Návrh Frontend API: REST, GraphQL a RPC vzory

V moderním webovém vývoji funguje frontend jako klíčové rozhraní mezi uživateli a backendovými službami. Výběr správného návrhového vzoru API je zásadní pro budování efektivních, škálovatelných a udržovatelných aplikací. Tento článek poskytuje komplexní srovnání tří populárních návrhových vzorů API: REST, GraphQL a RPC (Remote Procedure Call), přičemž zdůrazňuje jejich silné a slabé stránky a vhodné případy použití.

Porozumění návrhovým vzorům API

Návrhový vzor API (Application Programming Interface) poskytuje strukturovaný přístup k návrhu komunikace mezi různými softwarovými systémy. Určuje, jak jsou prováděny požadavky, jak jsou strukturována data a jak jsou zpracovávány odpovědi. Volba vzoru významně ovlivňuje výkon, flexibilitu a udržovatelnost frontendu i backendu.

1. REST (Representational State Transfer)

Co je REST?

REST je architektonický styl, který spoléhá na bezstavový komunikační protokol klient-server, typicky HTTP. Zdroje jsou identifikovány pomocí URI (Uniform Resource Identifiers) a manipulovány pomocí standardních metod HTTP, jako jsou GET, POST, PUT, PATCH a DELETE.

Klíčové principy REST

• Bezstavový: Každý požadavek od klienta k serveru musí obsahovat všechny informace potřebné k pochopení požadavku. Server neukládá žádný kontext klienta mezi požadavky.
• Klient-Server: Jasné oddělení zájmů mezi klientem (frontend) a serverem (backend).
• Uložitelné do mezipaměti: Odpovědi by měly být uložitelné do mezipaměti, aby se zlepšil výkon a snížila zátěž serveru.
• Vrstvený systém: Klient by neměl být schopen říci, zda je připojen přímo ke koncovému serveru nebo k prostředníkovi po cestě.
• Jednotné rozhraní: Toto je nejdůležitější princip a zahrnuje:
• Identifikace zdrojů: Zdroje jsou identifikovány pomocí URI.
• Manipulace se zdroji prostřednictvím reprezentací: Klienti manipulují se zdroji výměnou reprezentací (např. JSON, XML).
• Samopopisné zprávy: Zprávy obsahují dostatek informací, aby byly srozumitelné.
• Hypermedia jako engine aplikačního stavu (HATEOAS): Klienti se pohybují v API pomocí odkazů uvedených v odpovědích.

Výhody REST

• Jednoduchost a znalost: REST je široce přijímán a dobře pochopen vývojáři. Jeho spoléhání se na HTTP usnadňuje práci s ním.
• Škálovatelnost: Bezstavová povaha REST umožňuje snadné škálování přidáním dalších serverů.
• Možnost ukládání do mezipaměti: RESTful API mohou využívat mechanismy ukládání HTTP do mezipaměti ke zlepšení výkonu.
• Flexibilita: REST je přizpůsobitelný různým formátům dat (např. JSON, XML) a lze jej použít s různými programovacími jazyky.
• HATEOAS: Ačkoli je HATEOAS často přehlížen, může významně zlepšit zjistitelnost API a snížit provázanost mezi klientem a serverem.

Nevýhody REST

• Nadměrné načítání: REST koncové body často vracejí více dat, než klient skutečně potřebuje, což vede k plýtvání šířkou pásma a výpočetním výkonem. Například požadavek na uživatelská data může vrátit adresu nebo preference, které uživatel nemusí vidět na jednoduchém zobrazení profilu.
• Nedostatečné načítání: Klienti mohou potřebovat provést více požadavků na různé koncové body, aby shromáždili všechna požadovaná data. To může vést ke zvýšené latenci a složitosti.
• Výzvy správy verzí: Správa verzí API může být složitá a často vyžaduje změny URI nebo hlaviček.

Příklad REST

Zvažte REST API pro správu knihovny. Zde jsou některé příklady koncových bodů:

• GET /books: Načte seznam všech knih.
• GET /books/{id}: Načte konkrétní knihu podle jejího ID.
• POST /books: Vytvoří novou knihu.
• PUT /books/{id}: Aktualizuje existující knihu.
• DELETE /books/{id}: Smaže knihu.

Mezinárodní příklad: Globální platforma elektronického obchodování používá REST API ke správě katalogů produktů, uživatelských účtů a zpracování objednávek v různých regionech a jazycích. Každý produkt může mít různé popisy v závislosti na poloze.

2. GraphQL

Co je GraphQL?

GraphQL je dotazovací jazyk pro vaše API a serverové prostředí pro provádění těchto dotazů. Byl vyvinut společností Facebook a umožňuje klientům vyžádat si přesně ta data, která potřebují, a nic víc, čímž řeší problém nadměrného načítání v REST.

Klíčové vlastnosti GraphQL

• Definice schématu: GraphQL API jsou definována schématem, které popisuje dostupná data a způsob, jakým k nim klienti mohou přistupovat.
• Dotazovací jazyk: Klienti používají deklarativní dotazovací jazyk k určení přesných dat, která potřebují.
• Typový systém: GraphQL používá silný typový systém k ověřování dotazů a zajištění konzistence dat.
• Introspekce: Klienti se mohou dotazovat na samotné schéma, aby zjistili dostupná data a typy.

Výhody GraphQL

• Snížené nadměrné a nedostatečné načítání: Klienti vyžadují pouze data, která potřebují, čímž minimalizují využití šířky pásma a zlepšují výkon.
• Silně typované schéma: Schéma funguje jako kontrakt mezi klientem a serverem, zajišťuje konzistenci dat a snižuje chyby.
• Evoluce API: GraphQL umožňuje nedestruktivní změny API přidáním nových polí do schématu.
• Vývojářská zkušenost: Nástroje jako GraphiQL poskytují interaktivní prostředí pro zkoumání a testování GraphQL API.
• Jeden koncový bod: GraphQL API obvykle zpřístupňuje jeden koncový bod (např. /graphql), což zjednodušuje konfiguraci klienta.

Nevýhody GraphQL

• Složitost: Nastavení a správa serveru GraphQL může být složitější než REST API.
• Výzvy výkonu: Složité dotazy mohou vést k problémům s výkonem, pokud nejsou správně optimalizovány.
• Ukládání do mezipaměti: Ukládání HTTP do mezipaměti je méně efektivní u GraphQL, protože všechny požadavky směřují do stejného koncového bodu. Vyžaduje sofistikovanější řešení ukládání do mezipaměti.
• Křivka učení: Vývojáři se musí naučit nový dotazovací jazyk a porozumět schématu GraphQL.

Příklad GraphQL

Zvažte GraphQL API pro platformu sociálních médií. Klient může požádat pouze o jméno a profilovou fotku uživatele:

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

Server by vrátil pouze požadovaná data:

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

Mezinárodní příklad: Nadnárodní zpravodajská organizace používá GraphQL k agregaci obsahu z různých zdrojů a jeho prezentaci personalizovaným způsobem uživatelům v různých regionech. Uživatelé si mohou vybrat, zda chtějí vidět články z konkrétních zemí nebo v určitých jazycích.

3. RPC (Remote Procedure Call)

Co je RPC?

RPC je protokol, který umožňuje programu na jednom počítači provést proceduru (nebo funkci) na jiném počítači, jako by byla procedura lokální. Na rozdíl od REST se zaměřuje spíše na akce než na zdroje.

Klíčové charakteristiky RPC

• Orientované na procedury: RPC definuje operace pomocí procedur nebo funkcí.
• Těsná vazba: RPC často zahrnuje těsnější vazbu mezi klientem a serverem ve srovnání s REST nebo GraphQL.
• Binární protokoly: Implementace RPC často používají binární protokoly, jako je gRPC, pro efektivní komunikaci.
• Generování kódu: Rámce RPC často používají generování kódu k vytváření klientských a serverových stubů z definice služby.

Výhody RPC

• Výkon: RPC může nabídnout významné výhody výkonu díky použití binárních protokolů a optimalizované komunikace.
• Efektivita: Protokoly RPC, jako je gRPC, jsou navrženy pro vysoce výkonnou komunikaci s nízkou latencí.
• Generování kódu: Generování kódu zjednodušuje vývoj a snižuje riziko chyb.
• Založeno na smlouvě: RPC se spoléhá na dobře definované servisní smlouvy, které zajišťují konzistenci mezi klientem a serverem.

Nevýhody RPC

• Těsná vazba: Změny v definici služby mohou vyžadovat aktualizace klienta i serveru.
• Omezená interoperabilita: RPC může být méně interoperabilní než REST, zejména při použití binárních protokolů.
• Strmější křivka učení: Rámce RPC, jako je gRPC, mohou mít strmější křivku učení než REST.
• Složitost ladění: Ladění volání RPC napříč sítěmi může být náročnější.

Příklad RPC

Zvažte službu RPC pro výpočet nákladů na dopravu. Klient by zavolal vzdálenou proceduru s názvem CalculateShippingCost s parametry, jako je cílová adresa a hmotnost balíku:

// Kód na straně klienta (příklad pomocí gRPC)

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

Server by provedl proceduru a vrátil náklady na dopravu:

// Kód na straně serveru (příklad pomocí 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();
}

Mezinárodní příklad: Globální logistická společnost využívá gRPC pro interní komunikaci mezi svými mikroservices, pro zpracování velkoobjemových transakcí a sledování zásilek v reálném čase v různých zemích. To zajišťuje nízkou latenci a vysokou efektivitu při zpracování logistických dat po celém světě.

Srovnávací tabulka

Zde je tabulka shrnující klíčové rozdíly mezi REST, GraphQL a RPC:

Funkce	REST	GraphQL	RPC
Styl komunikace	Orientovaný na zdroje	Orientovaný na dotazy	Orientovaný na procedury
Načítání dat	Nadměrné/Nedostatečné načítání	Přesné načítání dat	Definováno procedurou
Schéma	Volně definované	Silně typované	Explicitní kontrakt
Vazba	Volná	Volná	Těsná
Výkon	Dobrý (s ukládáním do mezipaměti)	Potenciálně lepší (s optimalizací)	Vynikající
Složitost	Nízká	Střední	Střední až Vysoká
Interoperabilita	Vysoká	Vysoká	Nižší (zejména u binárních protokolů)
Případy použití	Operace CRUD, jednoduchá API	Složité požadavky na data, mobilní aplikace	Komunikace mikroservices, vysoce výkonné systémy

Výběr správného návrhového vzoru API

Volba návrhového vzoru API závisí na konkrétních požadavcích vaší aplikace. Zvažte následující faktory:

• Složitost požadavků na data: Pro aplikace se složitými požadavky na data může být GraphQL dobrou volbou.
• Potřeby výkonu: Pro vysoce výkonné systémy může být RPC vhodnější.
• Požadavky na škálovatelnost: REST je vhodný pro škálovatelné aplikace.
• Znalost týmu: Zvažte zkušenosti týmu s každým vzorem.
• Požadavky na interoperabilitu: REST je nejinteroperabilnější vzor.

Příklady scénářů:

• Webová stránka elektronického obchodu: REST API lze použít pro správu produktů, objednávek a uživatelských účtů. GraphQL lze použít pro vyhledávání a filtrování produktů, což uživatelům umožňuje určit přesné atributy, které chtějí vidět.
• Mobilní bankovní aplikace: GraphQL lze použít k načtení informací o uživatelském účtu a historii transakcí, minimalizaci přenosu dat a zlepšení výkonu na mobilních zařízeních.
• Architektura mikroservices: RPC (např. gRPC) lze použít pro efektivní komunikaci mezi mikroservices.
• Systém pro správu obsahu (CMS): REST API pro jednoduché operace, GraphQL pro složité vztahy mezi prvky obsahu.
• Platforma IoT (Internet of Things): RPC pro komunikaci zařízení s nízkou latencí, REST pro datovou analýzu a reporting.

Doporučené postupy pro integraci Frontend API

Bez ohledu na zvolený návrhový vzor API dodržujte tyto doporučené postupy pro bezproblémovou integraci frontendu:

• Používejte konzistentního klienta API: Vyberte spolehlivou klientskou knihovnu HTTP (např. Axios, Fetch API) a používejte ji konzistentně v celé aplikaci.
• Řešte chyby elegantně: Implementujte robustní zpracování chyb pro zachycení a zobrazení chyb API uživateli.
• Implementujte stavy načítání: Poskytujte uživateli vizuální zpětnou vazbu, zatímco se data načítají z API.
• Optimalizujte načítání dat: Používejte techniky jako memoizace a ukládání do mezipaměti ke snížení zbytečných volání API.
• Zabezpečte své klíče API: Chraňte své klíče API před neoprávněným přístupem.
• Monitorujte výkon API: Používejte monitorovací nástroje ke sledování výkonu API a identifikaci potenciálních problémů.
• Implementujte omezení rychlosti: Zabraňte zneužití omezením počtu požadavků od jednoho klienta.
• Dokumentujte své použití API: Jasně dokumentujte, jak frontend interaguje s API.

Závěr

Výběr správného návrhového vzoru API je zásadní rozhodnutí, které může významně ovlivnit úspěch vaší frontendové aplikace. REST, GraphQL a RPC nabízejí jedinečné výhody a nevýhody. Pečlivým zvážením požadavků vaší aplikace a faktorů popsaných v tomto článku si můžete vybrat vzor, který nejlépe vyhovuje vašim potřebám, a vytvořit robustní, efektivní a udržovatelný frontend.

Při návrhu frontend API nezapomeňte upřednostnit jednoduchost, škálovatelnost a udržovatelnost. S vývojem technologie je pro budování úspěšných webových aplikací v globálním kontextu nezbytné být informován o nejnovějších trendech a doporučených postupech v návrhu API.