير كاسرة على واجهة برمجة التطبيقات عن طريق إضافة حقول جديدة إلى المخطط.
• تجربة المطور: توفر أدوات مثل GraphiQL بيئة تفاعلية لاستكشاف واختبار واجهات برمجة تطبيقات GraphQL.
• نقطة نهاية واحدة: عادةً ما تعرض واجهة برمجة تطبيقات GraphQL نقطة نهاية واحدة (مثل /graphql)، مما يبسط تكوين العميل.

عيوب GraphQL

• التعقيد: يمكن أن يكون إعداد وإدارة خادم GraphQL أكثر تعقيدًا من واجهة برمجة تطبيقات REST.
• تحديات الأداء: يمكن أن تؤدي الاستعلامات المعقدة إلى مشكلات في الأداء إذا لم يتم تحسينها بشكل صحيح.
• التخزين المؤقت: التخزين المؤقت لـ HTTP أقل فعالية مع GraphQL لأن جميع الطلبات تذهب إلى نفس نقطة النهاية. يتطلب حلول تخزين مؤقت أكثر تطورًا.
• منحنى التعلم: يحتاج المطورون إلى تعلم لغة استعلام جديدة وفهم مخطط GraphQL.

مثال على GraphQL

لنفترض وجود واجهة برمجة تطبيقات GraphQL لمنصة وسائط اجتماعية. قد يطلب العميل فقط اسم المستخدم وصورته الشخصية:

query {
  user(id: "123") {
    name
    profilePicture
  }
}

سيقوم الخادم بإرجاع البيانات المطلوبة فقط:

{
  "data": {
    "user": {
      "name": "John Doe",
      "profilePicture": "https://example.com/john.jpg"
    }
  }
}

مثال دولي: تستخدم مؤسسة إخبارية متعددة الجنسيات GraphQL لتجميع المحتوى من مصادر مختلفة وتقديمه بطريقة مخصصة للمستخدمين عبر مناطق مختلفة. قد يختار المستخدمون رؤية مقالات من بلدان معينة أو بلغات محددة.

3. RPC (استدعاء الإجراءات عن بعد)

ما هو RPC؟

RPC هو بروتوكول يسمح لبرنامج على جهاز كمبيوتر بتنفيذ إجراء (أو دالة) على جهاز كمبيوتر آخر، كما لو كان الإجراء محليًا. يركز على الإجراءات بدلاً من الموارد، على عكس REST.

الخصائص الرئيسية لـ RPC

• موجه نحو الإجراءات: يحدد RPC العمليات من حيث الإجراءات أو الوظائف.
• الاقتران الوثيق: غالبًا ما ينطوي RPC على اقتران أوثق بين العميل والخادم مقارنة بـ REST أو GraphQL.
• البروتوكولات الثنائية: غالبًا ما تستخدم تطبيقات RPC بروتوكولات ثنائية مثل gRPC للاتصال الفعال.
• توليد الكود: غالبًا ما تستخدم أطر عمل RPC توليد الكود لإنشاء هياكل أساسية للعميل والخادم من تعريف الخدمة.

مزايا RPC

• الأداء: يمكن أن يقدم RPC مزايا أداء كبيرة بسبب استخدام البروتوكولات الثنائية والاتصال المحسن.
• الكفاءة: تم تصميم بروتوكولات RPC مثل gRPC للاتصالات عالية الأداء ومنخفضة زمن الوصول.
• توليد الكود: يبسط توليد الكود التطوير ويقلل من مخاطر الأخطاء.
• قائم على العقد: يعتمد RPC على عقود خدمة محددة جيدًا، مما يضمن الاتساق بين العميل والخادم.

عيوب RPC

• الاقتران الوثيق: يمكن أن تتطلب التغييرات في تعريف الخدمة تحديثات لكل من العميل والخادم.
• قابلية تشغيل محدودة: يمكن أن يكون RPC أقل قابلية للتشغيل البيني من REST، خاصة عند استخدام البروتوكولات الثنائية.
• منحنى تعلم أكثر حدة: يمكن أن يكون لأطر عمل RPC مثل gRPC منحنى تعلم أكثر حدة من REST.
• تعقيد تصحيح الأخطاء: يمكن أن يكون تصحيح أخطاء استدعاءات RPC عبر الشبكات أكثر صعوبة.

مثال على RPC

لنفترض وجود خدمة RPC لحساب تكاليف الشحن. سيقوم العميل باستدعاء إجراء عن بعد يسمى CalculateShippingCost مع معاملات مثل عنوان الوجهة ووزن الطرد:

// Client-side code (example using gRPC)

stub.calculateShippingCost(ShippingRequest.newBuilder()
    .setDestinationAddress("123 Main St, Anytown, USA")
    .setPackageWeight(5.0)
    .build());

سيقوم الخادم بتنفيذ الإجراء وإرجاع تكلفة الشحن:

// Server-side code (example using gRPC)

@Override
public void calculateShippingCost(ShippingRequest request, StreamObserver responseObserver) {
  double shippingCost = calculateCost(request.getDestinationAddress(), request.getPackageWeight());
  ShippingResponse response = ShippingResponse.newBuilder().setCost(shippingCost).build();
  responseObserver.onNext(response);
  responseObserver.onCompleted();
}

مثال دولي: تستخدم شركة لوجستية عالمية gRPC للاتصال الداخلي بين خدماتها المصغرة، حيث تتعامل مع حجم كبير من المعاملات والتتبع في الوقت الفعلي للشحنات عبر بلدان مختلفة. هذا يضمن زمن وصول منخفض وكفاءة عالية في معالجة البيانات اللوجستية في جميع أنحاء العالم.

جدول المقارنة

فيما يلي جدول يلخص الفروق الرئيسية بين REST و GraphQL و RPC:

الميزة	REST	GraphQL	RPC
نمط الاتصال	موجه نحو الموارد	موجه نحو الاستعلام	موجه نحو الإجراءات
جلب البيانات	جلب مفرط/غير كافٍ	جلب دقيق للبيانات	محدد بواسطة الإجراء
المخطط (Schema)	غير محدد بدقة	محدد الأنواع بقوة	عقد صريح
الاقتران	ضعيف	ضعيف	وثيق
الأداء	جيد (مع التخزين المؤقت)	أفضل بشكل محتمل (مع التحسين)	ممتاز
التعقيد	منخفض	متوسط	متوسط إلى عالٍ
قابلية التشغيل البيني	عالٍ	عالٍ	أقل (خاصة مع البروتوكولات الثنائية)
حالات الاستخدام	عمليات CRUD، واجهات برمجة تطبيقات بسيطة	متطلبات بيانات معقدة، تطبيقات الجوال	اتصال الخدمات المصغرة، أنظمة عالية الأداء

اختيار نمط تصميم واجهة برمجة التطبيقات المناسب

يعتمد اختيار نمط تصميم واجهة برمجة التطبيقات على المتطلبات المحددة لتطبيقك. ضع في اعتبارك العوامل التالية:

• تعقيد متطلبات البيانات: للتطبيقات ذات متطلبات البيانات المعقدة، يمكن أن يكون GraphQL خيارًا جيدًا.
• احتياجات الأداء: للأنظمة عالية الأداء، قد يكون RPC أكثر ملاءمة.
• متطلبات قابلية التوسع: يعتبر REST مناسبًا تمامًا للتطبيقات القابلة للتطوير.
• ألفة الفريق: ضع في اعتبارك خبرة الفريق مع كل نمط.
• متطلبات قابلية التشغيل البيني: REST هو النمط الأكثر قابلية للتشغيل البيني.

سيناريوهات أمثلة:

• موقع للتجارة الإلكترونية: يمكن استخدام واجهة برمجة تطبيقات REST لإدارة المنتجات والطلبات وحسابات المستخدمين. يمكن استخدام GraphQL للبحث عن المنتجات وتصفيتها، مما يسمح للمستخدمين بتحديد السمات الدقيقة التي يرغبون في رؤيتها.
• تطبيق بنكي للجوال: يمكن استخدام GraphQL لجلب معلومات حساب المستخدم وسجل المعاملات، مما يقلل من نقل البيانات ويحسن الأداء على الأجهزة المحمولة.
• بنية الخدمات المصغرة: يمكن استخدام RPC (مثل gRPC) للاتصال الفعال بين الخدمات المصغرة.
• نظام إدارة المحتوى (CMS): واجهة برمجة تطبيقات REST للعمليات البسيطة، و GraphQL للعلاقات المعقدة بين عناصر المحتوى.
• منصة إنترنت الأشياء (IoT): RPC لاتصال الأجهزة بزمن وصول منخفض، و REST لتحليلات البيانات وإعداد التقارير.

أفضل الممارسات لتكامل واجهة برمجة التطبيقات في الواجهة الأمامية

بغض النظر عن نمط تصميم واجهة برمجة التطبيقات المختار، اتبع هذه الممارسات الأفضل لتكامل سلس في الواجهة الأمامية:

• استخدم عميل API متسق: اختر مكتبة عميل HTTP موثوقة (مثل Axios، Fetch API) واستخدمها باستمرار في جميع أنحاء تطبيقك.
• تعامل مع الأخطاء بأمان: قم بتنفيذ معالجة قوية للأخطاء لاكتشاف وعرض أخطاء API للمستخدم.
• تطبيق حالات التحميل: قدم ملاحظات مرئية للمستخدم أثناء جلب البيانات من واجهة برمجة التطبيقات.
• تحسين جلب البيانات: استخدم تقنيات مثل التخزين المؤقت والـ memoization لتقليل استدعاءات API غير الضرورية.
• تأمين مفاتيح API الخاصة بك: احمِ مفاتيح API الخاصة بك من الوصول غير المصرح به.
• مراقبة أداء API: استخدم أدوات المراقبة لتتبع أداء API وتحديد المشكلات المحتملة.
• تطبيق تحديد المعدل (Rate Limiting): امنع إساءة الاستخدام عن طريق تحديد عدد الطلبات من عميل واحد.
• توثيق استخدام API الخاص بك: وثق بوضوح كيفية تفاعل الواجهة الأمامية مع واجهة برمجة التطبيقات.

الخاتمة

يعد اختيار نمط تصميم واجهة برمجة التطبيقات المناسب قرارًا حاسمًا يمكن أن يؤثر بشكل كبير على نجاح تطبيق الواجهة الأمامية الخاص بك. يقدم كل من REST و GraphQL و RPC مزايا وعيوبًا فريدة. من خلال دراسة متطلبات تطبيقك والعوامل التي تمت مناقشتها في هذه المقالة بعناية، يمكنك اختيار النمط الذي يناسب احتياجاتك على أفضل وجه وبناء واجهة أمامية قوية وفعالة وقابلة للصيانة.

تذكر إعطاء الأولوية للبساطة والقابلية للتطوير والصيانة عند تصميم واجهة برمجة التطبيقات للواجهة الأمامية. مع تطور التكنولوجيا، يعد البقاء على اطلاع بأحدث الاتجاهات وأفضل الممارسات في تصميم واجهات برمجة التطبيقات أمرًا ضروريًا لبناء تطبيقات ويب ناجحة في سياق عالمي.