Frontend API šliuzas: paslaugų tinklas ir maršrutizavimas modernioms interneto programoms

Šiuolaikiniame sudėtingame interneto programų pasaulyje, gerai apibrėžta architektūra yra gyvybiškai svarbi mastelio keitimui, palaikymui ir saugumui. Vienas iš pagrindinių šios architektūros komponentų yra Frontend API šliuzas (kartais vadinamas Backend for Frontend arba BFF). Šiame tinklaraščio įraše gilinamasi į Frontend API šliuzų koncepciją, nagrinėjant jų vaidmenį paslaugų tinkle ir įvairias maršrutizavimo strategijas.

Kas yra Frontend API šliuzas?

Frontend API šliuzas veikia kaip atvirkštinis proxy ir vienas įėjimo taškas kliento programoms (pvz., interneto naršyklėms, mobiliosioms programėlėms), skirtas sąveikauti su keliomis vidinėmis (backend) paslaugomis. Jis atsieja frontend'ą nuo vidinės architektūros sudėtingumo, supaprastindamas kūrimą ir gerindamas vartotojo patirtį.

Vietoj to, kad frontend programa tiesiogiai kviestų kelias vidines paslaugas, ji pateikia vieną užklausą API šliuzui. Šliuzas tada nukreipia užklausą į atitinkamą vidinę paslaugą (ar paslaugas), jei reikia, sujungia atsakymus ir grąžina vieningą atsakymą klientui.

Pagrindinės Frontend API šliuzo atsakomybės:

• Užklausų maršrutizavimas: Įeinančių užklausų nukreipimas į atitinkamas vidines paslaugas pagal iš anksto nustatytas taisykles.
• Užklausų transformavimas: Užklausos formato keitimas, kad jis būtų suderinamas su vidine paslauga.
• Atsakymų agregavimas: Atsakymų iš kelių vidinių paslaugų sujungimas į vieną atsakymą klientui.
• Autentifikavimas ir autorizavimas: Vartotojo tapatybės patikrinimas ir užtikrinimas, kad jis turi reikiamus leidimus pasiekti prašomus išteklius.
• Užklausų skaičiaus ribojimas ir slopinimas: Vidinių paslaugų apsauga nuo perkrovos, ribojant užklausų skaičių iš vieno kliento ar IP adreso.
• Kaupimas talpykloje (Caching): Dažnai naudojamų duomenų saugojimas, siekiant sumažinti delsą ir pagerinti našumą.
• Stebimumas: Metrikų, žurnalų ir sekimo duomenų teikimas sistemos būklei ir našumui stebėti.
• Protokolų vertimas: Vertimas tarp skirtingų protokolų (pvz., HTTP/1.1 į HTTP/2, REST į gRPC).
• Saugumas: Saugumo politikos, tokios kaip CORS, SSL nutraukimas ir įvesties tikrinimas, įgyvendinimas.

Paslaugų tinklo vaidmuo

A paslaugų tinklas yra infrastruktūros lygmuo, valdantis paslaugų tarpusavio komunikaciją mikroservisų architektūroje. Jis suteikia tokias funkcijas kaip srauto valdymas, stebimumas ir saugumas, nereikalaudamas pakeitimų programos kode.

Nors Frontend API šliuzas tvarko komunikaciją tarp kliento programos ir vidinės sistemos, paslaugų tinklas daugiausia dėmesio skiria vidinei komunikacijai *tarp* mikroservisų. Jie dirba kartu, kad suteiktų išsamų sprendimą srautui valdyti ir visos sistemos patikimumui užtikrinti.

Kaip paslaugų tinklas papildo Frontend API šliuzą:

• Patobulintas stebimumas: Paslaugų tinklas teikia išsamius metrikos ir sekimo duomenis visai paslaugų tarpusavio komunikacijai, leisdamas lengviau nustatyti našumo kliūtis ir šalinti problemas. Frontend API šliuzas suteikia įžvalgų apie kliento pusės našumą ir užklausų modelius.
• Pagerintas saugumas: Paslaugų tinklas gali įgyvendinti saugumo politiką, pavyzdžiui, abipusį TLS ir prieigos kontrolę paslaugų lygmeniu, dar labiau sustiprindamas bendrą sistemos saugumą. Frontend API šliuzas tvarko autentifikavimą ir autorizavimą ties sistemos riba.
• Pažangus srauto valdymas: Paslaugų tinklas leidžia įgyvendinti pažangias srauto valdymo technikas, tokias kaip kanarėlių diegimai, mėlynai-žali diegimai ir A/B testavimas. Frontend API šliuzas gali nukreipti srautą į skirtingas programos versijas pagal vartotojo atributus ar geografinę vietą.
• Atsparumas: Paslaugų tinklas suteikia tokias funkcijas kaip pakartotiniai bandymai, grandinės pertraukikliai ir apkrovos balansavimas, siekiant pagerinti sistemos atsparumą. Frontend API šliuzas gali įgyvendinti atsarginius mechanizmus, skirtus vidinių paslaugų gedimams valdyti.

Populiarios paslaugų tinklo technologijos yra Istio, Linkerd ir Consul Connect.

Maršrutizavimo strategijos Frontend API šliuzams

Tinkamos maršrutizavimo strategijos pasirinkimas yra labai svarbus našumo, saugumo ir palaikomumo optimizavimui. Štai keletas įprastų maršrutizavimo strategijų, naudojamų Frontend API šliuzuose:

1. Maršrutizavimas pagal kelią (Path-Based Routing)

Tai yra paprasčiausia maršrutizavimo strategija, kai užklausos nukreipiamos pagal URL kelią. Pavyzdžiui:

• /users -> Vartotojų paslauga
• /products -> Produktų paslauga
• /orders -> Užsakymų paslauga

Maršrutizavimą pagal kelią lengva įgyvendinti ir suprasti, tačiau jis gali tapti sudėtingas, jei URL struktūra nėra gerai apibrėžta arba jei keliai persidengia.

2. Maršrutizavimas pagal antraštę (Header-Based Routing)

Ši strategija nukreipia užklausas remiantis HTTP antraščių vertėmis. Tai gali būti naudinga nukreipiant užklausas pagal vartotojo įrenginio tipą, kalbą ar autentifikavimo būseną. Pavyzdžiui, galite naudoti `Accept-Language` antraštę, norėdami nukreipti užklausas į lokalizuotą programos versiją.

Pavyzdys:

Jei užklausos antraštėje yra `X-Region: EU`, užklausa nukreipiama į Europos duomenų centrą. Jei yra `X-Region: US`, ji nukreipiama į JAV duomenų centrą. Tai leidžia užtikrinti duomenų suvereniteto atitiktį.

3. Maršrutizavimas pagal užklausos parametrus (Query Parameter-Based Routing)

Ši strategija nukreipia užklausas pagal URL užklausos parametrų vertes. Tai gali būti naudinga nukreipiant užklausas pagal specifines funkcijas ar eksperimentines programos versijas.

Pavyzdys:

Žaidimų platforma galėtų tai panaudoti. URL adresas `https://example.com/game?version=beta` galėtų nukreipti vartotoją į beta testavimo serverį, o `https://example.com/game?version=stable` nukreiptų į gamybinę aplinką.

4. Maršrutizavimas pagal metodą (Method-Based Routing)

Ši strategija nukreipia užklausas pagal HTTP metodą (pvz., GET, POST, PUT, DELETE). Tai dažniausiai naudojama RESTful API, siekiant susieti skirtingus metodus su skirtingomis vidinėmis paslaugomis ar operacijomis.

5. Maršrutizavimas pagal turinį (Content-Based Routing)

Ši strategija nukreipia užklausas pagal užklausos turinio (body) turinį. Tai gali būti naudinga nukreipiant užklausas pagal duomenų formatą (pvz., JSON, XML) ar užklausos tipą (pvz., vartotojo kūrimas, produkto atnaujinimas). Tai paprastai apima sudėtingesnį analizavimą ir gali sukelti delsą.

Pavyzdys:

E. prekybos platforma gali nukreipti užklausas, kuriose yra pirkinių krepšelio duomenys, į „Atsiskaitymo“ paslaugą, o užklausas su produkto informacija – į „Produkto informacijos“ paslaugą.

6. Svertinis maršrutizavimas (Weighted Routing)

Svertinis maršrutizavimas naudojamas srautui paskirstyti tarp kelių vidinių paslaugų pagal iš anksto nustatytus svorius. Tai dažniausiai naudojama kanarėlių diegimams ar A/B testavimui, kai norite palaipsniui įdiegti naują programos versiją mažam vartotojų procentui.

Pavyzdys:

Galite nukreipti 90% srauto į esamą programos versiją ir 10% į naują. Stebėdami naujos versijos našumą, galite palaipsniui didinti svorį, kol ji aptarnaus visą srautą.

7. Geografinis maršrutizavimas (Geo-Routing)

Šis metodas naudoja kliento geografinę vietą (nustatytą pagal IP adresą ar kitomis priemonėmis), kad nukreiptų užklausas į artimiausią ar tinkamiausią vidinės paslaugos egzempliorių. Tai sumažina delsą ir pagerina našumą vartotojams skirtinguose regionuose. Tai gyvybiškai svarbu pasauliniu mastu platinamoms programoms.

Pavyzdys:

Srautinio turinio paslauga gali nukreipti vartotojus Europoje į serverius, esančius Europoje, o vartotojus Šiaurės Amerikoje – į serverius Šiaurės Amerikoje.

8. Maršrutizavimas pagal vartotoją (User-Based Routing)

Maršrutizavimo sprendimai priimami atsižvelgiant į autentifikuotą vartotoją. Skirtingos vartotojų grupės gali turėti prieigą prie skirtingų funkcijų ar programos versijų. Tai leidžia sukurti personalizuotas patirtis ir kontroliuojamai diegti funkcijas.

Pavyzdys:

Mokantys premium prenumeratoriai galėtų būti nukreipiami į serverius su mažesne delsa, o nemokami vartotojai – į standartinę infrastruktūrą.

Frontend API šliuzo naudojimo privalumai

Frontend API šliuzo įdiegimas suteikia keletą reikšmingų privalumų:

• Pagerintas našumas: Agreguodamas užklausas ir kaupdamas duomenis talpykloje, API šliuzas gali sumažinti užklausų skaičių į vidines paslaugas, pagerindamas bendrą našumą ir sumažindamas delsą.
• Supaprastintas Frontend kūrimas: API šliuzas atsieja frontend'ą nuo backend'o, leisdamas frontend kūrėjams susitelkti į vartotojo sąsajos kūrimą, nesijaudinant dėl vidinės architektūros sudėtingumo.
• Sustiprintas saugumas: API šliuzas gali įgyvendinti saugumo politiką, tokią kaip autentifikavimas, autorizavimas ir užklausų skaičiaus ribojimas, apsaugodamas vidines paslaugas nuo kenkėjiškų atakų.
• Padidintas skaliuojamumas: API šliuzas gali paskirstyti srautą tarp kelių vidinių paslaugų, leisdamas sistemai lengviau keisti mastelį, kad atlaikytų padidėjusią apkrovą.
• Centralizuotas API valdymas: API šliuzas suteikia centrinį tašką API valdymui ir stebėjimui, palengvindamas naudojimo stebėjimą, problemų nustatymą ir politikos įgyvendinimą.
• Technologiškai neapribotas Frontend: Frontend komanda tampa daug lankstesnė renkantis naujas technologijas vartotojo sąsajoms kurti, nes jiems nereikia jaudintis dėl vidinės sistemos.

Tinkamos technologijos pasirinkimas

Frontend API šliuzui įgyvendinti galima naudoti kelias technologijas, kurių kiekviena turi savo privalumų ir trūkumų. Keletas populiarių variantų:

• NGINX: Didelio našumo interneto serveris ir atvirkštinis proxy, kurį galima konfigūruoti kaip API šliuzą.
• HAProxy: Kitas populiarus atvirojo kodo apkrovos balansavimo įrenginys ir atvirkštinis proxy.
• Kong: Atvirojo kodo API šliuzas, sukurtas ant NGINX pagrindo.
• Tyk: Atvirojo kodo API šliuzas su integruotomis API valdymo funkcijomis.
• API valdymo platformos (pvz., Apigee, Mulesoft): Komercinės platformos, teikiančios išsamų funkcijų rinkinį API valdymui ir apsaugai. Jos paprastai apima API analizę, kūrėjų portalus ir monetizacijos galimybes.
• Debesijos teikėjų sprendimai (pvz., AWS API Gateway, Azure API Management, Google Cloud API Gateway): Debesijos pagrindu veikiančios API šliuzų paslaugos, kurias siūlo didieji debesijos teikėjai. Šios paslaugos yra glaudžiai integruotos su debesijos teikėjo ekosistema ir siūlo skaliuojamumą, saugumą bei paprastą naudojimą.
• GraphQL šliuzai (pvz., Apollo Gateway, StepZen): Specializuoti šliuzai, skirti GraphQL API, siūlantys tokias funkcijas kaip schemų sudarymas ir federacija.

Renkantis technologiją, atsižvelkite į tokius veiksnius kaip našumas, skaliuojamumas, saugumas, naudojimo paprastumas ir kaina. Taip pat turėtumėte atsižvelgti į savo esamą infrastruktūrą ir kompetenciją. Jei jau naudojate NGINX kitiems tikslams, gali būti geras pasirinkimas jį naudoti ir kaip API šliuzą. Jei jums reikia pažangesnių API valdymo funkcijų, komercinė API valdymo platforma gali būti geresnis variantas.

Įgyvendinimo aspektai

Frontend API šliuzo įgyvendinimas reikalauja kruopštaus planavimo ir vykdymo. Štai keletas svarbių aspektų:

• API dizainas: Kurkite savo API atsižvelgdami į frontend'ą. Atsižvelkite į kliento programų poreikius ir kurkite lengvai naudojamas bei efektyvias API.
• Autentifikavimas ir autorizavimas: Įgyvendinkite patikimus autentifikavimo ir autorizavimo mechanizmus, kad apsaugotumėte savo vidines paslaugas nuo neteisėtos prieigos. Apsvarstykite galimybę naudoti pramonės standartus, tokius kaip OAuth 2.0 ir OpenID Connect.
• Klaidų tvarkymas: Įgyvendinkite tinkamą klaidų tvarkymą, kad kliento programoms būtų teikiami informatyvūs klaidų pranešimai. Naudokite nuoseklius klaidų kodus ir pranešimus, kad kūrėjams būtų lengviau derinti problemas.
• Stebėjimas ir žurnalų registravimas: Įgyvendinkite išsamų stebėjimą ir žurnalų registravimą, kad galėtumėte sekti API šliuzo ir vidinių paslaugų būklę bei našumą. Naudokite tokius įrankius kaip Prometheus, Grafana ir ELK stack metrikoms ir žurnalams rinkti bei analizuoti.
• Užklausų skaičiaus ribojimas ir slopinimas: Įgyvendinkite užklausų skaičiaus ribojimą ir slopinimą, kad apsaugotumėte savo vidines paslaugas nuo perkrovos. Nustatykite tinkamus limitus, atsižvelgdami į savo vidinių paslaugų pajėgumus ir numatomus srauto modelius.
• Kaupimas talpykloje (Caching): Įgyvendinkite kaupimą talpykloje, kad sumažintumėte delsą ir pagerintumėte našumą. Naudokite jūsų programai tinkamą kaupimo strategiją, pavyzdžiui, pagal turinį ar laiką.
• Testavimas: Kruopščiai išbandykite API šliuzą ir vidines paslaugas, kad įsitikintumėte, jog jos veikia teisingai. Naudokite automatizuoto testavimo įrankius, kad atliktumėte vienetų testus, integracijos testus ir „end-to-end“ testus.
• Dokumentacija: Sukurkite aiškią ir išsamią savo API dokumentaciją. Naudokite tokius įrankius kaip Swagger/OpenAPI, kad automatiškai generuotumėte API dokumentaciją. Dokumentacijoje turėtų būti aiškiai paaiškinti API galiniai taškai, užklausų parametrai, atsakymų formatai ir klaidų kodai.
• Saugumo stiprinimas: Reguliariai peržiūrėkite ir atnaujinkite API šliuzo ir vidinių paslaugų saugumo konfigūraciją. Nedelsdami taikykite saugumo pataisymus ir laikykitės geriausių saugumo praktikų.

Realaus pasaulio pavyzdžiai

• E. prekybos platforma: Didelė e. prekybos platforma naudoja Frontend API šliuzą duomenims iš įvairių vidinių paslaugų, tokių kaip produktų katalogas, užsakymų valdymas ir mokėjimų apdorojimas, agreguoti. Šliuzas taip pat tvarko autentifikavimą ir autorizavimą, užtikrindamas saugią prieigą prie klientų duomenų.
• Medijos transliavimo paslauga: Medijos transliavimo paslauga naudoja Frontend API šliuzą, kad nukreiptų užklausas į skirtingus turinio pristatymo tinklus (CDN) pagal vartotojo buvimo vietą. Šliuzas taip pat tvarko perkodavimą ir turinio optimizavimą, užtikrindamas sklandžią transliavimo patirtį vartotojams skirtinguose įrenginiuose.
• Finansų institucija: Finansų institucija naudoja Frontend API šliuzą, kad atvertų API mobiliosios bankininkystės programoms. Šliuzas tvarko autentifikavimą, autorizavimą ir duomenų šifravimą, užtikrindamas jautrių finansinių duomenų saugumą.
• Pasaulinis socialinės medijos tinklas: Pasaulinis socialinės medijos tinklas naudoja geografinį maršrutizavimą su savo Frontend API šliuzu, kad nukreiptų vartotojus į jiems artimiausią duomenų centrą, sumažindamas delsą ir pagerindamas vartotojo patirtį, ypač įkeliant vaizdus ir vaizdo įrašus.

Ateities tendencijos

• Be serverio (Serverless) API šliuzai: „Serverless“ kompiuterijos augimas skatina kurti be serverio veikiančius API šliuzus, kurie gali automatiškai keisti mastelį ir valdyti API srautą, nereikalaudami jokio infrastruktūros valdymo. Pavyzdžiai apima AWS Lambda funkcijas, integruotas su API Gateway.
• GraphQL federacija: GraphQL federacija leidžia sujungti kelias GraphQL API į vieną bendrą API. Tai gali supaprastinti frontend kūrimą ir pagerinti našumą, sumažinant užklausų skaičių į vidines paslaugas. Sprendimai, tokie kaip Apollo Federation, tampa vis populiaresni.
• Dirbtiniu intelektu (AI) pagrįsti API šliuzai: Dirbtinis intelektas (AI) naudojamas API šliuzų funkcionalumui pagerinti, pavyzdžiui, anomalijų aptikimui, grėsmių aptikimui ir našumo optimizavimui. AI pagrįsti API šliuzai gali automatiškai nustatyti ir sušvelninti saugumo grėsmes bei optimizuoti API našumą remiantis realaus laiko srauto modeliais.
• WebAssembly (Wasm) šliuzuose: WebAssembly leidžia vykdyti didelio našumo kodą ties tinklo kraštu, suteikiant galimybę tiesiogiai API šliuze įgyvendinti pažangias funkcijas, tokias kaip pasirinktinis užklausų transformavimas ir saugumo politika, be didelių našumo praradimų.

Išvada

Frontend API šliuzas yra esminis modernios interneto programų architektūros komponentas, suteikiantis vieną įėjimo tašką kliento programoms sąveikauti su vidinėmis paslaugomis. Įgyvendindami tinkamas maršrutizavimo strategijas, saugumo politiką ir kaupimo talpykloje mechanizmus, galite žymiai pagerinti savo programų našumą, skaliuojamumą ir saugumą. Frontend API šliuzo integravimas su paslaugų tinklu dar labiau pagerina stebimumą ir atsparumą.

Kruopščiai apsvarstę savo specifinius poreikius ir pasirinkę tinkamą technologiją, galite sukurti tvirtą ir skaliuojamą Frontend API šliuzą, kuris supaprastina kūrimą, gerina vartotojo patirtį ir apsaugo jūsų vidines paslaugas.