Frontend API Gateway: Servisno mrežje in usmerjanje za sodobne spletne aplikacije

V današnjem zapletenem okolju spletnih aplikacij je dobro definirana arhitektura ključna za skalabilnost, vzdrževanje in varnost. Ena od ključnih komponent v tej arhitekturi je Frontend API Gateway (včasih imenovan tudi Backend for Frontend ali BFF). Ta objava na blogu se poglobi v koncept Frontend API Gatewayev, pri čemer raziskuje njihovo vlogo v servisnem mrežju in različne strategije usmerjanja.

Kaj je Frontend API Gateway?

Frontend API Gateway deluje kot povratni proxy in enotna vstopna točka za odjemalske aplikacije (npr. spletni brskalniki, mobilne aplikacije) za interakcijo z več zalednimi storitvami. Razloži frontend od zapletenosti zaledne arhitekture, poenostavi razvoj in izboljša uporabniško izkušnjo.

Namesto da bi odjemalska aplikacija neposredno klicala več zalednih storitev, vzpostavi eno zahtevo do API Gatewaya. Nato Gateway usmeri zahtevo na ustrezno zaledno(e) storitev(e), po potrebi združi odgovore in vrne enoten odgovor odjemalcu.

Ključne odgovornosti Frontend API Gatewaya:

• Usmerjanje zahtev: Usmerjanje dohodnih zahtev na ustrezne zaledne storitve na podlagi predhodno definiranih pravil.
• Transformacija zahtev: Spreminjanje oblike zahteve, da je združljiva z zaledno storitvijo.
• Združevanje odgovorov: Združevanje odgovorov iz več zalednih storitev v en sam odgovor za odjemalca.
• Avtentikacija in avtorizacija: Preverjanje identitete uporabnika in zagotavljanje, da imajo potrebna dovoljenja za dostop do zahtevanih virov.
• Omejevanje hitrosti in dušenje: Zaščita zalednih storitev pred preobremenitvijo z omejevanjem števila zahtev od enega odjemalca ali IP-naslova.
• Predpomnjenje: Shranjevanje pogosto dostopanih podatkov za zmanjšanje zakasnitve in izboljšanje zmogljivosti.
• Opaznost: Zagotavljanje metrik, dnevnikov in sledenj za spremljanje zdravja in zmogljivosti sistema.
• Prevod protokolov: Prevajanje med različnimi protokoli (npr. HTTP/1.1 v HTTP/2, REST v gRPC).
• Varnost: Izvajanje varnostnih pravil, kot so CORS, prekinitev SSL in validacija vhodnih podatkov.

Vloga servisnega mrežja

Servisno mrežje je infrastrukturna plast, ki upravlja komunikacijo med storitvami v arhitekturi mikroservisov. Zagotavlja funkcije, kot so upravljanje prometa, opaznost in varnost, ne da bi zahteval spremembe v kodi aplikacije.

Medtem ko Frontend API Gateway upravlja komunikacijo med odjemalsko aplikacijo in zaledjem, se servisno mrežje osredotoča na notranjo komunikacijo *med* mikroservisi. Delujeta skupaj, da zagotovita celovito rešitev za upravljanje prometa in zagotavljanje zanesljivosti celotnega sistema.

Kako servisno mrežje dopolnjuje Frontend API Gateway:

• Izboljšana opaznost: Servisno mrežje zagotavlja podrobne metrike in podatke o sledenju za vso komunikacijo med storitvami, kar vam omogoča lažje prepoznavanje ozkih grl pri zmogljivosti in odpravljanje težav. Frontend API Gateway ponuja vpogled v zmogljivost na strani odjemalca in vzorce zahtev.
• Izboljšana varnost: Servisno mrežje lahko izvaja varnostna pravila, kot sta vzajemni TLS in nadzor dostopa na ravni storitve, kar dodatno krepi splošno varnost sistema. Frontend API Gateway upravlja avtentikacijo in avtorizacijo na robu.
• Napredno upravljanje prometa: Servisno mrežje vam omogoča izvajanje naprednih tehnik upravljanja prometa, kot so kanarske uvedbe, modro-zelene uvedbe in A/B testiranje. Frontend API Gateway lahko usmerja promet na različne različice aplikacije na podlagi atributov uporabnika ali geografske lokacije.
• Žilavost: Servisno mrežje ponuja funkcije, kot so ponovni poskusi, odklopniki in uravnoteženje obremenitve, za izboljšanje žilavosti sistema. Frontend API Gateway lahko izvaja nadomestne mehanizme za obravnavanje napak v zalednih storitvah.

Priljubljene tehnologije servisnega mrežja vključujejo Istio, Linkerd in Consul Connect.

Strategije usmerjanja za Frontend API Gatewaye

Izbira prave strategije usmerjanja je ključna za optimizacijo zmogljivosti, varnosti in vzdrževanja. Tukaj je nekaj pogostih strategij usmerjanja, ki se uporabljajo v Frontend API Gatewayih:

1. Usmerjanje na podlagi poti

To je najenostavnejša strategija usmerjanja, kjer se zahteve usmerjajo na podlagi URL poti. Na primer:

• /users -> Storitev za uporabnike
• /products -> Storitev za izdelke
• /orders -> Storitev za naročila

Usmerjanje na podlagi poti je enostavno za implementacijo in razumevanje, vendar lahko postane zapleteno, če struktura URL-jev ni dobro definirana ali če obstajajo prekrivajoče se poti.

2. Usmerjanje na podlagi glave

Ta strategija usmerja zahteve na podlagi vrednosti v HTTP glavi. To je lahko koristno za usmerjanje zahtev na podlagi vrste naprave uporabnika, jezika ali statusa avtentikacije. Na primer, lahko uporabite glavo Accept-Language za usmerjanje zahtev na lokalizirano različico aplikacije.

Primer:

Če je prisotna zahtevna glava X-Region: EU, se zahteva usmeri na evropski podatkovni center. Če je prisotna X-Region: US, se usmeri na ameriški podatkovni center. To omogoča skladnost s suverenostjo podatkov.

3. Usmerjanje na podlagi niza poizvedbe

Ta strategija usmerja zahteve na podlagi vrednosti parametrov poizvedbe v URL-ju. To je lahko koristno za usmerjanje zahtev na podlagi določenih funkcij ali eksperimentalnih različic aplikacije.

Primer:

Platforma za igre bi jo lahko uporabila. URL https://example.com/game?version=beta bi lahko uporabnika usmeril na strežnik za beta testiranje igre, medtem ko bi https://example.com/game?version=stable vodil do produkcijskega okolja.

4. Usmerjanje na podlagi metode

Ta strategija usmerja zahteve na podlagi metode HTTP (npr. GET, POST, PUT, DELETE). To se običajno uporablja v RESTful API-jih za preslikavo različnih metod na različne zaledne storitve ali operacije.

5. Vsebinsko usmerjanje

Ta strategija usmerja zahteve na podlagi vsebine telesa zahteve. To je lahko koristno za usmerjanje zahtev na podlagi oblike podatkov (npr. JSON, XML) ali vrste zahteve (npr. ustvarjanje uporabnika, posodabljanje izdelka). To običajno vključuje bolj zapleteno analizo in lahko povzroči zakasnitev.

Primer:

Platforma za e-trgovino lahko zahteve, ki vsebujejo obremenitev nakupovalne košarice, usmeri na storitev 'Naročilo', medtem ko zahteve, ki vsebujejo podrobnosti o izdelku, usmerja na storitev 'Informacije o izdelku'.

6. Tehtano usmerjanje

Tehtano usmerjanje se uporablja za distribucijo prometa med več zalednimi storitvami na podlagi predhodno definiranih uteži. To se običajno uporablja za kanarske uvedbe ali A/B testiranje, kjer želite postopoma uvesti novo različico aplikacije za majhen odstotek uporabnikov.

Primer:

Morda boste 90 % prometa usmerili na obstoječo različico aplikacije in 10 % na novo različico. Med spremljanjem zmogljivosti nove različice lahko postopoma povečujete utež, dokler ne obravnava vsega prometa.

7. Geografsko usmerjanje (Geo-usmerjanje)

Ta pristop uporablja geografsko lokacijo odjemalca (izpeljano iz IP-naslova ali drugih sredstev) za usmerjanje zahtev na najbližjo ali najbolj ustrezno instanco zaledne storitve. To zmanjšuje zakasnitev in izboljšuje zmogljivost za uporabnike v različnih regijah. To je bistveno za globalno razširjene aplikacije.

Primer:

Storitev pretakanja lahko uporabnike v Evropi usmeri na strežnike, ki se nahajajo v Evropi, in uporabnike v Severni Ameriki na strežnike v Severni Ameriki.

8. Uporabniško usmerjanje

Odločitve o usmerjanju temeljijo na avtenticiranem uporabniku. Različne skupine uporabnikov imajo lahko dostop do različnih funkcij ali različic aplikacije. To omogoča personalizirane izkušnje in nadzorovane uvajanje funkcij.

Primer:

Naročniki, ki plačujejo premijo, bi lahko bili usmerjeni na strežnike z nižjo zakasnitvijo, medtem ko bi bili brezplačni uporabniki usmerjeni na standardno infrastrukturo.

Prednosti uporabe Frontend API Gatewaya

Implementacija Frontend API Gatewaya ponuja več pomembnih prednosti:

• Izboljšana zmogljivost: Z združevanjem zahtev in predpomnjenjem podatkov lahko API Gateway zmanjša število zahtev zalednim storitvam, izboljša splošno zmogljivost in zmanjša zakasnitev.
• Poenostavljen razvoj na strani odjemalca: API Gateway loči frontend od zaledja, kar omogoča razvijalcem na strani odjemalca, da se osredotočijo na gradnjo uporabniškega vmesnika, ne da bi skrbeli za zapletenost zaledne arhitekture.
• Izboljšana varnost: API Gateway lahko izvaja varnostna pravila, kot so avtentikacija, avtorizacija in omejevanje hitrosti, s čimer ščiti zaledne storitve pred zlonamernimi napadi.
• Povečana skalabilnost: API Gateway lahko distribuira promet med več zalednih storitev, kar omogoča lažje skaliranje sistema za obravnavanje povečane obremenitve.
• Centralizirano upravljanje API-jev: API Gateway zagotavlja centralno točko za upravljanje in spremljanje API-jev, kar olajša sledenje uporabi, prepoznavanje težav in izvajanje pravil.
• Tehnološko neopredeljen frontend: Frontend ekipa postane veliko bolj prilagodljiva pri izbiri novih tehnologij za gradnjo uporabniških vmesnikov, saj jim ni treba skrbeti za zaledje.

Izbira prave tehnologije

Za implementacijo Frontend API Gatewaya se lahko uporabi več tehnologij, vsaka s svojimi prednostmi in slabostmi. Nekatere priljubljene možnosti vključujejo:

• NGINX: Visoko zmogljiv spletni strežnik in povratni proxy, ki ga je mogoče konfigurirati kot API Gateway.
• HAProxy: Drug priljubljen odprtokodni uravnoteževalnik obremenitev in povratni proxy.
• Kong: Odprtokodni API Gateway zgrajen na vrhu NGINX-a.
• Tyk: Odprtokodni API Gateway z vgrajenimi funkcijami upravljanja API-jev.
• Platforme za upravljanje API-jev (npr. Apigee, Mulesoft): Komerične platforme, ki ponujajo celovit nabor funkcij za upravljanje in zavarovanje API-jev. Te običajno vključujejo analitiko API-jev, razvojne portale in funkcije monetizacije.
• Rešitve ponudnikov oblakov (npr. AWS API Gateway, Azure API Management, Google Cloud API Gateway): Storitve API Gateway v oblaku, ki jih ponujajo glavni ponudniki oblakov. Te storitve so tesno integrirane z ekosistemom ponudnika oblakov in nudijo skalabilnost, varnost in enostavnost uporabe.
• GraphQL Gatewayi (npr. Apollo Gateway, StepZen): Posebni prehodi, zasnovani za GraphQL API-je, ki ponujajo funkcije, kot sta sestavljanje shem in federacija.

Pri izbiri tehnologije upoštevajte dejavnike, kot so zmogljivost, skalabilnost, varnost, enostavnost uporabe in stroški. Upoštevati morate tudi svojo obstoječo infrastrukturo in strokovno znanje. Če že uporabljate NGINX za druge namene, je morda dobra izbira, da ga uporabite tudi kot svoj API Gateway. Če potrebujete naprednejše funkcije upravljanja API-jev, je morda komercialna platforma za upravljanje API-jev boljša možnost.

Upoštevanja pri implementaciji

Implementacija Frontend API Gatewaya zahteva skrbno načrtovanje in izvedbo. Tukaj je nekaj pomembnih premislekov:

• Zasnova API-ja: Oblikujte svoje API-je z mislijo na frontend. Upoštevajte potrebe odjemalskih aplikacij in oblikujte API-je, ki so enostavni za uporabo in učinkoviti.
• Avtentikacija in avtorizacija: Izvedite robustne mehanizme avtentikacije in avtorizacije za zaščito vaših zalednih storitev pred nepooblaščenim dostopom. Razmislite o uporabi standardnih protokolov, kot sta OAuth 2.0 in OpenID Connect.
• Obravnavanje napak: Izvedite ustrezno obravnavanje napak, da odjemalskim aplikacijam zagotovite informativna sporočila o napakah. Uporabite dosledne kode napak in sporočila, da razvijalcem olajšate odpravljanje težav.
• Spremljanje in beleženje: Izvedite celovito spremljanje in beleženje za sledenje stanju in zmogljivosti API Gatewaya in zalednih storitev. Uporabite orodja, kot so Prometheus, Grafana in sklad ELK, za zbiranje in analizo metrik in dnevnikov.
• Omejevanje hitrosti in dušenje: Izvedite omejevanje hitrosti in dušenje, da zaščitite svoje zaledne storitve pred preobremenitvijo. Določite ustrezne omejitve glede na zmogljivost vaših zalednih storitev in pričakovane vzorce prometa.
• Predpomnjenje: Izvedite predpomnjenje za zmanjšanje zakasnitve in izboljšanje zmogljivosti. Uporabite strategijo predpomnjenja, ki je primerna za vašo aplikacijo, na primer predpomnjenje na podlagi vsebine ali predpomnjenje na podlagi časa.
• Testiranje: Temeljito preizkusite API Gateway in zaledne storitve, da zagotovite njihovo pravilno delovanje. Uporabite orodja za avtomatizirano testiranje za izvajanje enotnih, integracijskih in končnih testov.
• Dokumentacija: Ustvarite jasno in obsežno dokumentacijo za svoje API-je. Uporabite orodja, kot je Swagger/OpenAPI, za samodejno generiranje dokumentacije API-jev. Dokumentacija mora jasno pojasnjevati končne točke API-ja, parametre zahtev, oblike odgovorov in kode napak.
• Krepitev varnosti: Redno pregledujte in posodabljajte varnostno konfiguracijo API Gatewaya in zalednih storitev. Po potrebi takoj namestite varnostne popravke in upoštevajte najboljše varnostne prakse.

Primeri iz resničnega sveta

• Platforma za e-trgovino: Velika platforma za e-trgovino uporablja Frontend API Gateway za združevanje podatkov iz različnih zalednih storitev, kot so katalog izdelkov, upravljanje naročil in obdelava plačil. Gateway upravlja tudi avtentikacijo in avtorizacijo, kar zagotavlja varen dostop do podatkov strank.
• Storitev pretakanja medijev: Storitev pretakanja medijev uporablja Frontend API Gateway za usmerjanje zahtev na različne mreže za dostavo vsebin (CDN) glede na lokacijo uporabnika. Gateway upravlja tudi pretvorbo in optimizacijo vsebine, kar zagotavlja gladko izkušnjo pretakanja za uporabnike na različnih napravah.
• Finančna institucija: Finančna institucija uporablja Frontend API Gateway za zagotavljanje API-jev mobilnim bančnim aplikacijam. Gateway upravlja avtentikacijo, avtorizacijo in šifriranje podatkov, kar zagotavlja varnost občutljivih finančnih podatkov.
• Globalna mreža družbenih medijev: Globalna mreža družbenih medijev uporablja geo-usmerjanje s svojim Frontend API Gatewayem, da uporabnike usmeri na najbližji podatkovni center, kar zmanjšuje zakasnitev in izboljšuje uporabniško izkušnjo, zlasti pri nalaganju slik in videoposnetkov.

Prihodnji trendi

• Serverless API Gatewayi: Vzpon računalništva brez strežnikov vodi v razvoj brezstrežniških API Gatewayev, ki lahko samodejno skalirajo in upravljajo promet API-jev brez potrebe po upravljanju infrastrukture. Primeri vključujejo AWS Lambda funkcije, integrirane z API Gateway.
• GraphQL federacija: GraphQL federacija vam omogoča kombiniranje več GraphQL API-jev v en sam poenoten API. To lahko poenostavi razvoj na strani odjemalca in izboljša zmogljivost z zmanjšanjem števila zahtev zalednim storitvam. Rešitve, kot je Apollo Federation, postajajo vse bolj priljubljene.
• API Gatewayi, ki temeljijo na AI: Umetna inteligenca (AI) se uporablja za izboljšanje funkcionalnosti API Gatewaya, kot so zaznavanje anomalij, zaznavanje groženj in optimizacija zmogljivosti. AI-temeljeni API Gatewayi lahko samodejno prepoznajo in ublažijo varnostne grožnje ter optimizirajo zmogljivost API-jev na podlagi vzorcev prometa v realnem času.
• WebAssembly (Wasm) v Gatewayih: WebAssembly vam omogoča izvajanje visoko zmogljive kode na robu, kar omogoča napredne funkcije, kot sta pretvorba zahtev po meri in varnostna pravila, ki se izvajajo neposredno v API Gatewayu brez znatnega povečanja zmogljivosti.

Zaključek

Frontend API Gateway je ključna komponenta sodobne arhitekture spletnih aplikacij, ki zagotavlja eno vstopno točko za odjemalske aplikacije za interakcijo z zalednimi storitvami. Z izvajanjem ustreznih strategij usmerjanja, varnostnih pravil in mehanizmov za predpomnjenje lahko znatno izboljšate zmogljivost, skalabilnost in varnost svojih aplikacij. Integracija Frontend API Gatewaya s servisnim mrežjem dodatno izboljšuje opaznost in odpornost.

Z skrbnim upoštevanjem vaših specifičnih potreb in izbiro prave tehnologije lahko zgradite robusten in skalabilen Frontend API Gateway, ki poenostavi razvoj, izboljša uporabniško izkušnjo in ščiti vaše zaledne storitve.