Frontend API Gateway: Service Mesh и маршрутизация за модерни уеб приложения

В днешния сложен пейзаж на уеб приложенията добре дефинираната архитектура е от решаващо значение за мащабируемост, поддръжка и сигурност. Един от ключовите компоненти в тази архитектура е Frontend API Gateway (понякога наричан Backend for Frontend или BFF). Тази публикация в блога се задълбочава в концепцията за Frontend API Gateways, като проучва тяхната роля в service mesh и различни стратегии за маршрутизация.

Какво представлява Frontend API Gateway?

Frontend API Gateway действа като обратен прокси и единична входна точка за клиентски приложения (напр. уеб браузъри, мобилни приложения) за взаимодействие с множество backend услуги. Той отделя frontend от сложността на backend архитектурата, опростявайки разработката и подобрявайки потребителското изживяване.

Вместо frontend приложението директно да извиква множество backend услуги, то прави единична заявка към API Gateway. След това Gateway пренасочва заявката към подходящите backend услуги, агрегира отговорите, ако е необходимо, и връща унифициран отговор на клиента.

Основни отговорности на Frontend API Gateway:

• Маршрутизация на заявки: Насочване на входящите заявки към подходящите backend услуги въз основа на предварително дефинирани правила.
• Преобразуване на заявки: Промяна на формата на заявката, за да бъде съвместим с backend услугата.
• Агрегиране на отговори: Комбиниране на отговори от множество backend услуги в един отговор за клиента.
• Автентикация и авторизация: Проверка на самоличността на потребителя и гарантиране, че той има необходимите разрешения за достъп до заявените ресурси.
• Ограничаване и регулиране на скоростта: Защита на backend услугите от претоварване чрез ограничаване на броя на заявките от един клиент или IP адрес.
• Кеширане: Съхраняване на често достъпвани данни за намаляване на латентността и подобряване на производителността.
• Наблюдаемост: Предоставяне на показатели, журнали и следи за наблюдение на здравето и производителността на системата.
• Преобразуване на протоколи: Преобразуване между различни протоколи (напр. HTTP/1.1 към HTTP/2, REST към gRPC).
• Сигурност: Реализация на политики за сигурност като CORS, SSL прекратяване и валидиране на входните данни.

Ролята на Service Mesh

Service mesh е инфраструктурен слой, който управлява комуникацията между услугите в микроуслугите архитектура. Той предоставя функции като управление на трафика, наблюдаемост и сигурност, без да изисква промени в кода на приложението.

Докато Frontend API Gateway обработва комуникацията между клиентското приложение и backend, service mesh се фокусира върху вътрешната комуникация *между* микроуслугите. Те работят заедно, за да предоставят цялостно решение за управление на трафика и осигуряване на надеждността на цялата система.

Как Service Mesh допълва Frontend API Gateway:

• Подобрена наблюдаемост: Service mesh предоставя подробни показатели и данни за проследяване за цялата комуникация между услугите, което ви позволява да идентифицирате тесни места в производителността и да отстранявате проблеми по-лесно. Frontend API Gateway предлага информация за производителността от страна на клиента и моделите на заявки.
• Подобрена сигурност: Service mesh може да наложи политики за сигурност като взаимен TLS и контрол на достъпа на ниво услуга, допълнително подобрявайки цялостната сигурност на системата. Frontend API Gateway обработва удостоверяването и авторизацията на границата.
• Усъвършенствано управление на трафика: Service mesh ви позволява да прилагате усъвършенствани техники за управление на трафика като разполагане на канарчета, синьо-зелено разполагане и A/B тестване. Frontend API Gateway може да маршрутизира трафика към различни версии на приложението въз основа на атрибутите на потребителя или географското местоположение.
• Устойчивост: Service mesh предоставя функции като повторни опити, прекъсвачи на вериги и балансиране на натоварването, за да подобри устойчивостта на системата. Frontend API Gateway може да реализира механизми за отказ при грешки в backend услугите.

Популярните service mesh технологии включват Istio, Linkerd и Consul Connect.

Стратегии за маршрутизация за Frontend API Gateways

Изборът на правилната стратегия за маршрутизация е от решаващо значение за оптимизиране на производителността, сигурността и поддръжката. Ето някои често срещани стратегии за маршрутизация, използвани във Frontend API Gateways:

1. Маршрутизация, базирана на път

Това е най-простата стратегия за маршрутизация, при която заявките се маршрутизират въз основа на пътя на URL адреса. Например:

• /users -> Услуга за потребители
• /products -> Услуга за продукти
• /orders -> Услуга за поръчки

Маршрутизацията, базирана на път, е лесна за реализация и разбиране, но може да стане сложна, ако структурата на URL адреса не е добре дефинирана или ако има припокриващи се пътища.

2. Маршрутизация, базирана на заглавка

Тази стратегия маршрутизира заявки въз основа на стойностите на HTTP заглавките. Това може да бъде полезно за маршрутизиране на заявки въз основа на типа устройство на потребителя, езика или състоянието на удостоверяване. Например, може да използвате заглавката `Accept-Language`, за да маршрутизирате заявки към локализирана версия на приложението.

Пример:

Ако заглавката на заявката `X-Region: EU` присъства, заявката се маршрутизира към европейския център за данни. Ако `X-Region: US` присъства, тя се маршрутизира към центъра за данни в САЩ. Това позволява спазването на съответствието със суверенитета на данните.

3. Маршрутизация, базирана на параметри на заявката

Тази стратегия маршрутизира заявки въз основа на стойностите на параметрите на заявката в URL адреса. Това може да бъде полезно за маршрутизиране на заявки въз основа на специфични функции или експериментални версии на приложението.

Пример:

Платформа за игри може да използва това. URL адресът `https://example.com/game?version=beta` може да насочи потребителя към бета тестови сървър за играта, докато `https://example.com/game?version=stable` би довело до производствената среда.

4. Маршрутизация, базирана на метод

Тази стратегия маршрутизира заявки въз основа на HTTP метода (напр. GET, POST, PUT, DELETE). Това обикновено се използва в RESTful API за съпоставяне на различни методи към различни backend услуги или операции.

5. Маршрутизация, базирана на съдържание

Тази стратегия маршрутизира заявки въз основа на съдържанието на тялото на заявката. Това може да бъде полезно за маршрутизиране на заявки въз основа на формата на данните (напр. JSON, XML) или типа на заявката (напр. създаване на потребител, актуализиране на продукт). Това обикновено включва по-сложен анализ и може да въведе латентност.

Пример:

Платформа за електронна търговия може да маршрутизира заявки, съдържащи полезен товар за пазарска количка, към услугата „Плащане“, докато маршрутизира заявки, съдържащи подробности за продукта, към услугата „Информация за продукта“.

6. Маршрутизация с тежести

Маршрутизацията с тежести се използва за разпределяне на трафика между множество backend услуги въз основа на предварително дефинирани тежести. Това обикновено се използва за разполагане на канарчета или A/B тестване, където искате постепенно да пуснете нова версия на приложението към малък процент потребители.

Пример:

Можете да маршрутизирате 90% от трафика към съществуващата версия на приложението и 10% към новата версия. Докато наблюдавате производителността на новата версия, можете постепенно да увеличите теглото, докато тя обработи целия трафик.

7. Географска маршрутизация (Geo-Routing)

Този подход използва географското местоположение на клиента (получено от IP адреса или други средства), за да маршрутизира заявките към най-близкия или най-подходящия екземпляр на backend услугата. Това минимизира латентността и подобрява производителността за потребители в различни региони. Това е жизненоважно за глобално разпределени приложения.

Пример:

Услуга за стрийминг може да маршрутизира потребители в Европа към сървъри, разположени в Европа, а потребители в Северна Америка към сървъри в Северна Америка.

8. Маршрутизация, базирана на потребител

Решенията за маршрутизиране се основават на удостоверения потребител. Различните потребителски групи могат да имат достъп до различни функции или версии на приложението. Това позволява персонализирано изживяване и контролирано внедряване на функции.

Пример:

Плащащите премиум абонати могат да бъдат маршрутизирани към сървъри с по-ниска латентност, докато безплатните потребители са насочени към стандартна инфраструктура.

Ползи от използването на Frontend API Gateway

Реализацията на Frontend API Gateway предлага няколко значителни предимства:

• Подобрена производителност: Чрез агрегиране на заявки и кеширане на данни, API Gateway може да намали броя на заявките към backend услугите, подобрявайки цялостната производителност и намалявайки латентността.
• Опростена разработка на Frontend: API Gateway отделя frontend от backend, позволявайки на frontend разработчиците да се съсредоточат върху изграждането на потребителския интерфейс, без да се притесняват за сложността на backend архитектурата.
• Подобрена сигурност: API Gateway може да наложи политики за сигурност като удостоверяване, авторизация и ограничаване на скоростта, защитавайки backend услугите от злонамерени атаки.
• Повишена мащабируемост: API Gateway може да разпредели трафика между множество backend услуги, позволявайки на системата да се мащабира по-лесно за справяне с повишено натоварване.
• Централизирано управление на API: API Gateway предоставя централна точка за управление и наблюдение на API, улеснявайки проследяването на използването, идентифицирането на проблеми и налагането на политики.
• Технологично агностичен Frontend: Frontend екипът става много по-гъвкав при избора на нови технологии за изграждане на потребителските интерфейси, тъй като не трябва да се тревожи за backend.

Избор на правилната технология

Няколко технологии могат да бъдат използвани за реализиране на Frontend API Gateway, всяка със своите силни и слаби страни. Някои популярни опции включват:

• NGINX: Високопроизводителен уеб сървър и обратен прокси, който може да бъде конфигуриран като API Gateway.
• HAProxy: Друг популярен балансьор на натоварването и обратен прокси с отворен код.
• Kong: API Gateway с отворен код, изграден върху NGINX.
• Tyk: API Gateway с отворен код с вградени функции за управление на API.
• Платформи за управление на API (напр. Apigee, Mulesoft): Търговски платформи, които предоставят цялостен набор от функции за управление и защита на API. Те обикновено включват API анализи, портали за разработчици и възможности за монетизация.
• Решения на доставчици на облаци (напр. AWS API Gateway, Azure API Management, Google Cloud API Gateway): Базирани в облак API Gateway услуги, предлагани от големи доставчици на облаци. Тези услуги са тясно интегрирани с екосистемата на доставчика на облак и предлагат мащабируемост, сигурност и лекота на използване.
• GraphQL Gateway (напр. Apollo Gateway, StepZen): Специализирани gateway, предназначени за GraphQL API, предлагащи функции като съставяне на схеми и федерация.

При избора на технология вземете предвид фактори като производителност, мащабируемост, сигурност, лекота на използване и цена. Трябва също да вземете предвид съществуващата си инфраструктура и експертиза. Ако вече използвате NGINX за други цели, може да е добър избор да го използвате и като ваш API Gateway. Ако имате нужда от по-усъвършенствани функции за управление на API, търговска платформа за управление на API може да бъде по-добър вариант.

Съображения за реализация

Реализирането на Frontend API Gateway изисква внимателно планиране и изпълнение. Ето някои важни съображения:

• API дизайн: Проектирайте вашите API, като имате предвид frontend. Обмислете нуждите на клиентските приложения и проектирайте API, които са лесни за използване и ефективни.
• Автентикация и авторизация: Реализирайте стабилни механизми за удостоверяване и авторизация, за да защитите вашите backend услуги от неоторизиран достъп. Обмислете използването на стандартни за индустрията протоколи като OAuth 2.0 и OpenID Connect.
• Обработка на грешки: Реализирайте правилна обработка на грешки, за да предоставите информативни съобщения за грешки на клиентските приложения. Използвайте последователни кодове и съобщения за грешки, за да улесните разработчиците при отстраняване на проблеми.
• Мониторинг и регистриране: Реализирайте цялостен мониторинг и регистриране, за да проследявате здравето и производителността на API Gateway и backend услугите. Използвайте инструменти като Prometheus, Grafana и ELK stack за събиране и анализиране на показатели и журнали.
• Ограничаване и регулиране на скоростта: Реализирайте ограничаване и регулиране на скоростта, за да защитите вашите backend услуги от претоварване. Определете подходящи ограничения въз основа на капацитета на вашите backend услуги и очакваните модели на трафик.
• Кеширане: Реализирайте кеширане, за да намалите латентността и да подобрите производителността. Използвайте стратегия за кеширане, която е подходяща за вашето приложение, като кеширане на базата на съдържание или кеширане на базата на време.
• Тестване: Тщателно тествайте API Gateway и backend услугите, за да се уверите, че работят правилно. Използвайте инструменти за автоматизирано тестване, за да изпълнявате unit тестове, интеграционни тестове и end-to-end тестове.
• Документация: Създайте ясна и изчерпателна документация за вашите API. Използвайте инструменти като Swagger/OpenAPI за автоматично генериране на документация на API. Документацията трябва ясно да обяснява крайните точки на API, параметрите на заявката, форматите на отговор и кодовете за грешки.
• Заздравяване на сигурността: Редовно преглеждайте и актуализирайте конфигурацията за сигурност на API Gateway и backend услугите. Приложете бързо кръпки за сигурност и следвайте най-добрите практики за сигурност.

Реални примери

• Платформа за електронна търговия: Голяма платформа за електронна търговия използва Frontend API Gateway за агрегиране на данни от различни backend услуги като каталог на продукти, управление на поръчки и обработка на плащания. Gateway също така обработва удостоверяването и авторизацията, като гарантира сигурен достъп до клиентски данни.
• Услуга за стрийминг на медии: Услуга за стрийминг на медии използва Frontend API Gateway за маршрутизиране на заявки към различни мрежи за доставка на съдържание (CDN) въз основа на местоположението на потребителя. Gateway също така обработва транскодирането и оптимизацията на съдържанието, като гарантира гладко стрийминг изживяване за потребителите на различни устройства.
• Финансова институция: Финансова институция използва Frontend API Gateway за предоставяне на API на мобилни банкови приложения. Gateway обработва удостоверяването, авторизацията и криптирането на данни, като гарантира сигурността на чувствителните финансови данни.
• Глобална социална медийна мрежа: Глобална социална медийна мрежа използва гео-маршрутизация със своя Frontend API Gateway, за да насочва потребителите към центъра за данни, който е най-близко до тях, намалявайки латентността и подобрявайки потребителското изживяване, особено за качване на изображения и видеоклипове.

Бъдещи тенденции

• Serverless API Gateways: Възходът на безсървърните изчисления води до разработването на Serverless API Gateways, които могат автоматично да мащабират и управляват API трафика, без да изискват управление на инфраструктура. Примерите включват AWS Lambda функции, интегрирани с API Gateway.
• GraphQL Federation: GraphQL federation ви позволява да комбинирате множество GraphQL API в един унифициран API. Това може да опрости разработката на frontend и да подобри производителността чрез намаляване на броя на заявките към backend услугите. Решения като Apollo Federation стават все по-популярни.
• API Gateways, захранвани от AI: Изкуственият интелект (AI) се използва за подобряване на функционалността на API Gateway, като откриване на аномалии, откриване на заплахи и оптимизация на производителността. API Gateways, захранвани от AI, могат автоматично да идентифицират и смекчават заплахите за сигурността и да оптимизират производителността на API въз основа на модели на трафик в реално време.
• WebAssembly (Wasm) в Gateway: WebAssembly ви позволява да изпълнявате високопроизводителен код на границата, позволявайки усъвършенствани функции като персонализирано преобразуване на заявки и политики за сигурност да бъдат реализирани директно в API Gateway, без значителни режийни разходи за производителност.

Заключение

Frontend API Gateway е решаващ компонент на съвременната архитектура на уеб приложения, предоставящ единична входна точка за клиентските приложения за взаимодействие с backend услугите. Чрез прилагането на подходящи стратегии за маршрутизация, политики за сигурност и механизми за кеширане, можете значително да подобрите производителността, мащабируемостта и сигурността на вашите приложения. Интегрирането на Frontend API Gateway със service mesh допълнително подобрява наблюдаемостта и устойчивостта.

Като внимателно обмислите специфичните си нужди и изберете правилната технология, можете да изградите стабилен и мащабируем Frontend API Gateway, който опростява разработката, подобрява потребителското изживяване и защитава вашите backend услуги.