طراحی API های RESTful: بهترین شیوه‌ها برای مخاطبان جهانی

در دنیای متصل امروزی، APIها (واسط‌های برنامه‌نویسی کاربردی) ستون فقرات توسعه نرم‌افزار مدرن هستند. به طور خاص، APIهای RESTful به دلیل سادگی، مقیاس‌پذیری و قابلیت همکاری، به استانداردی برای ساخت وب‌سرویس‌ها تبدیل شده‌اند. این راهنما بهترین شیوه‌های جامع را برای طراحی APIهای RESTful با تمرکز بر دسترسی جهانی، قابلیت نگهداری و امنیت ارائه می‌دهد.

درک اصول REST

REST (انتقال حالت بازنمودی) یک سبک معماری است که مجموعه‌ای از محدودیت‌ها را برای ایجاد وب‌سرویس‌ها تعریف می‌کند. درک این اصول برای طراحی APIهای RESTful مؤثر، حیاتی است:

• مشتری-سرور (Client-Server): مشتری و سرور موجودیت‌های جداگانه‌ای هستند و می‌توانند به طور مستقل تکامل یابند. مشتری درخواست‌ها را آغاز می‌کند و سرور آن‌ها را پردازش کرده و پاسخ‌ها را برمی‌گرداند.
• بدون حالت (Stateless): سرور هیچ وضعیتی از مشتری را بین درخواست‌ها ذخیره نمی‌کند. هر درخواست از سمت مشتری شامل تمام اطلاعات لازم برای درک و پردازش آن درخواست است. این امر مقیاس‌پذیری و قابلیت اطمینان را بهبود می‌بخشد.
• قابل کش شدن (Cacheable): پاسخ‌ها باید به صراحت به عنوان قابل کش یا غیرقابل کش علامت‌گذاری شوند. این به مشتریان و واسطه‌ها اجازه می‌دهد تا پاسخ‌ها را کش کنند، که باعث بهبود عملکرد و کاهش بار سرور می‌شود.
• سیستم لایه‌ای (Layered System): مشتری معمولاً نمی‌تواند تشخیص دهد که آیا مستقیماً به سرور نهایی متصل است یا به یک واسطه در مسیر. سرورهای واسطه می‌توانند با فعال کردن توازن بار (load-balancing) و فراهم کردن کش‌های مشترک، مقیاس‌پذیری سیستم را بهبود بخشند.
• کد بر حسب تقاضا (Code on Demand) (اختیاری): سرورها می‌توانند به صورت اختیاری کد اجرایی را به مشتریان ارائه دهند تا عملکرد مشتری را گسترش دهند. این مورد کمتر رایج است اما می‌تواند در سناریوهای خاصی مفید باشد.
• واسط یکپارچه (Uniform Interface): این اصل اصلی REST است و شامل چندین زیرمحدودیت می‌شود:
• شناسایی منابع: هر منبع باید با استفاده از یک URI (شناسه منبع یکنواخت) منحصر به فرد قابل شناسایی باشد.
• دستکاری منابع از طریق بازنمودها: مشتریان منابع را با تبادل بازنمودها (مانند JSON، XML) با سرور دستکاری می‌کنند.
• پیام‌های خود-توصیفگر: هر پیام باید اطلاعات کافی برای توصیف نحوه پردازش آن را داشته باشد. به عنوان مثال، هدر Content-Type فرمت بدنه پیام را نشان می‌دهد.
• هایپرمدیا به عنوان موتور وضعیت برنامه (HATEOAS): مشتریان باید از هایپرلینک‌های ارائه شده در پاسخ برای پیمایش API استفاده کنند. این به API اجازه می‌دهد بدون شکستن کلاینت‌ها تکامل یابد. اگرچه همیشه به شدت اجرا نمی‌شود، HATEOAS اتصال سست و قابلیت تکامل را ترویج می‌کند.

طراحی منابع RESTful

منابع، مفاهیم کلیدی در یک API RESTful هستند. آنها نمایانگر داده‌هایی هستند که API در معرض نمایش قرار داده و دستکاری می‌کند. در اینجا چند مورد از بهترین شیوه‌ها برای طراحی منابع RESTful آورده شده است:

۱. از اسم استفاده کنید، نه فعل

منابع باید با استفاده از اسم‌ها نام‌گذاری شوند، نه فعل‌ها. این نشان‌دهنده این واقعیت است که منابع موجودیت‌های داده‌ای هستند، نه اقدامات. به عنوان مثال، به جای /getCustomers از /customers استفاده کنید.

مثال:

به جای:

/getUser?id=123

استفاده کنید از:

/users/123

۲. از اسم‌های جمع استفاده کنید

برای مجموعه‌های منابع از اسم‌های جمع استفاده کنید. این کار ثبات و وضوح را ترویج می‌کند.

مثال:

استفاده کنید از:

/products

به جای:

/product

۳. از ساختارهای سلسله‌مراتبی منابع استفاده کنید

برای نمایش روابط بین منابع از ساختارهای سلسله‌مراتبی منابع استفاده کنید. این کار API را شهودی‌تر و پیمایش آن را آسان‌تر می‌کند.

مثال:

/customers/{customer_id}/orders

این نشان‌دهنده مجموعه سفارشات متعلق به یک مشتری خاص است.

۴. URIهای منابع را کوتاه و معنادار نگه دارید

URIهای کوتاه و معنادار برای درک و به خاطر سپردن آسان‌تر هستند. از URIهای طولانی و پیچیده که تجزیه آنها دشوار است، خودداری کنید.

۵. از قراردادهای نام‌گذاری سازگار استفاده کنید

قراردادهای نام‌گذاری سازگاری را برای منابع ایجاد کنید و در سراسر API به آنها پایبند باشید. این کار خوانایی و قابلیت نگهداری را بهبود می‌بخشد. استفاده از یک راهنمای سبک در سطح شرکت را در نظر بگیرید.

متدهای HTTP: افعال API

متدهای HTTP اقداماتی را که می‌توان روی منابع انجام داد، تعریف می‌کنند. استفاده از متد HTTP صحیح برای هر عملیات برای ساخت یک API RESTful حیاتی است.

• GET: یک منبع یا مجموعه‌ای از منابع را بازیابی می‌کند. درخواست‌های GET باید ایمن (یعنی نباید منبع را تغییر دهند) و idempotent (یعنی چندین درخواست یکسان باید همان اثر یک درخواست واحد را داشته باشند) باشند.
• POST: یک منبع جدید ایجاد می‌کند. درخواست‌های POST معمولاً برای ارسال داده به سرور برای پردازش استفاده می‌شوند.
• PUT: یک منبع موجود را به‌روزرسانی می‌کند. درخواست‌های PUT کل منبع را با بازنمود جدید جایگزین می‌کنند.
• PATCH: یک منبع موجود را به صورت جزئی به‌روزرسانی می‌کند. درخواست‌های PATCH فقط فیلدهای خاصی از منبع را تغییر می‌دهند.
• DELETE: یک منبع را حذف می‌کند.

مثال:

برای ایجاد یک مشتری جدید:

POST /customers

برای بازیابی یک مشتری:

GET /customers/{customer_id}

برای به‌روزرسانی یک مشتری:

PUT /customers/{customer_id}

برای به‌روزرسانی جزئی یک مشتری:

PATCH /customers/{customer_id}

برای حذف یک مشتری:

DELETE /customers/{customer_id}

کدهای وضعیت HTTP: اطلاع‌رسانی نتیجه

کدهای وضعیت HTTP برای اطلاع‌رسانی نتیجه یک درخواست به مشتری استفاده می‌شوند. استفاده از کد وضعیت صحیح برای ارائه بازخورد واضح و آموزنده ضروری است.

در اینجا برخی از رایج‌ترین کدهای وضعیت HTTP آورده شده است:

• 200 OK: درخواست موفقیت‌آمیز بود.
• 201 Created: یک منبع جدید با موفقیت ایجاد شد.
• 204 No Content: درخواست موفقیت‌آمیز بود، اما محتوایی برای بازگشت وجود ندارد.
• 400 Bad Request: درخواست نامعتبر بود. این می‌تواند به دلیل پارامترهای گمشده، داده‌های نامعتبر یا خطاهای دیگر باشد.
• 401 Unauthorized: مشتری برای دسترسی به منبع مجاز نیست. این معمولاً به این معنی است که مشتری باید احراز هویت کند.
• 403 Forbidden: مشتری احراز هویت شده است اما اجازه دسترسی به منبع را ندارد.
• 404 Not Found: منبع پیدا نشد.
• 405 Method Not Allowed: متد مشخص شده در Request-Line برای منبع شناسایی شده توسط Request-URI مجاز نیست.
• 500 Internal Server Error: یک خطای غیرمنتظره در سرور رخ داده است.

مثال:

اگر یک منبع با موفقیت ایجاد شود، سرور باید یک کد وضعیت 201 Created را به همراه یک هدر Location که URI منبع جدید را مشخص می‌کند، بازگرداند.

فرمت‌های داده: انتخاب بازنمود مناسب

APIهای RESTful از بازنمودها برای تبادل داده بین مشتریان و سرورها استفاده می‌کنند. JSON (JavaScript Object Notation) به دلیل سادگی، خوانایی و پشتیبانی گسترده در زبان‌های برنامه‌نویسی، محبوب‌ترین فرمت داده برای APIهای RESTful است. XML (Extensible Markup Language) گزینه رایج دیگری است، اما به طور کلی پرحجم‌تر و پیچیده‌تر از JSON در نظر گرفته می‌شود.

فرمت‌های داده دیگر، مانند Protocol Buffers (protobuf) و Apache Avro، می‌توانند برای موارد استفاده خاصی که عملکرد و کارایی سریال‌سازی داده‌ها حیاتی است، استفاده شوند.

بهترین شیوه‌ها:

• از JSON به عنوان فرمت داده پیش‌فرض استفاده کنید مگر اینکه دلیل قانع‌کننده‌ای برای استفاده از چیز دیگری وجود داشته باشد.
• از هدر Content-Type برای مشخص کردن فرمت بدنه‌های درخواست و پاسخ استفاده کنید.
• در صورت لزوم از چندین فرمت داده پشتیبانی کنید. از مذاکره محتوا (هدر Accept) استفاده کنید تا به مشتریان اجازه دهید فرمت داده ترجیحی خود را مشخص کنند.

نسخه‌بندی API: مدیریت تغییرات

APIها با گذشت زمان تکامل می‌یابند. ویژگی‌های جدید اضافه می‌شوند، باگ‌ها رفع می‌شوند و عملکرد موجود ممکن است تغییر کند یا حذف شود. نسخه‌بندی API مکانیزمی برای مدیریت این تغییرات بدون شکستن کلاینت‌های موجود است.

چندین رویکرد رایج برای نسخه‌بندی API وجود دارد:

• نسخه‌بندی در URI: نسخه API را در URI قرار دهید. به عنوان مثال، /v1/customers، /v2/customers.
• نسخه‌بندی با هدر: از یک هدر HTTP سفارشی برای مشخص کردن نسخه API استفاده کنید. به عنوان مثال، X-API-Version: 1.
• نسخه‌بندی با نوع رسانه: از یک نوع رسانه سفارشی برای مشخص کردن نسخه API استفاده کنید. به عنوان مثال، Accept: application/vnd.example.customer.v1+json.

بهترین شیوه‌ها:

• از نسخه‌بندی در URI به عنوان ساده‌ترین و قابل فهم‌ترین رویکرد استفاده کنید.
• نسخه‌های قدیمی API را به تدریج منسوخ کنید. مستندات واضح و راهنماهای مهاجرت برای مشتریان فراهم کنید.
• تا حد امکان از تغییرات شکننده (breaking changes) خودداری کنید. اگر تغییرات شکننده ضروری است، نسخه جدیدی از API را معرفی کنید.

امنیت API: محافظت از داده‌های شما

امنیت API برای محافظت از داده‌های حساس و جلوگیری از دسترسی غیرمجاز حیاتی است. در اینجا چند مورد از بهترین شیوه‌ها برای ایمن‌سازی API RESTful شما آورده شده است:

• احراز هویت: هویت مشتری را تأیید کنید. روش‌های رایج احراز هویت عبارتند از:
• احراز هویت پایه (Basic Authentication): ساده اما ناامن. فقط باید از طریق HTTPS استفاده شود.
• کلیدهای API (API Keys): کلیدهای منحصر به فردی که به هر مشتری اختصاص داده می‌شود. می‌توان برای ردیابی استفاده و اعمال محدودیت نرخ (rate limits) استفاده کرد.
• OAuth 2.0: یک پروتکل استاندارد برای مجوزدهی تفویضی. به مشتریان اجازه می‌دهد تا از طرف یک کاربر به منابع دسترسی پیدا کنند بدون اینکه به اعتبارنامه‌های کاربر نیاز داشته باشند.
• توکن‌های وب JSON (JWT): یک روش فشرده و خودکفا برای انتقال امن اطلاعات بین طرفین به عنوان یک شیء JSON.
• مجوزدهی (Authorization): دسترسی به منابع را بر اساس هویت و مجوزهای مشتری کنترل کنید. کنترل دسترسی مبتنی بر نقش (RBAC) یک رویکرد رایج است.
• HTTPS: برای رمزگذاری تمام ارتباطات بین مشتری و سرور از HTTPS استفاده کنید. این کار داده‌ها را از شنود و دستکاری محافظت می‌کند.
• اعتبارسنجی ورودی: تمام داده‌های ورودی را برای جلوگیری از حملات تزریق (injection attacks) و سایر آسیب‌پذیری‌های امنیتی اعتبارسنجی کنید.
• محدودیت نرخ (Rate Limiting): تعداد درخواست‌هایی را که یک مشتری می‌تواند در یک دوره زمانی معین انجام دهد، محدود کنید. این کار API را از سوءاستفاده و حملات انکار سرویس (denial-of-service) محافظت می‌کند.
• فایروال API: از یک فایروال برنامه وب (WAF) یا دروازه API (API Gateway) برای محافظت از API خود در برابر حملات رایج استفاده کنید.

مستندات API: قابل کشف کردن API شما

مستندات خوب API برای قابل کشف کردن و آسان کردن استفاده از API شما ضروری است. مستندات باید واضح، مختصر و به‌روز باشند.

در اینجا چند مورد از بهترین شیوه‌ها برای مستندات API آورده شده است:

• از یک فرمت مستندات استاندارد مانند OpenAPI Specification (Swagger) یا RAML استفاده کنید. این فرمت‌ها به شما امکان می‌دهند تا مستندات API تعاملی و SDKهای مشتری را به طور خودکار تولید کنید.
• توضیحات دقیقی از تمام منابع، متدها و پارامترها ارائه دهید.
• مثال‌های کد را در چندین زبان برنامه‌نویسی بگنجانید.
• پیام‌های خطای واضح و نکات عیب‌یابی ارائه دهید.
• مستندات را با آخرین نسخه API به‌روز نگه دارید.
• یک محیط سندباکس (sandbox) ارائه دهید که در آن توسعه‌دهندگان بتوانند API را بدون تأثیر بر داده‌های تولیدی آزمایش کنند.

عملکرد API: بهینه‌سازی برای سرعت و مقیاس‌پذیری

عملکرد API برای ارائه یک تجربه کاربری خوب حیاتی است. APIهای کند می‌توانند منجر به کاربران ناامید و از دست دادن کسب‌وکار شوند.

در اینجا چند مورد از بهترین شیوه‌ها برای بهینه‌سازی عملکرد API آورده شده است:

• از کش کردن برای کاهش بار پایگاه داده استفاده کنید. داده‌های پرکاربرد را در حافظه یا در یک کش توزیع‌شده کش کنید.
• کوئری‌های پایگاه داده را بهینه‌سازی کنید. از ایندکس‌ها استفاده کنید، از اسکن کامل جداول خودداری کنید و از زبان‌های کوئری کارآمد استفاده کنید.
• برای کاهش سربار اتصال به پایگاه داده از connection pooling استفاده کنید.
• پاسخ‌ها را با استفاده از gzip یا سایر الگوریتم‌های فشرده‌سازی، فشرده کنید.
• از یک شبکه تحویل محتوا (CDN) برای کش کردن محتوای استاتیک نزدیک‌تر به کاربران استفاده کنید.
• عملکرد API را با استفاده از ابزارهایی مانند New Relic، Datadog یا Prometheus نظارت کنید.
• کد خود را برای شناسایی گلوگاه‌های عملکردی پروفایل کنید.
• استفاده از پردازش ناهمزمان برای وظایف طولانی‌مدت را در نظر بگیرید.

بین‌المللی‌سازی (i18n) و محلی‌سازی (l10n) API

هنگام طراحی API برای مخاطبان جهانی، بین‌المللی‌سازی (i18n) و محلی‌سازی (l10n) را در نظر بگیرید. این شامل طراحی API شما برای پشتیبانی از چندین زبان، ارز و فرمت‌های تاریخ/زمان است.

بهترین شیوه‌ها:

• برای تمام داده‌های متنی از رمزگذاری یونیکد (UTF-8) استفاده کنید.
• تمام متون را به یک زبان خنثی (مانند انگلیسی) ذخیره کنید و ترجمه‌ها را برای زبان‌های دیگر فراهم کنید.
• برای تعیین زبان ترجیحی کاربر از هدر Accept-Language استفاده کنید.
• برای تعیین مجموعه کاراکتر ترجیحی کاربر از هدر Accept-Charset استفاده کنید.
• برای تعیین فرمت محتوای ترجیحی کاربر از هدر Accept استفاده کنید.
• از چندین ارز پشتیبانی کنید و از استاندارد کد ارزی ISO 4217 استفاده کنید.
• از چندین فرمت تاریخ/زمان پشتیبانی کنید و از استاندارد فرمت تاریخ/زمان ISO 8601 استفاده کنید.
• تأثیر تفاوت‌های فرهنگی بر طراحی API را در نظر بگیرید. به عنوان مثال، برخی فرهنگ‌ها ممکن است فرمت‌های تاریخ/زمان یا فرمت‌های اعداد متفاوتی را ترجیح دهند.

مثال:

یک API تجارت الکترونیک جهانی ممکن است از چندین ارز (USD, EUR, JPY) پشتیبانی کند و به کاربران اجازه دهد ارز ترجیحی خود را با استفاده از یک پارامتر درخواست یا هدر مشخص کنند.

GET /products?currency=EUR

نظارت و تحلیل API

نظارت بر عملکرد، استفاده و خطاهای API شما برای اطمینان از سلامت و پایداری آن حیاتی است. تحلیل‌های API بینش‌های ارزشمندی را در مورد نحوه استفاده از API شما ارائه می‌دهند و می‌توانند به شما در شناسایی زمینه‌های بهبود کمک کنند.

معیارهای کلیدی برای نظارت:

• زمان پاسخ: میانگین زمانی که طول می‌کشد تا API به یک درخواست پاسخ دهد.
• نرخ خطا: درصد درخواست‌هایی که منجر به خطا می‌شوند.
• حجم درخواست: تعداد درخواست‌ها در واحد زمان.
• الگوهای استفاده: کدام اندپوینت‌های API بیشتر استفاده می‌شوند؟ کاربران برتر چه کسانی هستند؟
• استفاده از منابع: استفاده از CPU، حافظه و شبکه سرورهای API.

ابزارهای نظارت و تحلیل API:

• New Relic
• Datadog
• Prometheus
• Amazon CloudWatch
• Google Cloud Monitoring
• Azure Monitor

نتیجه‌گیری

طراحی یک API RESTful برای مخاطبان جهانی نیازمند توجه دقیق به چندین عامل است، از جمله اصول REST، طراحی منابع، متدها و کدهای وضعیت HTTP، فرمت‌های داده، نسخه‌بندی API، امنیت، مستندات، عملکرد، بین‌المللی‌سازی و نظارت. با پیروی از بهترین شیوه‌های ذکر شده در این راهنما، می‌توانید APIهایی بسازید که مقیاس‌پذیر، قابل نگهداری، ایمن و برای توسعه‌دهندگان در سراسر جهان قابل دسترسی باشند. به یاد داشته باشید که طراحی API یک فرآیند تکراری است. به طور مداوم API خود را نظارت کنید، از کاربران بازخورد بگیرید و طراحی خود را برای پاسخگویی به نیازهای در حال تحول تطبیق دهید.