API puslapiavimas: diegimo modeliai, skirti mastelio keitimui pritaikytam duomenų gavimui

Šiuolaikiniame duomenimis grįstame pasaulyje API (aplikacijų programavimo sąsajos) yra daugybės programų pagrindas. Jos užtikrina sklandų ryšį ir duomenų mainus tarp skirtingų sistemų. Tačiau dirbant su dideliais duomenų rinkiniais, visų duomenų gavimas viena užklausa gali sukelti našumo problemas, lėtus atsakymų laikus ir prastą vartotojo patirtį. Būtent čia į pagalbą ateina API puslapiavimas. Puslapiavimas yra esminė technika, skirta padalyti didelį duomenų rinkinį į mažesnes, lengviau valdomas dalis, leidžiančias klientams gauti duomenis per kelias užklausas.

Šis išsamus vadovas nagrinėja įvairias API puslapiavimo strategijas, diegimo modelius ir geriausias praktikas kuriant mastelio keitimui pritaikytas ir efektyvias duomenų gavimo sistemas. Mes gilinsimės į kiekvieno požiūrio privalumus ir trūkumus, pateikdami praktinių pavyzdžių ir aspektų, padėsiančių pasirinkti tinkamą puslapiavimo strategiją pagal jūsų specifinius poreikius.

Kodėl API puslapiavimas yra svarbus?

Prieš gilindamiesi į diegimo detales, supraskime, kodėl puslapiavimas yra toks svarbus API kūrimui:

• Pagerintas našumas: Ribojant duomenų kiekį, grąžinamą kiekvienoje užklausoje, puslapiavimas sumažina serverio apdorojimo apkrovą ir tinklo pralaidumo naudojimą. Tai lemia greitesnius atsakymų laikus ir jautresnę vartotojo patirtį.
• Mastelio keitimas: Puslapiavimas leidžia jūsų API apdoroti didelius duomenų rinkinius nepaveikiant našumo. Didėjant duomenų kiekiui, galite lengvai keisti savo API infrastruktūros mastelį, kad atitiktumėte padidėjusią apkrovą.
• Sumažintas atminties naudojimas: Dirbant su didžiuliais duomenų rinkiniais, visų duomenų įkėlimas į atmintį vienu metu gali greitai išeikvoti serverio resursus. Puslapiavimas padeda sumažinti atminties naudojimą, apdorojant duomenis mažesnėmis dalimis.
• Geresnė vartotojo patirtis: Vartotojams nereikia laukti, kol bus įkeltas visas duomenų rinkinys, kad galėtų pradėti sąveikauti su duomenimis. Puslapiavimas leidžia vartotojams naršyti duomenis intuityvesniu ir efektyvesniu būdu.
• Užklausų skaičiaus ribojimo aspektai: Daugelis API teikėjų taiko užklausų skaičiaus ribojimą (rate limiting), siekdami išvengti piktnaudžiavimo ir užtikrinti sąžiningą naudojimą. Puslapiavimas leidžia klientams gauti didelius duomenų rinkinius neperžengiant nustatytų ribų, pateikiant kelias mažesnes užklausas.

Įprastos API puslapiavimo strategijos

Yra keletas įprastų strategijų, skirtų API puslapiavimui įgyvendinti, kurių kiekviena turi savo privalumų ir trūkumų. Išnagrinėkime keletą populiariausių požiūrių:

1. Poslinkiu pagrįstas puslapiavimas

Poslinkiu pagrįstas puslapiavimas yra paprasčiausia ir plačiausiai naudojama puslapiavimo strategija. Ji apima poslinkio (pradžios taško) ir limito (elementų, kuriuos reikia gauti, skaičiaus) nurodymą API užklausoje.

Pavyzdys:

GET /users?offset=0&limit=25

Ši užklausa gauna pirmuosius 25 vartotojus (pradedant nuo pirmo vartotojo). Norėdami gauti kitą vartotojų puslapį, turėtumėte padidinti poslinkį:

GET /users?offset=25&limit=25

Privalumai:

• Lengva įgyvendinti ir suprasti.
• Plačiai palaikoma daugumos duomenų bazių ir sistemų.

Trūkumai:

• Našumo problemos: Didėjant poslinkiui, duomenų bazė turi praleisti didelį įrašų skaičių, o tai gali lemti našumo sumažėjimą. Tai ypač aktualu dideliems duomenų rinkiniams.
• Nenuoseklūs rezultatai: Jei nauji elementai yra įterpiami ar ištrinami, kol klientas naršo duomenis per puslapius, rezultatai gali tapti nenuoseklūs. Pavyzdžiui, vartotojas gali būti praleistas arba parodytas kelis kartus. Tai dažnai vadinama „Fantominio skaitymo“ (Phantom Read) problema.

Naudojimo atvejai:

• Maži ir vidutinio dydžio duomenų rinkiniai, kur našumas nėra kritinis veiksnys.
• Scenarijai, kur duomenų nuoseklumas nėra svarbiausias.

2. Žymekliu pagrįstas puslapiavimas (paieškos metodas)

Žymekliu pagrįstas puslapiavimas, dar žinomas kaip paieškos metodas arba raktų rinkinio puslapiavimas, sprendžia poslinkiu pagrįsto puslapiavimo trūkumus, naudodamas žymeklį (cursor), kad identifikuotų kito rezultatų puslapio pradžios tašką. Žymeklis paprastai yra nepermatoma eilutė, reiškianti konkretų įrašą duomenų rinkinyje. Jis pasinaudoja įgimtu duomenų bazių indeksavimu greitesniam duomenų gavimui.

Pavyzdys:

Darant prielaidą, kad jūsų duomenys yra surūšiuoti pagal indeksuotą stulpelį (pvz., `id` arba `created_at`), API gali grąžinti žymeklį su pirma užklausa:

GET /products?limit=20

Atsakymas gali atrodyti taip:

{ "data": [...], "next_cursor": "eyJpZCI6IDMwLCJjcmVhdGVkX2F0IjoiMjAyMy0xMC0yNCAxMDowMDowMCJ9" }

Norėdamas gauti kitą puslapį, klientas naudotų `next_cursor` vertę:

GET /products?limit=20&cursor=eyJpZCI6IDMwLCJjcmVhdGVkX2F0IjoiMjAyMy0xMC0yNCAxMDowMDowMCJ9

Privalumai:

• Pagerintas našumas: Žymekliu pagrįstas puslapiavimas siūlo žymiai geresnį našumą nei poslinkiu pagrįstas puslapiavimas, ypač dideliems duomenų rinkiniams. Jis išvengia būtinybės praleisti didelį įrašų skaičių.
• Nuoseklesni rezultatai: Nors ir nėra visiškai apsaugotas nuo visų duomenų modifikavimo problemų, žymekliu pagrįstas puslapiavimas paprastai yra atsparesnis įterpimams ir ištrynimams nei poslinkiu pagrįstas puslapiavimas. Jis remiasi indeksuoto stulpelio, naudojamo rūšiavimui, stabilumu.

Trūkumai:

• Sudėtingesnis įgyvendinimas: Žymekliu pagrįstas puslapiavimas reikalauja sudėtingesnės logikos tiek serverio, tiek kliento pusėje. Serveris turi generuoti ir interpretuoti žymeklį, o klientas turi saugoti ir perduoti žymeklį vėlesnėse užklausose.
• Mažiau lankstumo: Žymekliu pagrįstam puslapiavimui paprastai reikalinga stabili rūšiavimo tvarka. Gali būti sunku jį įgyvendinti, jei rūšiavimo kriterijai dažnai keičiasi.
• Žymeklio galiojimo pabaiga: Žymekliai gali nustoti galioti po tam tikro laiko, todėl klientams reikia juos atnaujinti. Tai prideda sudėtingumo kliento pusės įgyvendinimui.

Naudojimo atvejai:

• Dideli duomenų rinkiniai, kur našumas yra kritiškai svarbus.
• Scenarijai, kur duomenų nuoseklumas yra svarbus.
• API, kurioms reikalinga stabili rūšiavimo tvarka.

3. Raktų rinkiniu pagrįstas puslapiavimas

Raktų rinkiniu pagrįstas puslapiavimas yra žymekliu pagrįsto puslapiavimo variantas, kuris naudoja konkretaus rakto (arba raktų kombinacijos) vertę, kad identifikuotų kito rezultatų puslapio pradžios tašką. Šis požiūris pašalina poreikį naudoti nepermatomą žymeklį ir gali supaprastinti įgyvendinimą.

Pavyzdys:

Darant prielaidą, kad jūsų duomenys surūšiuoti pagal `id` didėjančia tvarka, API gali grąžinti `last_id` atsakyme:

GET /articles?limit=10

{ "data": [...], "last_id": 100 }

Norėdamas gauti kitą puslapį, klientas naudotų `last_id` vertę:

GET /articles?limit=10&after_id=100

Serveris tada pateiktų užklausą duomenų bazei ieškodamas straipsnių, kurių `id` yra didesnis nei `100`.

Privalumai:

• Paprastesnis įgyvendinimas: Raktų rinkiniu pagrįstą puslapiavimą dažnai lengviau įgyvendinti nei žymekliu pagrįstą, nes išvengiama sudėtingo žymeklio kodavimo ir dekodavimo.
• Pagerintas našumas: Panašiai kaip žymekliu pagrįstas puslapiavimas, raktų rinkiniu pagrįstas puslapiavimas siūlo puikų našumą dideliems duomenų rinkiniams.

Trūkumai:

• Reikalingas unikalus raktas: Raktų rinkiniu pagrįstam puslapiavimui reikalingas unikalus raktas (arba raktų kombinacija), kad būtų galima identifikuoti kiekvieną įrašą duomenų rinkinyje.
• Jautrus duomenų modifikacijoms: Kaip ir žymekliu pagrįstas, ir dar labiau nei poslinkiu pagrįstas, jis gali būti jautrus įterpimams ir ištrynimams, kurie paveikia rūšiavimo tvarką. Svarbu atidžiai pasirinkti raktus.

Naudojimo atvejai:

• Dideli duomenų rinkiniai, kur našumas yra kritiškai svarbus.
• Scenarijai, kur yra prieinamas unikalus raktas.
• Kai norima paprastesnio puslapiavimo įgyvendinimo.

4. Paieškos metodas (specifinis duomenų bazei)

Kai kurios duomenų bazės siūlo natūralius paieškos metodus, kuriuos galima naudoti efektyviam puslapiavimui. Šie metodai naudoja duomenų bazės vidinį indeksavimą ir užklausų optimizavimo galimybes, kad gautų duomenis puslapiuotu būdu. Tai iš esmės yra žymekliu pagrįstas puslapiavimas, naudojant duomenų bazei specifines funkcijas.

Pavyzdys (PostgreSQL):

PostgreSQL `ROW_NUMBER()` lango funkcija gali būti derinama su papildoma užklausa, norint įgyvendinti paieška pagrįstą puslapiavimą. Šis pavyzdys daro prielaidą, kad turime lentelę pavadinimu `events` ir puslapiuojame pagal laiko žymę `event_time`.

SQL užklausa:

SELECT * FROM ( SELECT *, ROW_NUMBER() OVER (ORDER BY event_time) as row_num FROM events ) as numbered_events WHERE row_num BETWEEN :start_row AND :end_row;

Privalumai:

• Optimizuotas našumas: Duomenų bazei specifiniai paieškos metodai paprastai yra labai optimizuoti našumui.
• Supaprastintas įgyvendinimas (kartais): Duomenų bazė tvarko puslapiavimo logiką, sumažindama programos kodo sudėtingumą.

Trūkumai:

• Priklausomybė nuo duomenų bazės: Šis požiūris yra glaudžiai susijęs su konkrečia naudojama duomenų baze. Pakeitus duomenų bazę gali prireikti didelių kodo pakeitimų.
• Sudėtingumas (kartais): Suprasti ir įgyvendinti šiuos duomenų bazei specifinius metodus gali būti sudėtinga.

Naudojimo atvejai:

• Kai naudojama duomenų bazė, siūlanti natūralius paieškos metodus.
• Kai našumas yra svarbiausias ir priklausomybė nuo duomenų bazės yra priimtina.

Tinkamos puslapiavimo strategijos pasirinkimas

Tinkamos puslapiavimo strategijos pasirinkimas priklauso nuo kelių veiksnių, įskaitant:

• Duomenų rinkinio dydis: Mažiems duomenų rinkiniams gali pakakti poslinkiu pagrįsto puslapiavimo. Dideliems duomenų rinkiniams paprastai teikiamas pranašumas žymekliu arba raktų rinkiniu pagrįstam puslapiavimui.
• Našumo reikalavimai: Jei našumas yra kritinis, žymekliu arba raktų rinkiniu pagrįstas puslapiavimas yra geresnis pasirinkimas.
• Duomenų nuoseklumo reikalavimai: Jei duomenų nuoseklumas yra svarbus, žymekliu arba raktų rinkiniu pagrįstas puslapiavimas siūlo didesnį atsparumą įterpimams ir ištrynimams.
• Įgyvendinimo sudėtingumas: Poslinkiu pagrįstą puslapiavimą įgyvendinti yra paprasčiausia, o žymekliu pagrįstas puslapiavimas reikalauja sudėtingesnės logikos.
• Duomenų bazės palaikymas: Apsvarstykite, ar jūsų duomenų bazė siūlo natūralius paieškos metodus, kurie gali supaprastinti įgyvendinimą.
• API dizaino aspektai: Pagalvokite apie bendrą jūsų API dizainą ir kaip puslapiavimas dera platesniame kontekste. Apsvarstykite galimybę naudoti JSON:API specifikaciją standartizuotiems atsakymams.

Geriausios diegimo praktikos

Nepriklausomai nuo pasirinktos puslapiavimo strategijos, svarbu laikytis šių geriausių praktikų:

• Naudokite nuoseklias pavadinimų konvencijas: Naudokite nuoseklius ir aprašomuosius pavadinimus puslapiavimo parametrams (pvz., `offset`, `limit`, `cursor`, `page`, `page_size`).
• Pateikite numatytąsias vertes: Pateikite protingas numatytąsias vertes puslapiavimo parametrams, kad supaprastintumėte kliento pusės įgyvendinimą. Pavyzdžiui, įprasta numatytoji `limit` vertė yra 25 arba 50.
• Tikrinkite įvesties parametrus: Tikrinkite puslapiavimo parametrus, kad išvengtumėte neteisingos ar kenkėjiškos įvesties. Užtikrinkite, kad `offset` ir `limit` būtų neneigiami sveikieji skaičiai, ir kad `limit` neviršytų protingos maksimalios vertės.
• Grąžinkite puslapiavimo metaduomenis: Į API atsakymą įtraukite puslapiavimo metaduomenis, kad klientams būtų suteikta informacija apie bendrą elementų skaičių, dabartinį puslapį, kitą puslapį ir ankstesnį puslapį (jei taikoma). Šie metaduomenys gali padėti klientams efektyviau naršyti duomenų rinkinį.
• Naudokite HATEOAS (Hypermedia as the Engine of Application State): HATEOAS yra RESTful API dizaino principas, apimantis nuorodų į susijusius resursus įtraukimą į API atsakymą. Kalbant apie puslapiavimą, tai reiškia nuorodų į kitą ir ankstesnį puslapius įtraukimą. Tai leidžia klientams dinamiškai atrasti galimas puslapiavimo parinktis, nereikia kietai koduoti URL.
• Tinkamai apdorokite kraštutinius atvejus: Tinkamai apdorokite kraštutinius atvejus, tokius kaip neteisingos žymeklio vertės ar už ribų išeinantys poslinkiai. Grąžinkite informatyvius klaidų pranešimus, kad padėtumėte klientams spręsti problemas.
• Stebėkite našumą: Stebėkite savo puslapiavimo įgyvendinimo našumą, kad nustatytumėte galimas kliūtis ir optimizuotumėte našumą. Naudokite duomenų bazių profiliavimo įrankius, kad analizuotumėte užklausų vykdymo planus ir identifikuotumėte lėtas užklausas.
• Dokumentuokite savo API: Pateikite aiškią ir išsamią savo API dokumentaciją, įskaitant išsamią informaciją apie naudojamą puslapiavimo strategiją, galimus parametrus ir puslapiavimo metaduomenų formatą. Įrankiai, tokie kaip Swagger/OpenAPI, gali padėti automatizuoti dokumentaciją.
• Apsvarstykite API versijavimą: Vystantis jūsų API, gali tekti keisti puslapiavimo strategiją ar įvesti naujų funkcijų. Naudokite API versijavimą, kad išvengtumėte esamų klientų veikimo sutrikimų.

Puslapiavimas su GraphQL

Nors aukščiau pateikti pavyzdžiai orientuoti į REST API, puslapiavimas taip pat yra labai svarbus dirbant su GraphQL API. GraphQL siūlo kelis integruotus mechanizmus puslapiavimui, įskaitant:

• Connection tipai: GraphQL connection modelis suteikia standartizuotą būdą įgyvendinti puslapiavimą. Jis apibrėžia connection tipą, kuris apima `edges` lauką (turintį mazgų sąrašą) ir `pageInfo` lauką (turintį metaduomenis apie dabartinį puslapį).
• Argumentai: GraphQL užklausos gali priimti argumentus puslapiavimui, tokius kaip `first` (elementų, kuriuos reikia gauti, skaičius), `after` (žymeklis, reiškiantis kito puslapio pradžios tašką), `last` (elementų, kuriuos reikia gauti iš sąrašo pabaigos, skaičius) ir `before` (žymeklis, reiškiantis ankstesnio puslapio pabaigos tašką).

Pavyzdys:

GraphQL užklausa vartotojų puslapiavimui naudojant connection modelį gali atrodyti taip:

query { users(first: 10, after: "YXJyYXljb25uZWN0aW9uOjEw") { edges { node { id name } cursor } pageInfo { hasNextPage endCursor } } }

Ši užklausa gauna pirmuosius 10 vartotojų po žymeklio „YXJyYXljb25uZWN0aW9uOjEw“. Atsakyme pateikiamas briaunų (edges) sąrašas (kiekviena briauna turi vartotojo mazgą ir žymeklį) ir `pageInfo` objektas, nurodantis, ar yra daugiau puslapių, ir kito puslapio žymeklį.

Visuotiniai API puslapiavimo aspektai

Kuriant ir diegiant API puslapiavimą, svarbu atsižvelgti į šiuos visuotinius veiksnius:

• Laiko juostos: Jei jūsų API dirba su laiko atžvilgiu jautriais duomenimis, užtikrinkite, kad teisingai tvarkote laiko juostas. Visas laiko žymes saugokite UTC formatu ir konvertuokite jas į vartotojo vietinę laiko juostą kliento pusėje.
• Valiutos: Jei jūsų API dirba su piniginėmis vertėmis, nurodykite kiekvienos vertės valiutą. Naudokite ISO 4217 valiutų kodus, kad užtikrintumėte nuoseklumą ir išvengtumėte dviprasmybių.
• Kalbos: Jei jūsų API palaiko kelias kalbas, pateikite lokalizuotus klaidų pranešimus ir dokumentaciją. Naudokite `Accept-Language` antraštę, kad nustatytumėte vartotojo pageidaujamą kalbą.
• Kultūriniai skirtumai: Būkite sąmoningi dėl kultūrinių skirtumų, kurie gali paveikti tai, kaip vartotojai sąveikauja su jūsų API. Pavyzdžiui, datų ir skaičių formatai skiriasi skirtingose šalyse.
• Duomenų privatumo reglamentai: Tvarkydami asmens duomenis, laikykitės duomenų privatumo reglamentų, tokių kaip BDAR (Bendrasis duomenų apsaugos reglamentas) ir CCPA (Kalifornijos vartotojų privatumo aktas). Užtikrinkite, kad turite tinkamus sutikimo mechanizmus ir kad apsaugote vartotojų duomenis nuo neteisėtos prieigos.

Išvada

API puslapiavimas yra esminė technika kuriant mastelio keitimui pritaikytas ir efektyvias duomenų gavimo sistemas. Padalijant didelius duomenų rinkinius į mažesnes, lengviau valdomas dalis, puslapiavimas pagerina našumą, sumažina atminties naudojimą ir pagerina vartotojo patirtį. Tinkamos puslapiavimo strategijos pasirinkimas priklauso nuo kelių veiksnių, įskaitant duomenų rinkinio dydį, našumo reikalavimus, duomenų nuoseklumo reikalavimus ir įgyvendinimo sudėtingumą. Laikydamiesi šiame vadove aprašytų geriausių praktikų, galite įdiegti patikimus ir patikimus puslapiavimo sprendimus, kurie atitiks jūsų vartotojų ir jūsų verslo poreikius.

Nepamirškite nuolat stebėti ir optimizuoti savo puslapiavimo įgyvendinimo, kad užtikrintumėte optimalų našumą ir mastelio keitimą. Didėjant jūsų duomenims ir vystantis jūsų API, gali tekti iš naujo įvertinti savo puslapiavimo strategiją ir atitinkamai pritaikyti savo įgyvendinimą.

Papildoma literatūra ir ištekliai

• GraphQL puslapiavimas
• Puslapiavimas su rel=next ir rel=prev
• JSON:API specifikacija