Esirakenduse API disain: REST, GraphQL ja RPC mustrid

Kaasaegses veebiarenduses toimib esirakendus (frontend) kasutajate ja taustateenuste (backend) vahelise olulise liidesena. Õige API disainimustri valimine on tõhusate, skaleeritavate ja hooldatavate rakenduste loomiseks hädavajalik. See artikkel pakub põhjaliku võrdluse kolme populaarse API disainimustri vahel: REST, GraphQL ja RPC (Remote Procedure Call), tuues esile nende tugevused, nõrkused ja sobivad kasutusjuhud.

API disainimustrite mõistmine

API (rakendusliides) disainimuster pakub struktureeritud lähenemist erinevate tarkvarasüsteemide vahelise suhtluse disainimiseks. See dikteerib, kuidas päringuid tehakse, andmeid struktureeritakse ja vastuseid käsitletakse. Mustri valik mõjutab oluliselt nii esirakenduse kui ka taustasüsteemi jõudlust, paindlikkust ja hooldatavust.

1. REST (Representational State Transfer)

Mis on REST?

REST on arhitektuuristiil, mis tugineb olekuta klient-server suhtlusprotokollile, tavaliselt HTTP-le. Ressursse identifitseeritakse URI-de (Uniform Resource Identifiers) abil ja neid manipuleeritakse standardsete HTTP-meetoditega nagu GET, POST, PUT, PATCH ja DELETE.

REST-i põhiprintsiibid

• Olekuta: Iga kliendi päring serverile peab sisaldama kogu teavet, mis on vajalik päringu mõistmiseks. Server ei salvesta päringute vahel kliendi konteksti.
• Klient-server: Selge vastutusalade eraldamine kliendi (esirakendus) ja serveri (taustasüsteem) vahel.
• Vahemälustatav: Vastused peaksid olema vahemälustatavad, et parandada jõudlust ja vähendada serveri koormust.
• Kihiline süsteem: Klient ei tohiks olla võimeline aru saama, kas ta on ühendatud otse lõppserveriga või vahendajaga.
• Ühtne liides: See on kõige olulisem põhimõte ja sisaldab:
• Ressursside identifitseerimine: Ressursse identifitseeritakse URI-de abil.
• Ressursside manipuleerimine representatsioonide kaudu: Kliendid manipuleerivad ressursse, vahetades representatsioone (nt JSON, XML).
• Ennast kirjeldavad sõnumid: Sõnumid sisaldavad piisavalt teavet, et olla mõistetavad.
• Hüpermeedia kui rakenduse oleku mootor (HATEOAS): Kliendid navigeerivad API-s, järgides vastustes esitatud linke.

REST-i eelised

• Lihtsus ja tuttavlikkus: REST on laialdaselt kasutusele võetud ja arendajatele hästi arusaadav. Selle tuginemine HTTP-le teeb sellega töötamise lihtsaks.
• Skaleeritavus: REST-i olekuta olemus võimaldab lihtsat skaleerimist, lisades rohkem servereid.
• Vahemälustatavus: RESTful API-d saavad jõudluse parandamiseks kasutada HTTP vahemälumehhanisme.
• Paindlikkus: REST on kohandatav erinevate andmevormingutega (nt JSON, XML) ja seda saab kasutada erinevate programmeerimiskeeltega.
• HATEOAS: Kuigi sageli tähelepanuta jäetud, võib HATEOAS oluliselt parandada API leitavust ja vähendada sidusust kliendi ja serveri vahel.

REST-i puudused

• Üleliigne andmete laadimine: REST-i lõpp-punktid tagastavad sageli rohkem andmeid, kui klient tegelikult vajab, mis toob kaasa raisatud ribalaiuse ja töötlemisvõimsuse. Näiteks kasutajaandmete pärimisel võidakse tagastada aadress või eelistused, mida kasutaja lihtsal profiilivaates nägema ei pea.
• Puudulik andmete laadimine: Kliendid peavad kogu vajaliku teabe kogumiseks tegema mitu päringut erinevatesse lõpp-punktidesse. See võib suurendada latentsust ja keerukust.
• Versioonimishalduse väljakutsed: API versioonimine võib olla keeruline, nõudes sageli muudatusi URI-des või päistes.

REST-i näide

Kujutlege REST API-d raamatukogu haldamiseks. Siin on mõned näidis-lõpp-punktid:

• GET /books: Hangib kõigi raamatute nimekirja.
• GET /books/{id}: Hangib konkreetse raamatu selle ID järgi.
• POST /books: Loob uue raamatu.
• PUT /books/{id}: Uuendab olemasolevat raamatut.
• DELETE /books/{id}: Kustutab raamatu.

Rahvusvaheline näide: Ülemaailmne e-kaubanduse platvorm kasutab REST API-sid tootekataloogide, kasutajakontode ja tellimuste töötlemise haldamiseks erinevates piirkondades ja keeltes. Igal tootel võivad olla asukohapõhised erinevad kirjeldused.

2. GraphQL

Mis on GraphQL?

GraphQL on päringukeel teie API jaoks ja serveripoolne käituskeskkond nende päringute täitmiseks. Facebooki poolt arendatud GraphQL võimaldab klientidel küsida täpselt neid andmeid, mida nad vajavad, ja mitte midagi enamat, lahendades sellega REST-i üleliigse andmete laadimise probleemi.

GraphQL-i peamised omadused

• Skeemi defineerimine: GraphQL API-d on defineeritud skeemiga, mis kirjeldab olemasolevaid andmeid ja seda, kuidas kliendid neile juurde pääsevad.
• Päringukeel: Kliendid kasutavad deklaratiivset päringukeelt, et täpsustada täpselt vajalikke andmeid.
• Tüübisüsteem: GraphQL kasutab tugevat tüübisüsteemi päringute valideerimiseks ja andmete järjepidevuse tagamiseks.
• Introspektsioon: Kliendid saavad küsida skeemi ennast, et avastada saadaolevaid andmeid ja tüüpe.

GraphQL-i eelised

• Vähendatud üleliigne ja puudulik andmete laadimine: Kliendid küsivad ainult vajalikke andmeid, minimeerides ribalaiuse kasutust ja parandades jõudlust.
• Tugevalt tüübitud skeem: Skeem toimib lepinguna kliendi ja serveri vahel, tagades andmete järjepidevuse ja vähendades vigu.
• API areng: GraphQL võimaldab API-le teha mittepurustavaid muudatusi, lisades skeemile uusi välju.
• Arendajakogemus: Tööriistad nagu GraphiQL pakuvad interaktiivset keskkonda GraphQL API-de uurimiseks ja testimiseks.
• Üksainus lõpp-punkt: Tavaliselt pakub GraphQL API ühte lõpp-punkti (nt /graphql), mis lihtsustab kliendi seadistamist.

GraphQL-i puudused

• Keerukus: GraphQL-serveri seadistamine ja haldamine võib olla keerulisem kui REST API puhul.
• Jõudlusprobleemid: Keerulised päringud võivad põhjustada jõudlusprobleeme, kui neid ei optimeerita korralikult.
• Vahemälu: HTTP vahemälu on GraphQL-iga vähem efektiivne, kuna kõik päringud lähevad samasse lõpp-punkti. Nõuab keerukamaid vahemälulahendusi.
• Õppimiskõver: Arendajad peavad õppima uue päringukeele ja mõistma GraphQL-i skeemi.

GraphQL-i näide

Kujutlege GraphQL API-d sotsiaalmeedia platvormi jaoks. Klient võib küsida ainult kasutaja nime ja profiilipilti:

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

Server tagastaks ainult küsitud andmed:

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

Rahvusvaheline näide: Rahvusvaheline uudisteorganisatsioon kasutab GraphQL-i sisu koondamiseks erinevatest allikatest ja selle esitamiseks personaliseeritud viisil kasutajatele üle maailma. Kasutajad võivad valida, kas näha artikleid teatud riikidest või teatud keeltes.

3. RPC (Remote Procedure Call)

Mis on RPC?

RPC on protokoll, mis võimaldab ühes arvutis oleval programmil käivitada protseduuri (või funktsiooni) teises arvutis, justkui see protseduur oleks lokaalne. Erinevalt REST-ist keskendub see tegevustele, mitte ressurssidele.

RPC peamised omadused

• Protseduurikeskne: RPC defineerib operatsioone protseduuride või funktsioonide kaudu.
• Tihe sidusus: RPC hõlmab sageli tihedamat sidusust kliendi ja serveri vahel võrreldes REST-i või GraphQL-iga.
• Binaarsed protokollid: RPC rakendused kasutavad sageli tõhusaks suhtluseks binaarseid protokolle nagu gRPC.
• Koodi genereerimine: RPC raamistikud kasutavad sageli koodi genereerimist, et luua teenuse definitsioonist kliendi ja serveri koodijupid (stubs).

RPC eelised

• Jõudlus: RPC võib pakkuda märkimisväärseid jõudluseeliseid tänu binaarsete protokollide kasutamisele ja optimeeritud suhtlusele.
• Tõhusus: RPC protokollid nagu gRPC on loodud suure jõudlusega ja madala latentsusega suhtluseks.
• Koodi genereerimine: Koodi genereerimine lihtsustab arendust ja vähendab vigade riski.
• Lepingupõhine: RPC tugineb täpselt määratletud teenuslepingutele, tagades järjepidevuse kliendi ja serveri vahel.

RPC puudused

• Tihe sidusus: Muudatused teenuse definitsioonis võivad nõuda uuendusi nii kliendi kui ka serveri poolel.
• Piiratud koostalitlusvõime: RPC võib olla vähem koostalitlusvõimeline kui REST, eriti binaarsete protokollide kasutamisel.
• Järsem õppimiskõver: RPC raamistikel nagu gRPC võib olla järsem õppimiskõver kui REST-il.
• Silumise keerukus: RPC-kõnede silumine üle võrkude võib olla keerulisem.

RPC näide

Kujutlege RPC-teenust saatekulu arvutamiseks. Klient kutsub välja kaugprotseduuri nimega CalculateShippingCost parameetritega nagu sihtkoha aadress ja paki kaal:

// Kliendipoolne kood (näide gRPC abil)

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

Server täidab protseduuri ja tagastab saatekulu:

// Serveripoolne kood (näide gRPC abil)

@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();
}

Rahvusvaheline näide: Ülemaailmne logistikaettevõte kasutab gRPC-d oma mikroteenuste vaheliseks sisesuhtluseks, hallates suuremahulisi tehinguid ja saadetiste reaalajas jälgimist erinevates riikides. See tagab madala latentsuse ja kõrge efektiivsuse logistikaandmete töötlemisel kogu maailmas.

Võrdlustabel

Siin on tabel, mis võtab kokku peamised erinevused REST-i, GraphQL-i ja RPC vahel:

Omadus	REST	GraphQL	RPC
Suhtlusstiil	Ressursikeskne	Päringukeskne	Protseduurikeskne
Andmete laadimine	Üleliigne/Puudulik laadimine	Täpne andmete laadimine	Määratletud protseduuriga
Skeem	Lõdvalt määratletud	Tugevalt tüübitud	Selge leping
Sidusus	Lõtv	Lõtv	Tihe
Jõudlus	Hea (vahemäluga)	Potentsiaalselt parem (optimeerimisega)	Suurepärane
Keerukus	Madal	Keskmine	Keskmine kuni kõrge
Koostalitlusvõime	Kõrge	Kõrge	Madalam (eriti binaarsete protokollidega)
Kasutusjuhud	CRUD operatsioonid, lihtsad API-d	Keerulised andmenõuded, mobiilirakendused	Mikroteenuste suhtlus, suure jõudlusega süsteemid

Õige API disainimustri valimine

API disainimustri valik sõltub teie rakenduse spetsiifilistest nõuetest. Kaaluge järgmisi tegureid:

• Andmenõuete keerukus: Keeruliste andmenõuetega rakenduste jaoks võib GraphQL olla hea valik.
• Jõudlusvajadused: Suure jõudlusega süsteemide jaoks võib RPC olla sobivam.
• Skaleeritavuse nõuded: REST sobib hästi skaleeritavate rakenduste jaoks.
• Meeskonna tuttavus: Arvestage meeskonna kogemustega iga mustri osas.
• Koostalitlusvõime nõuded: REST on kõige koostalitlusvõimelisem muster.

Näidisstsenaariumid:

• E-kaubanduse veebisait: REST API-d saab kasutada toodete, tellimuste ja kasutajakontode haldamiseks. GraphQL-i võib kasutada toodete otsimiseks ja filtreerimiseks, võimaldades kasutajatel täpsustada täpselt neid atribuute, mida nad näha tahavad.
• Mobiilipanga rakendus: GraphQL-i saab kasutada kasutajakonto teabe ja tehingute ajaloo hankimiseks, minimeerides andmeedastust ja parandades jõudlust mobiilseadmetes.
• Mikroteenuste arhitektuur: RPC-d (nt gRPC) saab kasutada tõhusaks suhtluseks mikroteenuste vahel.
• Sisuhaldussüsteem (CMS): REST API lihtsateks operatsioonideks, GraphQL keerukate seoste jaoks sisu elementide vahel.
• Asjade Interneti (IoT) platvorm: RPC madala latentsusega seadmesuhtluseks, REST andmeanalüütikaks ja aruandluseks.

Esirakenduse API integreerimise parimad tavad

Sõltumata valitud API disainimustrist, järgige neid parimaid tavasid sujuvaks esirakenduse integreerimiseks:

• Kasutage järjepidevat API klienti: Valige usaldusväärne HTTP kliendi teek (nt Axios, Fetch API) ja kasutage seda järjepidevalt kogu oma rakenduses.
• Käsitlege vigu sujuvalt: Rakendage robustne veakäsitlus API-vigade püüdmiseks ja kasutajale kuvamiseks.
• Rakendage laadimisolekuid: Pakkuge kasutajale visuaalset tagasisidet, kui andmeid API-st laaditakse.
• Optimeerige andmete laadimist: Kasutage tehnikaid nagu memoiseerimine ja vahemälu kasutamine, et vähendada tarbetuid API-kõnesid.
• Kaitske oma API-võtmeid: Kaitske oma API-võtmeid volitamata juurdepääsu eest.
• Jälgige API jõudlust: Kasutage jälgimisvahendeid API jõudluse jälgimiseks ja võimalike probleemide tuvastamiseks.
• Rakendage päringute piiramist: Vältige kuritarvitamist, piirates ühelt kliendilt tulevate päringute arvu.
• Dokumenteerige oma API kasutamist: Dokumenteerige selgelt, kuidas esirakendus API-ga suhtleb.

Kokkuvõte

Õige API disainimustri valimine on ülioluline otsus, mis võib oluliselt mõjutada teie esirakenduse edu. REST, GraphQL ja RPC pakuvad igaüks unikaalseid eeliseid ja puudusi. Hoolikalt kaaludes oma rakenduse nõudeid ja selles artiklis käsitletud tegureid, saate valida mustri, mis sobib teie vajadustega kõige paremini ning ehitada robustse, tõhusa ja hooldatava esirakenduse.

Pidage meeles, et esirakenduse API disainimisel on esmatähtis lihtsus, skaleeritavus ja hooldatavus. Tehnoloogia arenedes on API disaini uusimate suundumuste ja parimate tavadega kursis olemine edukate veebirakenduste loomiseks globaalses kontekstis hädavajalik.