طراحی API فرانت‌اند: الگوهای REST، GraphQL و RPC

در توسعه وب مدرن، فرانت‌اند به عنوان یک رابط حیاتی بین کاربران و سرویس‌های بک‌اند عمل می‌کند. انتخاب الگوی طراحی API مناسب برای ساخت برنامه‌های کارآمد، مقیاس‌پذیر و قابل نگهداری ضروری است. این مقاله مقایسه‌ای جامع از سه الگوی محبوب طراحی API ارائه می‌دهد: REST، GraphQL و RPC (فراخوانی رویه از راه دور)، و نقاط قوت، ضعف و موارد استفاده مناسب آن‌ها را برجسته می‌کند.

درک الگوهای طراحی API

یک الگوی طراحی API (رابط برنامه‌نویسی کاربردی) رویکردی ساختاریافته برای طراحی ارتباط بین سیستم‌های نرم‌افزاری مختلف فراهم می‌کند. این الگو نحوه ارسال درخواست‌ها، ساختاردهی داده‌ها و مدیریت پاسخ‌ها را تعیین می‌کند. انتخاب الگو به طور قابل توجهی بر عملکرد، انعطاف‌پذیری و قابلیت نگهداری هم فرانت‌اند و هم بک‌اند تأثیر می‌گذارد.

۱. REST (انتقال حالت بازنمودی)

REST چیست؟

REST یک سبک معماری است که بر یک پروتکل ارتباطی کلاینت-سرور و بدون حالت (stateless)، معمولاً HTTP، تکیه دارد. منابع توسط URIها (شناسه‌های یکنواخت منبع) شناسایی شده و با استفاده از متدهای استاندارد HTTP مانند GET، POST، PUT، PATCH و DELETE دستکاری می‌شوند.

اصول کلیدی REST

• بدون حالت (Stateless): هر درخواست از کلاینت به سرور باید تمام اطلاعات لازم برای درک درخواست را شامل شود. سرور هیچ زمینه‌ای از کلاینت را بین درخواست‌ها ذخیره نمی‌کند.
• کلاینت-سرور: تفکیک واضح دغدغه‌ها بین کلاینت (فرانت‌اند) و سرور (بک‌اند).
• قابل کش شدن (Cacheable): پاسخ‌ها باید قابل کش شدن باشند تا عملکرد بهبود یابد و بار سرور کاهش یابد.
• سیستم لایه‌ای: کلاینت نباید قادر به تشخیص این باشد که آیا مستقیماً به سرور نهایی متصل است یا به یک واسطه در مسیر.
• رابط یکنواخت: این مهم‌ترین اصل است و شامل موارد زیر می‌شود:
• شناسایی منبع: منابع توسط URIها شناسایی می‌شوند.
• دستکاری منبع از طریق بازنمودها: کلاینت‌ها منابع را با تبادل بازنمودها (مانند JSON، XML) دستکاری می‌کنند.
• پیام‌های خود-توصیفگر: پیام‌ها اطلاعات کافی برای فهمیده شدن را در خود دارند.
• هایپرمدیا به عنوان موتور وضعیت برنامه (HATEOAS): کلاینت‌ها با دنبال کردن لینک‌های ارائه شده در پاسخ‌ها، در API پیمایش می‌کنند.

مزایای REST

• سادگی و آشنایی: REST به طور گسترده‌ای پذیرفته شده و برای توسعه‌دهندگان به خوبی قابل درک است. اتکای آن به HTTP کار با آن را آسان می‌کند.
• مقیاس‌پذیری: ماهیت بدون حالت REST امکان مقیاس‌پذیری آسان با افزودن سرورهای بیشتر را فراهم می‌کند.
• قابلیت کش شدن: APIهای RESTful می‌توانند از مکانیزم‌های کش HTTP برای بهبود عملکرد استفاده کنند.
• انعطاف‌پذیری: REST با فرمت‌های داده مختلف (مانند JSON، XML) سازگار است و می‌تواند با زبان‌های برنامه‌نویسی گوناگون استفاده شود.
• HATEOAS: اگرچه اغلب نادیده گرفته می‌شود، HATEOAS می‌تواند به طور قابل توجهی قابلیت کشف API را بهبود بخشد و وابستگی بین کلاینت و سرور را کاهش دهد.

معایب REST

• دریافت بیش از حد داده (Over-Fetching): اندپوینت‌های REST اغلب داده‌های بیشتری از آنچه کلاینت واقعاً نیاز دارد برمی‌گردانند که منجر به هدر رفتن پهنای باند و قدرت پردازش می‌شود. به عنوان مثال، درخواست داده‌های کاربر ممکن است آدرس یا تنظیماتی را برگرداند که کاربر برای نمایش یک پروفایل ساده به آن‌ها نیاز ندارد.
• دریافت کمتر از حد داده (Under-Fetching): کلاینت‌ها ممکن است نیاز به ارسال چندین درخواست به اندپوینت‌های مختلف برای جمع‌آوری تمام داده‌های مورد نیاز داشته باشند. این می‌تواند منجر به افزایش تأخیر و پیچیدگی شود.
• چالش‌های نسخه‌بندی: نسخه‌بندی API می‌تواند پیچیده باشد و اغلب نیازمند تغییراتی در URIها یا هدرها است.

مثال REST

یک API REST برای مدیریت یک کتابخانه را در نظر بگیرید. در اینجا چند نمونه اندپوینت آمده است:

• GET /books: فهرستی از تمام کتاب‌ها را بازیابی می‌کند.
• GET /books/{id}: یک کتاب خاص را بر اساس ID آن بازیابی می‌کند.
• POST /books: یک کتاب جدید ایجاد می‌کند.
• PUT /books/{id}: یک کتاب موجود را به‌روزرسانی می‌کند.
• DELETE /books/{id}: یک کتاب را حذف می‌کند.

مثال بین‌المللی: یک پلتفرم تجارت الکترونیک جهانی از APIهای REST برای مدیریت کاتالوگ محصولات، حساب‌های کاربری و پردازش سفارشات در مناطق و زبان‌های مختلف استفاده می‌کند. هر محصول ممکن است توضیحات متفاوتی بر اساس مکان داشته باشد.

۲. GraphQL

GraphQL چیست؟

GraphQL یک زبان کوئری برای API شما و یک رانتایم سمت سرور برای اجرای آن کوئری‌ها است. این تکنولوژی که توسط فیسبوک توسعه یافته است، به کلاینت‌ها اجازه می‌دهد دقیقاً داده‌هایی را که نیاز دارند درخواست کنند و نه بیشتر، و به این ترتیب مشکل دریافت بیش از حد داده (over-fetching) در REST را حل می‌کند.

ویژگی‌های کلیدی GraphQL

• تعریف اسکما: APIهای GraphQL توسط یک اسکما تعریف می‌شوند که داده‌های موجود و نحوه دسترسی کلاینت‌ها به آن را توصیف می‌کند.
• زبان کوئری: کلاینت‌ها از یک زبان کوئری اعلانی برای مشخص کردن داده‌های دقیق مورد نیاز خود استفاده می‌کنند.
• سیستم نوع‌بندی (Type System): GraphQL از یک سیستم نوع‌بندی قوی برای اعتبارسنجی کوئری‌ها و تضمین یکپارچگی داده‌ها استفاده می‌کند.
• درون‌نگری (Introspection): کلاینت‌ها می‌توانند از خود اسکما کوئری بگیرند تا داده‌ها و انواع موجود را کشف کنند.

مزایای GraphQL

• کاهش دریافت بیش از حد و کمتر از حد داده: کلاینت‌ها فقط داده‌های مورد نیاز خود را درخواست می‌کنند، که باعث به حداقل رساندن استفاده از پهنای باند و بهبود عملکرد می‌شود.
• اسکمای قویاً نوع‌بندی شده: اسکما به عنوان یک قرارداد بین کلاینت و سرور عمل می‌کند، یکپارچگی داده‌ها را تضمین کرده و خطاها را کاهش می‌دهد.
• تکامل API: GraphQL با افزودن فیلدهای جدید به اسکما، امکان ایجاد تغییرات غیرشکننده (non-breaking) در API را فراهم می‌کند.
• تجربه توسعه‌دهنده: ابزارهایی مانند GraphiQL یک محیط تعاملی برای کاوش و آزمایش APIهای GraphQL فراهم می‌کنند.
• یک اندپوینت واحد: به طور معمول، یک API GraphQL یک اندپوینت واحد (مانند /graphql) را در معرض دید قرار می‌دهد که پیکربندی کلاینت را ساده می‌کند.

معایب GraphQL

• پیچیدگی: راه‌اندازی و مدیریت یک سرور GraphQL می‌تواند پیچیده‌تر از یک API REST باشد.
• چالش‌های عملکردی: کوئری‌های پیچیده در صورت عدم بهینه‌سازی مناسب می‌توانند منجر به مشکلات عملکردی شوند.
• کش کردن: کش HTTP با GraphQL کارایی کمتری دارد زیرا تمام درخواست‌ها به یک اندپوینت واحد ارسال می‌شوند. این امر نیازمند راه‌حل‌های کش پیچیده‌تری است.
• منحنی یادگیری: توسعه‌دهندگان باید یک زبان کوئری جدید یاد بگیرند و اسکما GraphQL را درک کنند.

مثال GraphQL

یک API GraphQL برای یک پلتفرم رسانه اجتماعی را در نظر بگیرید. یک کلاینت ممکن است فقط نام و تصویر پروفایل یک کاربر را درخواست کند:

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

سرور فقط داده‌های درخواست شده را برمی‌گرداند:

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

مثال بین‌المللی: یک سازمان خبری چندملیتی از GraphQL برای جمع‌آوری محتوا از منابع مختلف و ارائه آن به صورت شخصی‌سازی شده به کاربران در مناطق مختلف استفاده می‌کند. کاربران ممکن است انتخاب کنند که مقالات کشورهای خاص یا به زبان‌های معینی را ببینند.

۳. RPC (فراخوانی رویه از راه دور)

RPC چیست؟

RPC پروتکلی است که به یک برنامه در یک کامپیوتر اجازه می‌دهد تا یک رویه (یا تابع) را در کامپیوتر دیگری اجرا کند، گویی که آن رویه محلی است. این الگو برخلاف REST، بر روی اقدامات (actions) به جای منابع تمرکز دارد.

ویژگی‌های کلیدی RPC

• رویه-محور: RPC عملیات را بر حسب رویه‌ها یا توابع تعریف می‌کند.
• وابستگی شدید (Tight Coupling): RPC اغلب شامل وابستگی شدیدتری بین کلاینت و سرور در مقایسه با REST یا GraphQL است.
• پروتکل‌های باینری: پیاده‌سازی‌های RPC اغلب از پروتکل‌های باینری مانند gRPC برای ارتباط کارآمد استفاده می‌کنند.
• تولید کد: فریمورک‌های RPC اغلب از تولید کد برای ایجاد استاب‌های کلاینت و سرور از یک تعریف سرویس استفاده می‌کنند.

مزایای RPC

• عملکرد: RPC به دلیل استفاده از پروتکل‌های باینری و ارتباط بهینه شده می‌تواند مزایای عملکردی قابل توجهی ارائه دهد.
• کارایی: پروتکل‌های RPC مانند gRPC برای ارتباطات با عملکرد بالا و تأخیر کم طراحی شده‌اند.
• تولید کد: تولید کد توسعه را ساده کرده و خطر خطاها را کاهش می‌دهد.
• مبتنی بر قرارداد: RPC بر قراردادهای سرویس به خوبی تعریف شده تکیه دارد و هماهنگی بین کلاینت و سرور را تضمین می‌کند.

معایب RPC

• وابستگی شدید: تغییرات در تعریف سرویس ممکن است نیازمند به‌روزرسانی هم کلاینت و هم سرور باشد.
• قابلیت همکاری محدود: RPC می‌تواند قابلیت همکاری کمتری نسبت به REST داشته باشد، به خصوص هنگام استفاده از پروتکل‌های باینری.
• منحنی یادگیری تندتر: فریمورک‌های RPC مانند gRPC می‌توانند منحنی یادگیری تندتری نسبت به REST داشته باشند.
• پیچیدگی اشکال‌زدایی: اشکال‌زدایی فراخوانی‌های RPC در سراسر شبکه‌ها می‌تواند چالش‌برانگیزتر باشد.

مثال RPC

یک سرویس RPC برای محاسبه هزینه‌های حمل و نقل را در نظر بگیرید. کلاینت یک رویه از راه دور به نام CalculateShippingCost را با پارامترهایی مانند آدرس مقصد و وزن بسته فراخوانی می‌کند:

// کد سمت کلاینت (مثال با استفاده از gRPC)

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

سرور رویه را اجرا کرده و هزینه حمل و نقل را برمی‌گرداند:

// کد سمت سرور (مثال با استفاده از 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 بین‌المللی: یک شرکت لجستیک جهانی از gRPC برای ارتباط داخلی بین میکروسرویس‌های خود استفاده می‌کند و تراکنش‌های با حجم بالا و ردیابی لحظه‌ای محموله‌ها در کشورهای مختلف را مدیریت می‌کند. این امر تأخیر کم و کارایی بالا در پردازش داده‌های لجستیکی در سراسر جهان را تضمین می‌کند.

جدول مقایسه

در اینجا جدولی وجود دارد که تفاوت‌های کلیدی بین REST، GraphQL و RPC را خلاصه می‌کند:

ویژگی	REST	GraphQL	RPC
سبک ارتباط	منبع-محور	کوئری-محور	رویه-محور
دریافت داده	دریافت بیش از حد/کمتر از حد	دریافت دقیق داده	تعریف شده توسط رویه
اسکما	با تعریف آزاد	قویاً نوع‌بندی شده	قرارداد صریح
وابستگی	کم	کم	شدید
عملکرد	خوب (با کش کردن)	بالقوه بهتر (با بهینه‌سازی)	عالی
پیچیدگی	کم	متوسط	متوسط تا زیاد
قابلیت همکاری	زیاد	زیاد	کمتر (به ویژه با پروتکل‌های باینری)
موارد استفاده	عملیات CRUD، APIهای ساده	نیازمندی‌های داده پیچیده، برنامه‌های موبایل	ارتباطات میکروسرویس‌ها، سیستم‌های با عملکرد بالا

انتخاب الگوی طراحی API مناسب

انتخاب الگوی طراحی API به نیازمندی‌های خاص برنامه شما بستگی دارد. عوامل زیر را در نظر بگیرید:

• پیچیدگی نیازمندی‌های داده: برای برنامه‌هایی با نیازمندی‌های داده پیچیده، GraphQL می‌تواند انتخاب خوبی باشد.
• نیازهای عملکردی: برای سیستم‌های با عملکرد بالا، RPC ممکن است مناسب‌تر باشد.
• نیازمندی‌های مقیاس‌پذیری: REST برای برنامه‌های مقیاس‌پذیر بسیار مناسب است.
• آشنایی تیم: تجربه تیم با هر الگو را در نظر بگیرید.
• نیازمندی‌های قابلیت همکاری: REST بیشترین قابلیت همکاری را در بین الگوها دارد.

سناریوهای نمونه:

• وب‌سایت تجارت الکترونیک: یک API REST می‌تواند برای مدیریت محصولات، سفارش‌ها و حساب‌های کاربری استفاده شود. GraphQL ممکن است برای جستجو و فیلتر کردن محصولات استفاده شود، به کاربران این امکان را می‌دهد که دقیقاً ویژگی‌هایی را که می‌خواهند ببینند، مشخص کنند.
• اپلیکیشن بانکداری موبایل: GraphQL می‌تواند برای دریافت اطلاعات حساب کاربری و تاریخچه تراکنش‌ها استفاده شود، که انتقال داده را به حداقل رسانده و عملکرد را در دستگاه‌های موبایل بهبود می‌بخشد.
• معماری میکروسرویس‌ها: RPC (مانند gRPC) می‌تواند برای ارتباط کارآمد بین میکروسرویس‌ها استفاده شود.
• سیستم مدیریت محتوا (CMS): API REST برای عملیات ساده، GraphQL برای روابط پیچیده بین عناصر محتوا.
• پلتفرم اینترنت اشیاء (IoT): RPC برای ارتباطات با تأخیر کم دستگاه‌ها، REST برای تجزیه و تحلیل داده‌ها و گزارش‌دهی.

بهترین شیوه‌ها برای یکپارچه‌سازی API در فرانت‌اند

صرف نظر از الگوی طراحی API انتخاب شده، این بهترین شیوه‌ها را برای یکپارچه‌سازی بی‌نقص در فرانت‌اند دنبال کنید:

• از یک کلاینت API ثابت استفاده کنید: یک کتابخانه کلاینت HTTP قابل اعتماد (مانند Axios، Fetch API) انتخاب کرده و به طور مداوم در سراسر برنامه خود از آن استفاده کنید.
• خطاها را به درستی مدیریت کنید: مدیریت خطای قوی برای گرفتن و نمایش خطاهای API به کاربر پیاده‌سازی کنید.
• وضعیت‌های بارگذاری را پیاده‌سازی کنید: هنگام دریافت داده از API، بازخورد بصری به کاربر ارائه دهید.
• دریافت داده را بهینه کنید: از تکنیک‌هایی مانند memoization و کش کردن برای کاهش فراخوانی‌های غیرضروری API استفاده کنید.
• کلیدهای API خود را ایمن کنید: کلیدهای API خود را از دسترسی غیرمجاز محافظت کنید.
• عملکرد API را نظارت کنید: از ابزارهای نظارتی برای ردیابی عملکرد API و شناسایی مشکلات احتمالی استفاده کنید.
• محدودیت نرخ درخواست (Rate Limiting) را پیاده‌سازی کنید: با محدود کردن تعداد درخواست‌ها از یک کلاینت واحد، از سوءاستفاده جلوگیری کنید.
• نحوه استفاده از API خود را مستند کنید: به وضوح نحوه تعامل فرانت‌اند با API را مستند کنید.

نتیجه‌گیری

انتخاب الگوی طراحی API مناسب یک تصمیم حیاتی است که می‌تواند به طور قابل توجهی بر موفقیت برنامه فرانت‌اند شما تأثیر بگذارد. REST، GraphQL و RPC هر کدام مزایا و معایب منحصر به فردی دارند. با در نظر گرفتن دقیق نیازمندی‌های برنامه خود و عوامل مورد بحث در این مقاله، می‌توانید الگویی را انتخاب کنید که به بهترین وجه با نیازهای شما مطابقت داشته باشد و یک فرانت‌اند قوی، کارآمد و قابل نگهداری بسازید.

به یاد داشته باشید که هنگام طراحی API فرانت‌اند خود، سادگی، مقیاس‌پذیری و قابلیت نگهداری را در اولویت قرار دهید. با تکامل فناوری، آگاه ماندن از آخرین روندها و بهترین شیوه‌ها در طراحی API برای ساخت برنامه‌های وب موفق در یک زمینه جهانی ضروری است.