Priekinės dalies (Frontend) API dizainas: REST, GraphQL ir RPC modeliai

Šiuolaikiniame interneto programavime priekinė dalis (frontend) veikia kaip esminė sąsaja tarp vartotojų ir vidinės dalies (backend) paslaugų. Tinkamo API dizaino modelio pasirinkimas yra labai svarbus kuriant efektyvias, mastelį keičiančias ir lengvai prižiūrimas programas. Šiame straipsnyje pateikiamas išsamus trijų populiarių API dizaino modelių palyginimas: REST, GraphQL ir RPC (Remote Procedure Call), pabrėžiant jų stipriąsias, silpnąsias puses ir tinkamus naudojimo atvejus.

API dizaino modelių supratimas

API (Application Programming Interface – liet. taikomosios programavimo sąsajos) dizaino modelis suteikia struktūrizuotą požiūrį į komunikacijos tarp skirtingų programinės įrangos sistemų projektavimą. Jis nustato, kaip teikiamos užklausos, struktūrizuojami duomenys ir tvarkomi atsakymai. Modelio pasirinkimas ženkliai veikia tiek priekinės, tiek vidinės dalies našumą, lankstumą ir priežiūrą.

1. REST (Representational State Transfer)

Kas yra REST?

REST yra architektūrinis stilius, pagrįstas būsenos neturinčiu (stateless) kliento ir serverio komunikacijos protokolu, dažniausiai HTTP. Ištekliai identifikuojami pagal URI (Uniform Resource Identifiers) ir valdomi naudojant standartinius HTTP metodus, tokius kaip GET, POST, PUT, PATCH ir DELETE.

Pagrindiniai REST principai

• Būsenos neturėjimas (Stateless): Kiekvienoje kliento užklausoje serveriui turi būti visa informacija, reikalinga užklausai suprasti. Serveris nesaugo jokio kliento konteksto tarp užklausų.
• Klientas-Serveris: Aiškus atsakomybių atskyrimas tarp kliento (priekinės dalies) ir serverio (vidinės dalies).
• Kešavimas (Cacheable): Atsakymai turėtų būti kešuojami, siekiant pagerinti našumą ir sumažinti serverio apkrovą.
• Sluoksniuota sistema: Klientas neturėtų galėti nustatyti, ar jis yra tiesiogiai prijungtas prie galutinio serverio, ar prie tarpinio serverio.
• Vienoda sąsaja: Tai svarbiausias principas, apimantis:
• Išteklių identifikavimas: Ištekliai identifikuojami pagal URI.
• Išteklių valdymas per reprezentacijas: Klientai valdo išteklius keisdamiesi reprezentacijomis (pvz., JSON, XML).
• Savaime aprašantys pranešimai: Pranešimuose yra pakankamai informacijos, kad juos būtų galima suprasti.
• Hipermedija kaip programos būsenos variklis (HATEOAS): Klientai naršo API sekdami atsakymuose pateiktas nuorodas.

REST privalumai

• Paprastumas ir žinomumas: REST yra plačiai pritaikytas ir gerai suprantamas programuotojų. Jo priklausomybė nuo HTTP palengvina darbą.
• Mastelio keitimas: Būsenos neturintis REST pobūdis leidžia lengvai keisti mastelį pridedant daugiau serverių.
• Kešavimas: RESTful API gali pasinaudoti HTTP kešavimo mechanizmais, siekiant pagerinti našumą.
• Lankstumas: REST pritaikomas skirtingiems duomenų formatams (pvz., JSON, XML) ir gali būti naudojamas su įvairiomis programavimo kalbomis.
• HATEOAS: Nors dažnai neįvertinamas, HATEOAS gali žymiai pagerinti API atrandamumą ir sumažinti kliento bei serverio tarpusavio priklausomybę.

REST trūkumai

• Perteklinis duomenų gavimas (Over-Fetching): REST galiniai taškai dažnai grąžina daugiau duomenų, nei klientui iš tikrųjų reikia, o tai lemia eikvojamą pralaidumą ir apdorojimo galią. Pavyzdžiui, užklausiant vartotojo duomenų, gali būti grąžintas adresas ar nustatymai, kurių vartotojui nereikia matyti paprastame profilio rodinyje.
• Nepakankamas duomenų gavimas (Under-Fetching): Klientams gali tekti pateikti kelias užklausas skirtingiems galiniams taškams, kad surinktų visus reikiamus duomenis. Tai gali padidinti delsą ir sudėtingumą.
• Versijavimo iššūkiai: API versijavimas gali būti sudėtingas, dažnai reikalaujantis URI arba antraščių pakeitimų.

REST pavyzdys

Apsvarstykime REST API bibliotekos valdymui. Štai keletas pavyzdinių galinių taškų:

• GET /books: Gaunamas visų knygų sąrašas.
• GET /books/{id}: Gaunama konkreti knyga pagal jos ID.
• POST /books: Sukuriama nauja knyga.
• PUT /books/{id}: Atnaujinama esama knyga.
• DELETE /books/{id}: Ištrinama knyga.

Tarptautinis pavyzdys: Pasaulinė el. prekybos platforma naudoja REST API, kad valdytų produktų katalogus, vartotojų paskyras ir užsakymų apdorojimą skirtinguose regionuose ir kalbomis. Kiekvienas produktas gali turėti skirtingus aprašymus priklausomai nuo vietos.

2. GraphQL

Kas yra GraphQL?

GraphQL yra užklausų kalba jūsų API ir serverio pusės vykdymo aplinka šioms užklausoms vykdyti. Sukurta „Facebook“, ji leidžia klientams prašyti tiksliai tų duomenų, kurių jiems reikia, ir nieko daugiau, taip sprendžiant REST perteklinio duomenų gavimo problemą.

Pagrindinės GraphQL savybės

• Schemos apibrėžimas: GraphQL API apibrėžiamos schema, kuri aprašo prieinamus duomenis ir kaip klientai gali juos pasiekti.
• Užklausų kalba: Klientai naudoja deklaratyvią užklausų kalbą, kad nurodytų tiksliai reikalingus duomenis.
• Tipų sistema: GraphQL naudoja stiprią tipų sistemą, kad patvirtintų užklausas ir užtikrintų duomenų nuoseklumą.
• Introspekcija: Klientai gali teikti užklausas pačiai schemai, kad atrastų prieinamus duomenis ir tipus.

GraphQL privalumai

• Sumažintas perteklinis ir nepakankamas duomenų gavimas: Klientai prašo tik tų duomenų, kurių jiems reikia, taip sumažinant pralaidumo naudojimą ir gerinant našumą.
• Stipriai tipizuota schema: Schema veikia kaip sutartis tarp kliento ir serverio, užtikrinanti duomenų nuoseklumą ir mažinanti klaidų skaičių.
• API evoliucija: GraphQL leidžia atlikti suderinamumą išlaikančius API pakeitimus pridedant naujus laukus į schemą.
• Programuotojo patirtis: Įrankiai, tokie kaip GraphiQL, suteikia interaktyvią aplinką GraphQL API tyrinėjimui ir testavimui.
• Vienas galinis taškas: Paprastai GraphQL API atveria vieną galinį tašką (pvz., /graphql), supaprastindama kliento konfigūraciją.

GraphQL trūkumai

• Sudėtingumas: GraphQL serverio nustatymas ir valdymas gali būti sudėtingesnis nei REST API.
• Našumo iššūkiai: Sudėtingos užklausos gali sukelti našumo problemų, jei jos nėra tinkamai optimizuotos.
• Kešavimas: HTTP kešavimas yra mažiau efektyvus su GraphQL, nes visos užklausos siunčiamos į tą patį galinį tašką. Reikia sudėtingesnių kešavimo sprendimų.
• Mokymosi kreivė: Programuotojai turi išmokti naują užklausų kalbą ir suprasti GraphQL schemą.

GraphQL pavyzdys

Apsvarstykime GraphQL API socialinės medijos platformai. Klientas gali prašyti tik vartotojo vardo ir profilio nuotraukos:

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

Serveris grąžintų tik prašomus duomenis:

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

Tarptautinis pavyzdys: Tarptautinė naujienų organizacija naudoja GraphQL, kad apjungtų turinį iš įvairių šaltinių ir pateiktų jį personalizuotu būdu vartotojams skirtinguose regionuose. Vartotojai gali pasirinkti matyti straipsnius iš tam tikrų šalių ar tam tikromis kalbomis.

3. RPC (Remote Procedure Call)

Kas yra RPC?

RPC yra protokolas, leidžiantis programai viename kompiuteryje vykdyti procedūrą (arba funkciją) kitame kompiuteryje, tarsi procedūra būtų vietinė. Jis orientuotas į veiksmus, o ne į išteklius, skirtingai nei REST.

Pagrindinės RPC charakteristikos

• Orientuotas į procedūras: RPC apibrėžia operacijas procedūrų ar funkcijų terminais.
• Glaudus susiejimas: RPC dažnai apima glaudesnį kliento ir serverio susiejimą, palyginti su REST ar GraphQL.
• Dvejetainiai protokolai: RPC implementacijos dažnai naudoja dvejetainius protokolus, tokius kaip gRPC, efektyviai komunikacijai.
• Kodo generavimas: RPC karkasai dažnai naudoja kodo generavimą, kad sukurtų kliento ir serverio karkasus (stubs) iš paslaugos apibrėžimo.

RPC privalumai

• Našumas: RPC gali pasiūlyti reikšmingų našumo pranašumų dėl dvejetainių protokolų naudojimo ir optimizuotos komunikacijos.
• Efektyvumas: RPC protokolai, tokie kaip gRPC, yra sukurti aukšto našumo, mažos delsos komunikacijai.
• Kodo generavimas: Kodo generavimas supaprastina kūrimą ir sumažina klaidų riziką.
• Sutartimi pagrįstas: RPC remiasi aiškiai apibrėžtomis paslaugų sutartimis, užtikrinančiomis nuoseklumą tarp kliento ir serverio.

RPC trūkumai

• Glaudus susiejimas: Paslaugos apibrėžimo pakeitimai gali reikalauti atnaujinimų tiek kliente, tiek serveryje.
• Ribotas suderinamumas: RPC gali būti mažiau suderinamas nei REST, ypač naudojant dvejetainius protokolus.
• Staigesnė mokymosi kreivė: RPC karkasai, tokie kaip gRPC, gali turėti staigesnę mokymosi kreivę nei REST.
• Derinimo sudėtingumas: Derinimo RPC iškvietimų tinkluose gali būti sudėtingesnis.

RPC pavyzdys

Apsvarstykime RPC paslaugą siuntimo išlaidoms apskaičiuoti. Klientas iškviestų nuotolinę procedūrą, pavadintą CalculateShippingCost, su parametrais, tokiais kaip paskirties adresas ir siuntos svoris:

// Client-side code (example using gRPC)

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

Serveris įvykdytų procedūrą ir grąžintų siuntimo išlaidas:

// Server-side code (example using 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();
}

Tarptautinis pavyzdys: Pasaulinė logistikos įmonė naudoja gRPC vidinei komunikacijai tarp savo mikroservisų, tvarkydama didelės apimties transakcijas ir realiu laiku stebėdama siuntas skirtingose šalyse. Tai užtikrina mažą delsą ir aukštą efektyvumą apdorojant logistikos duomenis visame pasaulyje.

Palyginimo lentelė

Štai lentelė, apibendrinanti pagrindinius skirtumus tarp REST, GraphQL ir RPC:

Savybė	REST	GraphQL	RPC
Komunikacijos stilius	Orientuotas į išteklius	Orientuotas į užklausas	Orientuotas į procedūras
Duomenų gavimas	Perteklinis/nepakankamas gavimas	Tikslus duomenų gavimas	Apibrėžtas procedūra
Schema	Laisvai apibrėžta	Stipriai tipizuota	Aiški sutartis
Susiejimas	Laisvas	Laisvas	Glaudus
Našumas	Geras (su kešavimu)	Potencialiai geresnis (su optimizavimu)	Puikus
Sudėtingumas	Žemas	Vidutinis	Vidutinis iki aukšto
Suderinamumas	Aukštas	Aukštas	Žemesnis (ypač su dvejetainiais protokolais)
Naudojimo atvejai	CRUD operacijos, paprastos API	Sudėtingi duomenų reikalavimai, mobiliosios programos	Mikroservisų komunikacija, didelio našumo sistemos

Tinkamo API dizaino modelio pasirinkimas

API dizaino modelio pasirinkimas priklauso nuo konkrečių jūsų programos reikalavimų. Apsvarstykite šiuos veiksnius:

• Duomenų reikalavimų sudėtingumas: Programoms su sudėtingais duomenų reikalavimais, GraphQL gali būti geras pasirinkimas.
• Našumo poreikiai: Didelio našumo sistemoms, RPC gali būti tinkamesnis.
• Mastelio keitimo reikalavimai: REST puikiai tinka programoms, kurioms reikalingas mastelio keitimas.
• Komandos patirtis: Atsižvelkite į komandos patirtį su kiekvienu modeliu.
• Suderinamumo reikalavimai: REST yra labiausiai suderinamas modelis.

Scenarijų pavyzdžiai:

• El. prekybos svetainė: REST API gali būti naudojama produktams, užsakymams ir vartotojų paskyroms valdyti. GraphQL gali būti naudojamas produktų paieškai ir filtravimui, leidžiant vartotojams nurodyti tikslius atributus, kuriuos jie nori matyti.
• Mobiliosios bankininkystės programa: GraphQL gali būti naudojamas vartotojo paskyros informacijai ir transakcijų istorijai gauti, sumažinant duomenų perdavimą ir gerinant našumą mobiliuosiuose įrenginiuose.
• Mikroservisų architektūra: RPC (pvz., gRPC) gali būti naudojamas efektyviai komunikacijai tarp mikroservisų.
• Turinio valdymo sistema (TVS): REST API paprastoms operacijoms, GraphQL sudėtingiems ryšiams tarp turinio elementų.
• Daiktų interneto (IoT) platforma: RPC mažos delsos įrenginių komunikacijai, REST duomenų analizei ir ataskaitų teikimui.

Geriausios praktikos priekinės dalies (Frontend) API integracijai

Nepriklausomai nuo pasirinkto API dizaino modelio, laikykitės šių geriausių praktikų, kad užtikrintumėte sklandžią priekinės dalies integraciją:

• Naudokite nuoseklų API klientą: Pasirinkite patikimą HTTP kliento biblioteką (pvz., „Axios“, „Fetch API“) ir naudokite ją nuosekliai visoje programoje.
• Sklandžiai tvarkykite klaidas: Įdiekite patikimą klaidų tvarkymą, kad pagautumėte ir parodytumėte API klaidas vartotojui.
• Įdiekite įkėlimo būsenas: Suteikite vartotojui vizualų atsaką, kol duomenys gaunami iš API.
• Optimizuokite duomenų gavimą: Naudokite tokias technikas kaip memoizacija ir kešavimas, kad sumažintumėte nereikalingus API iškvietimus.
• Apsaugokite savo API raktus: Saugokite savo API raktus nuo neteisėtos prieigos.
• Stebėkite API našumą: Naudokite stebėjimo įrankius, kad sektumėte API našumą ir nustatytumėte galimas problemas.
• Įdiekite užklausų ribojimą (Rate Limiting): Apsaugokite nuo piktnaudžiavimo apribodami užklausų skaičių iš vieno kliento.
• Dokumentuokite savo API naudojimą: Aiškiai dokumentuokite, kaip priekinė dalis sąveikauja su API.

Išvada

Tinkamo API dizaino modelio pasirinkimas yra lemiamas sprendimas, galintis reikšmingai paveikti jūsų priekinės dalies programos sėkmę. REST, GraphQL ir RPC kiekvienas siūlo unikalių privalumų ir trūkumų. By carefully considering your application's requirements and the factors discussed in this article, you can choose the pattern that best suits your needs and build a robust, efficient, and maintainable frontend.

Projektuodami savo priekinės dalies API, nepamirškite teikti pirmenybės paprastumui, mastelio keitimui ir priežiūrai. Technologijoms tobulėjant, svarbu būti informuotiems apie naujausias tendencijas ir geriausias praktikas API dizaino srityje, kad būtų galima kurti sėkmingas interneto programas pasauliniame kontekste.