„Backends for Frontends“: API šliuzo modeliai šiuolaikinėms architektūroms

Šiandieniniame sudėtingame programų pasaulyje, kur įvairios išorinės sąsajos (angl. frontends), pavyzdžiui, žiniatinklio, mobiliosios programėlės, daiktų interneto įrenginiai ir kt., turi sąveikauti su daugybe vidinių sistemų paslaugų (angl. backend services), „Backends for Frontends“ (BFF) ir API šliuzo (angl. API Gateway) modeliai tapo esminiais architektūros komponentais. Šie modeliai suteikia abstrakcijos lygmenį, kuris supaprastina komunikaciją, pagerina našumą ir bendrą vartotojo patirtį. Šiame straipsnyje išsamiai nagrinėjami šie modeliai, aptariami jų privalumai, diegimo strategijos ir panaudojimo atvejai.

Kas yra „Backends for Frontends“ (BFF) modelis?

BFF modelis siūlo sukurti atskirą vidinės sistemos paslaugą kiekvienam išorinės sąsajos programos tipui. Užuot naudojus monolitinę vidinę sistemą, kuri aptarnauja visus klientus, kiekviena išorinė sąsaja turi savo dedikuotą vidinę sistemą, pritaikytą jos specifiniams poreikiams. Tai suteikia didesnį lankstumą ir optimizavimą kiekvienam klientui.

BFF modelio privalumai:

• Pagerintas našumas: Kiekvienas BFF gali būti optimizuotas pagal specifinius jo išorinės sąsajos duomenų ir apdorojimo reikalavimus. Tai sumažina perduodamų duomenų kiekį ir apdorojimo naštą kliento pusėje, todėl sutrumpėja įkėlimo laikas ir pagerėja vartotojo patirtis. Pavyzdžiui, mobilusis BFF gali sujungti duomenis iš kelių mikropaslaugų į vieną, glaustą atsakymą, taip sumažindamas tinklo delsą.
• Supaprastintas išorinės sąsajos kūrimas: Išorinėms sąsajoms nebereikia susidurti su sudėtinga vidinės sistemos logika ar duomenų transformacijomis. BFF visa tai sutvarko, pateikdamas švarią ir nuoseklią API. Išorinės sąsajos kūrėjai gali susitelkti į vartotojo sąsajų ir funkcijų kūrimą, nesirūpindami vidinės sistemos sudėtingumu.
• Padidintas lankstumas: Kiekvienas BFF gali būti kuriamas ir diegiamas atskirai, o tai leidžia greičiau atlikti iteracijas ir sumažinti riziką. Vieno BFF pakeitimai neturi įtakos kitoms išorinėms sąsajoms. Tai ypač naudinga organizacijose, kuriose kelios išorinių sąsajų komandos dirba su skirtingomis platformomis.
• Padidintas saugumas: BFF gali įgyvendinti saugumo politikas, būdingas kiekvienai išorinei sąsajai. Pavyzdžiui, mobilusis BFF gali naudoti skirtingus autentifikavimo ir autorizavimo mechanizmus nei žiniatinklio BFF. Tai leidžia detaliau kontroliuoti prieigą prie jautrių duomenų.
• Technologijų įvairovė: BFF leidžia pasirinkti geriausią technologijų rinkinį konkrečios išorinės sąsajos reikalavimams. Vienas BFF gali būti parašytas Node.js dėl jo neblokuojančių I/O galimybių, o kitas – Java dėl jo tvirtumo ir mastelio keitimo galimybių.

Pavyzdinis scenarijus:

Įsivaizduokite el. prekybos programą su žiniatinklio ir mobiliąja išorinėmis sąsajomis. Žiniatinklio sąsaja rodo išsamią informaciją apie produktus, įskaitant atsiliepimus, įvertinimus ir susijusius produktus. Kita vertus, mobilioji sąsaja orientuota į supaprastintą apsipirkimo patirtį su paprastesniu produktų rodymu. BFF žiniatinklio sąsajai gautų ir formatuotų visą reikiamą informaciją apie produktus, o mobilusis BFF gautų tik būtiną informaciją, reikalingą mobiliajai programėlei. Taip išvengiama nereikalingo duomenų perdavimo ir pagerinamas abiejų išorinių sąsajų našumas.

Kas yra API šliuzo (API Gateway) modelis?

API šliuzas veikia kaip vienas įėjimo taškas visoms kliento užklausoms į vidinės sistemos paslaugas. Jis yra priešais mikropaslaugas ir atlieka tokias užduotis kaip maršrutizavimas, autentifikavimas, autorizavimas, užklausų skaičiaus ribojimas ir užklausų transformavimas.

API šliuzo modelio privalumai:

• Centralizuotas įėjimo taškas: Suteikia vieną įėjimo tašką visoms kliento užklausoms, supaprastindamas kliento pusės integraciją. Klientams nereikia žinoti vidinės sistemos paslaugų vietos ar skaičiaus.
• Užklausų maršrutizavimas: Nukreipia užklausas į atitinkamą vidinės sistemos paslaugą pagal užklausos kelią, antraštes ar kitus kriterijus.
• Autentifikavimas ir autorizavimas: Įgyvendina saugumo politikas ir kontroliuoja prieigą prie vidinės sistemos paslaugų.
• Užklausų skaičiaus ribojimas: Apsaugo nuo piktnaudžiavimo ir saugo vidinės sistemos paslaugas nuo perkrovos dėl per didelio srauto.
• Užklausų transformavimas: Transformuoja užklausas ir atsakymus, kad atitiktų kliento ar vidinės sistemos paslaugų poreikius. Tai gali apimti duomenų formato konvertavimą, protokolo vertimą ir duomenų praturtinimą.
• Stebėjimas ir registravimas: Suteikia centrinį tašką API srauto stebėjimui ir registravimui, suteikdamas geresnį matomumą apie sistemos našumą ir saugumą.
• Atsiejimas: Atsieja išorines sąsajas nuo vidinės sistemos paslaugų, leisdamas vidinės sistemos paslaugoms vystytis atskirai, nepaveikiant klientų.

Pavyzdinis scenarijus:

Įsivaizduokite bankininkystės programą su mikropaslaugomis sąskaitų valdymui, operacijų apdorojimui ir klientų aptarnavimui. API šliuzas tvarkytų visas gaunamas užklausas iš mobiliųjų ir žiniatinklio programų. Jis autentifikuotų vartotojus, autorizuotų prieigą prie konkrečių resursų ir nukreiptų užklausas į atitinkamą mikropaslaugą pagal prašomą galinį tašką. Pavyzdžiui, užklausa į `/accounts` galėtų būti nukreipta į sąskaitų valdymo mikropaslaugą, o užklausa į `/transactions` – į operacijų apdorojimo mikropaslaugą.

BFF ir API šliuzo derinimas: galinga sinergija

BFF ir API šliuzo modeliai gali būti derinami siekiant sukurti tvirtą ir mastelio keitimui pritaikytą API architektūrą. API šliuzas sprendžia bendrosios paskirties problemas, tokias kaip maršrutizavimas, autentifikavimas ir užklausų skaičiaus ribojimas, o BFF pritaiko API specifiniams kiekvienos išorinės sąsajos poreikiams.

Taikant šį kombinuotą požiūrį, API šliuzas veikia kaip įėjimo taškas visoms kliento užklausoms, o tada nukreipia užklausas į atitinkamą BFF. Tada BFF sąveikauja su vidinės sistemos mikropaslaugomis, kad gautų ir transformuotų duomenis, reikalingus išorinei sąsajai. Ši architektūra suteikia abiejų modelių privalumus: centralizuotą įėjimo tašką, supaprastintą išorinės sąsajos kūrimą ir optimizuotą našumą.

Diegimo aspektai:

• Technologijų rinkinys: Pasirinkite savo BFF ir API šliuzui tinkamą technologijų rinkinį, atsižvelgdami į jūsų komandos įgūdžius ir programos reikalavimus. Populiarūs pasirinkimai yra Node.js, Java, Python ir Go.
• API valdymas: Naudokite API valdymo platformą savo API šliuzui ir BFF valdyti. Tai suteiks tokių funkcijų kaip API dokumentacija, analitika ir saugumas. API valdymo platformų pavyzdžiai: Kong, Tyk, Apigee ir Azure API Management.
• Saugumas: Įgyvendinkite tvirtas saugumo politikas, kad apsaugotumėte savo API nuo neautorizuotos prieigos. Tai apima autentifikavimą, autorizavimą ir įvesties patvirtinimą. Apsvarstykite galimybę naudoti OAuth 2.0 arba OpenID Connect autentifikavimui ir autorizavimui.
• Stebėjimas ir registravimas: Atidžiai stebėkite savo API, kad nustatytumėte našumo kliūtis ir saugumo problemas. Naudokite registravimą API srautui sekti ir klaidoms derinti. Gali būti naudingi įrankiai, tokie kaip Prometheus, Grafana ir ELK rinkinys.
• Diegimas: Diekite savo BFF ir API šliuzą mastelio keitimui pritaikytu ir patikimu būdu. Apsvarstykite galimybę naudoti konteinerizavimo technologijas, tokias kaip Docker ir Kubernetes.

Architektūrų pavyzdžiai

Štai keletas architektūrų pavyzdžių, kuriuose derinami BFF ir API šliuzo modeliai:

1. Paprastas BFF su API šliuzu

Pagal šį scenarijų API šliuzas atlieka pagrindinį maršrutizavimą ir autentifikavimą, nukreipdamas srautą į konkrečius BFF pagal kliento tipą (žiniatinklio, mobilusis ir t. t.). Kiekvienas BFF tada organizuoja iškvietimus į kelias mikropaslaugas ir transformuoja duomenis konkrečiai išorinei sąsajai.

2. API šliuzas kaip atvirkštinis proxy

API šliuzas veikia kaip atvirkštinis proxy, nukreipdamas užklausas į skirtingas vidinės sistemos paslaugas, įskaitant BFF. BFF vis dar yra atsakingi už atsakymo pritaikymą kiekvienai išorinei sąsajai, tačiau API šliuzas sprendžia apkrovos balansavimo ir kitas bendrąsias problemas.

3. Integracija su paslaugų tinklu (Service Mesh)

Sudėtingesnėje architektūroje API šliuzas gali integruotis su paslaugų tinklu, tokiu kaip Istio ar Linkerd. Paslaugų tinklas tvarko paslaugų atradimą, srauto valdymą ir saugumo taisykles, o API šliuzas sutelkia dėmesį į išorinį API valdymą ir užklausų transformavimą. Tada BFF gali naudoti paslaugų tinklą vidinei komunikacijai ir saugumui.

Panaudojimo atvejai

BFF ir API šliuzo modeliai ypač tinka šiems panaudojimo atvejams:

• Mikropaslaugų architektūros: Kuriant programas su mikropaslaugomis, BFF ir API šliuzo modeliai gali padėti supaprastinti komunikaciją tarp išorinių sąsajų ir vidinės sistemos paslaugų.
• Daugiaplatformės programos: Palaikant kelias išorines sąsajas (žiniatinklio, mobiliąsias, daiktų interneto ir kt.), BFF modelis gali padėti optimizuoti vartotojo patirtį kiekvienai platformai.
• Senų sistemų modernizavimas: Modernizuojant seną sistemą, API šliuzo modelis gali suteikti abstrakcijos lygmenį, leidžiantį integruoti seną sistemą su naujomis mikropaslaugomis.
• API-First kūrimas: Taikant API-first požiūrį į kūrimą, API šliuzo modelis gali padėti apibrėžti ir valdyti API, kurias naudos išorinės sąsajos.
• Saugumas ir atitiktis: Centralizuoti saugumo politikas ir užtikrinti atitiktį pramonės reglamentams.

Dažniausi iššūkiai ir sprendimai

Nors BFF ir API šliuzo modeliai yra galingi, jų diegimas susiduria su savais iššūkiais:

• Padidėjęs sudėtingumas: Naujų abstrakcijos sluoksnių įdiegimas gali padidinti bendrą sistemos sudėtingumą. Sprendimas: Kruopštus planavimas ir projektavimas yra labai svarbūs. Pradėkite nuo paprasto diegimo ir palaipsniui didinkite sudėtingumą pagal poreikį. Taip pat svarbi tinkama dokumentacija ir stebėjimas.
• Priežiūros našta: Kelių BFF valdymas gali užimti daug laiko. Sprendimas: Automatizuokite BFF diegimą ir valdymą. Naudokite infrastruktūros kaip kodo (infrastructure-as-code) įrankius ir CI/CD konvejerius.
• Našumo kliūtys: API šliuzas gali tapti našumo kliūtimi, jei jis nėra tinkamai pritaikytas mastelio keitimui. Sprendimas: Keiskite API šliuzo mastelį horizontaliai, kad susidorotumėte su padidėjusiu srautu. Naudokite spartinančiąją atmintinę (caching), kad sumažintumėte vidinės sistemos paslaugų apkrovą. Pasirinkite našų ir mastelio keitimui pritaikytą API šliuzo diegimą.
• Saugumo rizikos: API šliuzas ir BFF gali būti pažeidžiami saugumo atakų, jei jie nėra tinkamai apsaugoti. Sprendimas: Įgyvendinkite tvirtas saugumo politikas, įskaitant autentifikavimą, autorizavimą ir įvesties patvirtinimą. Reguliariai tikrinkite savo API saugumo pažeidžiamumus. Sekite naujausius saugumo pataisymus ir geriausias praktikas.
• Papildomos išlaidos ir delsa: Papildomų sluoksnių įdiegimas gali padidinti delsą. Sprendimas: Optimizuokite komunikaciją tarp BFF ir vidinės sistemos paslaugų. Naudokite efektyvius duomenų serializavimo formatus ir spartinančiosios atmintinės metodus. BFF vieta arčiau vartotojų taip pat gali sumažinti delsą.

Įrankiai ir technologijos

BFF ir API šliuzo modeliams įgyvendinti galima naudoti keletą įrankių ir technologijų:

• API šliuzai: Kong, Tyk, Apigee, Azure API Management, AWS API Gateway, Mulesoft, Express Gateway, Ambassador.
• BFF karkasai (frameworks): Node.js su Express.js arba Fastify, Java su Spring Boot, Python su Flask arba Django, Go su Gin arba Echo.
• Paslaugų tinklai (Service Meshes): Istio, Linkerd, Consul Connect.
• API valdymo platformos: Šios platformos suteikia tokių funkcijų kaip API dokumentacija, analitika ir saugumas. Pavyzdžiai: Kong, Tyk, Apigee ir Azure API Management.
• Stebėjimo ir registravimo įrankiai: Prometheus, Grafana, ELK rinkinys (Elasticsearch, Logstash, Kibana).
• Konteinerizavimas ir orkestravimas: Docker, Kubernetes.

Išvada

„Backends for Frontends“ (BFF) ir API šliuzo modeliai yra galingi įrankiai kuriant šiuolaikiškas, mastelio keitimui pritaikytas ir prižiūrimas mikropaslaugų architektūras. Suteikdami abstrakcijos lygmenį tarp išorinių sąsajų ir vidinės sistemos paslaugų, šie modeliai gali supaprastinti kūrimą, pagerinti našumą ir padidinti saugumą. Nors diegimas gali būti sudėtingas, šių modelių nauda viršija išlaidas, ypač sudėtingose programose su įvairiomis išorinėmis sąsajomis. Kruopščiai planuodami savo architektūrą ir pasirinkdami tinkamus įrankius, galite pasinaudoti BFF ir API šliuzo modeliais, kad sukurtumėte tvirtą ir lankstų API, atitinkantį jūsų vartotojų ir verslo poreikius.

Technologijoms toliau tobulėjant, šie modeliai neabejotinai prisitaikys ir vystysis, dar labiau sustiprindami savo svarbą šiuolaikiniame programų kūrime.