API vārteja: Mikropakalpojumu komunikācijas centralizēšana globālai mērogojamībai

Mūsdienu sarežģītajā programmatūras vidē mikropakalpojumu arhitektūra ir kļuvusi par populāru pieeju mērogojamu, noturīgu un uzturējamu lietojumprogrammu izveidei. Tomēr mikropakalpojumu izplatītā daba rada unikālus izaicinājumus, īpaši pārvaldot komunikāciju starp tiem. Šeit talkā nāk API vārteja (API Gateway), kas darbojas kā centrālais ieejas punkts un pārvalda visus ienākošos pieprasījumus uz pakārtotajiem mikropakalpojumiem. Šajā rakstā tiks aplūkota API vārtejas loma mikropakalpojumu arhitektūrā, tās priekšrocības, ieviešanas stratēģijas un labākā prakse globālas mērogojamības sasniegšanai.

Izpratne par mikropakalpojumu arhitektūru

Pirms iedziļināties API vārtejā, ir būtiski izprast mikropakalpojumu arhitektūras pamatprincipus. Mikropakalpojumi ir dizaina pieeja, kurā lietojumprogramma tiek strukturēta kā mazu, neatkarīgu un vāji saistītu pakalpojumu kolekcija. Katrs pakalpojums ir atbildīgs par konkrētu biznesa spēju, un to var izstrādāt, ieviest un mērogot neatkarīgi. Šī pieeja piedāvā vairākas priekšrocības:

• Uzlabota mērogojamība: Atsevišķus pakalpojumus var mērogot neatkarīgi, pamatojoties uz to specifiskajām vajadzībām.
• Paaugstināta noturība: Viena pakalpojuma kļūme neietekmē citu pakalpojumu pieejamību.
• Ātrāki izstrādes cikli: Mazākas kodu bāzes un neatkarīga ieviešana ļauj paātrināt izstrādes un izlaišanas ciklus.
• Tehnoloģiju daudzveidība: Dažādus pakalpojumus var veidot, izmantojot dažādas tehnoloģijas, ļaujot komandām izvēlēties labākos rīkus konkrētajam darbam.
• Vienkāršāka uzturēšana: Mazākus, fokusētus pakalpojumus ir vieglāk saprast, atkļūdot un uzturēt.

Tomēr mikropakalpojumi rada arī sarežģījumus. Tā vietā, lai viena lietojumprogramma komunicētu ar citu, daudziem mikropakalpojumiem tagad ir jākomunicē savā starpā (starppakalpojumu komunikācija), un arī ārējiem klientiem ir jākomunicē ar šiem pakalpojumiem. Visu mikropakalpojumu tieša atklāšana ārējiem klientiem var radīt problēmas, tostarp:

• Paaugstināta sarežģītība: Klientiem ir jāzina katra mikropakalpojuma atrašanās vieta un jāpārvalda pakalpojumu atklāšana, slodzes līdzsvarošana un kļūmju novēršana.
• Drošības riski: Visu mikropakalpojumu atklāšana palielina uzbrukuma virsmu un apgrūtina drošības politiku ieviešanu.
• Stingra sasaiste: Klienti kļūst stingri saistīti ar pakārtotajiem mikropakalpojumiem, apgrūtinot sistēmas attīstību.

Šeit izceļas API vārteja, kas darbojas kā starpnieks starp klientiem un mikropakalpojumiem.

API vārtejas loma

API vārteja darbojas kā vienots ieejas punkts visiem klientu pieprasījumiem, nodrošinot vienotu saskarni ar pakārtotajiem mikropakalpojumiem. Tā veic dažādus uzdevumus, tostarp:

• Pieprasījumu maršrutēšana: Novirza ienākošos pieprasījumus uz atbilstošo mikropakalpojumu, pamatojoties uz pieprasījuma ceļu, galvenēm vai citiem kritērijiem.
• Autentifikācija un autorizācija: Autentificē klientus un autorizē piekļuvi konkrētiem resursiem.
• Pieprasījumu skaita ierobežošana (Rate Limiting): Novērš ļaunprātīgu izmantošanu, ierobežojot pieprasījumu skaitu no klienta noteiktā laika periodā.
• Pieprasījumu transformācija: Pārveido ienākošos pieprasījumus formātā, ko mikropakalpojumi var saprast.
• Atbilžu apkopošana: Apvieno atbildes no vairākiem mikropakalpojumiem vienā atbildē klientam.
• Monitorings un žurnālēšana: Vāc metriku un žurnālus sistēmas veiktspējas un veselības stāvokļa uzraudzībai.
• Kešatmiņas izmantošana (Caching): Kešo atbildes, lai uzlabotu veiktspēju un samazinātu slodzi uz mikropakalpojumiem.

Centralizējot šīs funkcijas, API vārteja vienkāršo klientu mijiedarbību un ļauj mikropakalpojumiem koncentrēties uz savu pamatdarbības loģiku.

API vārtejas izmantošanas priekšrocības

API vārtejas ieviešana mikropakalpojumu arhitektūrā piedāvā daudzas priekšrocības:

• Vienkāršota klientu mijiedarbība: Klienti mijiedarbojas ar vienu galapunktu, vienkāršojot integrācijas procesu un samazinot sarežģītību.
• Uzlabota drošība: Centralizētas autentifikācijas un autorizācijas politikas uzlabo drošību un samazina uzbrukuma virsmu.
• Uzlabota veiktspēja: Kešatmiņas izmantošana, slodzes līdzsvarošana un pieprasījumu transformācija optimizē veiktspēju un samazina latentumu.
• Paaugstināta mērogojamība: API vārteju var mērogot neatkarīgi, lai apstrādātu pieaugošo datplūsmu.
• Vāja sasaiste: Klienti ir atsaistīti no pakārtotajiem mikropakalpojumiem, ļaujot neatkarīgi attīstīties un ieviest izmaiņas.
• Centralizēts monitorings un žurnālēšana: Nodrošina vienu punktu visas API datplūsmas monitoringam un žurnālēšanai, vienkāršojot problēmu novēršanu un veiktspējas analīzi.
• API versiju pārvaldība: Atbalsta vairākas API versijas, nodrošinot netraucētu pāreju un atpakaļsaderību.

API vārtejas ieviešanas stratēģijas

API vārtejas ieviešanai var izmantot vairākas pieejas:

1. Pašu izstrādāta API vārteja

Pašu izstrādātas API vārtejas izveide nodrošina maksimālu elastību un kontroli pār tās funkcionalitāti. Šī pieeja ir piemērota organizācijām ar specifiskām prasībām vai sarežģītiem lietošanas gadījumiem. Tomēr tā prasa ievērojamas izstrādes pūles un pastāvīgu uzturēšanu.

Piemērs: Liels e-komercijas uzņēmums ar unikālām drošības un veiktspējas prasībām varētu izvēlēties veidot pielāgotu API vārteju, izmantojot tādas ietvarstruktūras kā Spring Cloud Gateway vai Netflix Zuul.

2. Atvērtā pirmkoda API vārteja

Atvērtā pirmkoda API vārtejas piedāvā līdzsvaru starp elastību un lietošanas vienkāršību. Šīs vārtejas nodrošina plašu funkciju klāstu un var tikt pielāgotas, lai atbilstu konkrētām vajadzībām. Populāras atvērtā pirmkoda API vārtejas ir:

• Kong: Augsti mērogojama un paplašināma API vārteja, kas veidota uz Nginx bāzes.
• Tyk: Atvērtā pirmkoda API vārteja ar fokusu uz veiktspēju un drošību.
• Ocelot (.NET): Viegla API vārteja .NET lietojumprogrammām.
• Traefik: Mūsdienīgs HTTP reversais starpniekserveris un slodzes līdzsvarotājs, kas paredzēts mikropakalpojumiem.

Piemērs: Jaunuzņēmums, kas veido jaunu mikropakalpojumu lietojumprogrammu, varētu izvēlēties Kong vai Tyk to lietošanas vienkāršības un bagātīgā funkciju komplekta dēļ.

3. Mākoņpakalpojumu API vārteja

Mākoņpakalpojumu sniedzēji piedāvā pārvaldītus API vārteju pakalpojumus, kas vienkāršo ieviešanu un pārvaldību. Šie pakalpojumi nodrošina tādas funkcijas kā automātiska mērogošana, drošība un monitorings. Populāras mākoņpakalpojumu API vārtejas ir:

• Amazon API Gateway: Pilnībā pārvaldīts pakalpojums, kas ļauj viegli izveidot, publicēt, uzturēt, uzraudzīt un aizsargāt API jebkurā mērogā.
• Azure API Management: Hibrīda, daudzmākoņu pārvaldības platforma API.
• Google Cloud Apigee: Visaptveroša platforma API izstrādei un pārvaldībai.

Piemērs: Liels uzņēmums, kas migrē savas lietojumprogrammas uz mākoni, varētu izvēlēties Amazon API Gateway vai Azure API Management to nevainojamās integrācijas ar citiem mākoņpakalpojumiem un vienkāršotās pārvaldības dēļ.

Galvenie apsvērumi, izvēloties API vārteju

Izvēloties API vārteju, ņemiet vērā šādus faktorus:

• Mērogojamība: Vārtejai jāspēj apstrādāt pieaugošo datplūsmu bez veiktspējas pasliktināšanās.
• Veiktspēja: Vārtejai jāievieš minimāls latentums un jāoptimizē veiktspēja.
• Drošība: Vārtejai jānodrošina robustas drošības funkcijas, tostarp autentifikācija, autorizācija un pieprasījumu skaita ierobežošana.
• Elastība: Vārtejai jābūt pielāgojamai, lai atbilstu konkrētām prasībām.
• Lietošanas vienkāršība: Vārtejai jābūt viegli ieviešamai, konfigurējamai un pārvaldāmai.
• Monitorings un žurnālēšana: Vārtejai jānodrošina visaptverošas monitoringa un žurnālēšanas iespējas.
• Integrācija: Vārtejai nevainojami jāintegrējas ar citām sistēmām un pakalpojumiem.
• Izmaksas: Jāņem vērā kopējās īpašumtiesību izmaksas, ieskaitot izstrādi, ieviešanu un uzturēšanu.

API vārtejas paterni

Atkarībā no lietojumprogrammas specifiskajām vajadzībām var piemērot vairākus API vārtejas paternus:

1. Backend for Frontends (BFF)

BFF paterns ietver atsevišķas API vārtejas izveidi katrai klienta lietojumprogrammai (piemēram, tīmekļa, mobilajai, planšetdatora). Katrs BFF ir pielāgots klienta specifiskajām vajadzībām, optimizējot veiktspēju un lietotāja pieredzi. Tas ir īpaši noderīgi, ja dažādiem klientu veidiem nepieciešami ļoti atšķirīgi dati vai apkopošana. Piemēram, mobilā lietojumprogramma varētu gūt labumu no BFF, kas apkopo datus veidā, kas samazina tīkla pieprasījumu skaitu un optimizē akumulatora darbības laiku.

2. Apkopošana (Aggregation)

API vārteja apkopo atbildes no vairākiem mikropakalpojumiem vienā atbildē klientam. Tas samazina pieprasījumu skaitu, kas klientam jāveic, un vienkāršo integrācijas procesu. Apsveriet produkta detalizētās informācijas lapu e-komercijas lietojumprogrammā. Produkta informāciju, atsauksmes, inventāru un saistītos produktus var pārvaldīt atsevišķi mikropakalpojumi. API vārteja var apkopot atbildes no šiem pakalpojumiem vienā atbildē produkta detalizētās informācijas lapai.

3. Kompozīcija (Composition)

API vārteja orķestrē mijiedarbību starp vairākiem mikropakalpojumiem, lai izpildītu vienu pieprasījumu. Tas ļauj īstenot sarežģītu biznesa loģiku, neprasot klientiem tieši mijiedarboties ar vairākiem pakalpojumiem. Iedomājieties maksājumu apstrādes darbplūsmu. API vārteja varētu orķestrēt mijiedarbību starp maksājumu pakalpojumu, pasūtījumu pakalpojumu un paziņojumu pakalpojumu, lai pabeigtu maksājuma procesu.

4. Starpniekserveris (Proxy)

API vārteja darbojas kā vienkāršs reversais starpniekserveris, pārsūtot pieprasījumus uz atbilstošo mikropakalpojumu, neveicot būtisku transformāciju vai apkopošanu. Šis paterns ir piemērots vienkāršiem lietošanas gadījumiem, kur nepieciešama minimāla apstrāde. To bieži izmanto, sākotnēji migrējot monolītu lietojumprogrammu uz mikropakalpojumiem; API vārteja darbojas kā vienots ieejas punkts, kamēr monolīts tiek lēnām sadalīts.

Labākā prakse API vārtejas ieviešanai

Lai nodrošinātu veiksmīgu API vārtejas ieviešanu, ievērojiet šo labāko praksi:

• Izvēlieties pareizo rīku: Atlasiet API vārteju, kas atbilst jūsu specifiskajām prasībām un budžetam.
• Projektējiet mērogojamībai: Projektējiet API vārteju, lai tā spētu apstrādāt pieaugošo datplūsmu un nākotnes izaugsmi.
• Ieviesiet robustu drošību: Ieviesiet spēcīgas autentifikācijas, autorizācijas un pieprasījumu skaita ierobežošanas politikas.
• Uzraugiet veiktspēju: Nepārtraukti uzraugiet API vārtejas veiktspēju un identificējiet optimizācijas jomas.
• Automatizējiet ieviešanu: Automatizējiet API vārtejas ieviešanu un konfigurāciju.
• Izmantojiet API versiju pārvaldību: Ieviesiet API versiju pārvaldību, lai nodrošinātu netraucētu pāreju un atpakaļsaderību.
• Centralizējiet konfigurāciju: Centralizējiet API vārtejas konfigurāciju, lai vienkāršotu pārvaldību un nodrošinātu konsekvenci.
• Definējiet skaidrus API līgumus: Izveidojiet skaidrus API līgumus, lai nodrošinātu sadarbspēju starp klientiem un mikropakalpojumiem.
• Ieviesiet slēguma pārtraucējus (Circuit Breakers): Izmantojiet slēguma pārtraucējus, lai novērstu kaskādes kļūmes un uzlabotu noturību.
• Izmantojiet izplatīto izsekošanu (Distributed Tracing): Ieviesiet izplatīto izsekošanu, lai izsekotu pieprasījumus vairākos mikropakalpojumos un identificētu veiktspējas sastrēgumus. Šeit noderīgi ir tādi rīki kā Jaeger vai Zipkin.

API vārtejas drošība

API vārtejas drošība ir vissvarīgākā. Šeit ir daži būtiski drošības apsvērumi:

• Autentifikācija: Pārbaudiet klientu identitāti, izmantojot tādus mehānismus kā API atslēgas, JWT (JSON Web Tokens) vai OAuth 2.0.
• Autorizācija: Kontrolējiet piekļuvi konkrētiem resursiem, pamatojoties uz lietotāju lomām vai atļaujām.
• Pieprasījumu skaita ierobežošana: Novērsiet ļaunprātīgu izmantošanu, ierobežojot pieprasījumu skaitu no klienta noteiktā laika periodā.
• Ievades validācija: Validējiet visus ienākošos pieprasījumus, lai novērstu injekcijas uzbrukumus.
• Šifrēšana: Izmantojiet HTTPS, lai šifrētu visu komunikāciju starp klientiem un API vārteju.
• Tīmekļa lietojumprogrammu ugunsmūris (WAF): Ieviesiet WAF, lai aizsargātos pret biežākajiem tīmekļa uzbrukumiem.
• Regulāri drošības auditi: Veiciet regulārus drošības auditus, lai identificētu un novērstu ievainojamības.

Globāli apsvērumi API vārtejām

Projektējot API vārtejas globālām lietojumprogrammām, vairāki faktori kļūst kritiski:

• Ģeogrāfiskā izplatība: Ieviesiet API vārtejas vairākos reģionos, lai samazinātu latentumu lietotājiem visā pasaulē. Izmantojiet satura piegādes tīklus (CDN), lai kešotu atbildes un vēl vairāk samazinātu latentumu. Apsveriet reģionālās datu rezidences prasības.
• Lokalizācija: Atbalstiet vairākas valodas un rakstzīmju kopas. Nodrošiniet, ka kļūdu ziņojumi un citas atbildes ir lokalizētas.
• Laika joslas: Pareizi apstrādājiet laika joslu konvertēšanu. Uzglabājiet visus datumus un laikus UTC formātā un pēc nepieciešamības konvertējiet tos uz lietotāja vietējo laika joslu.
• Valūta: Atbalstiet vairākas valūtas. Nodrošiniet valūtas konvertēšanas pakalpojumus.
• Atbilstība: Ievērojiet attiecīgos datu privātuma noteikumus, piemēram, VDAR (GDPR), CCPA un citus. Izvēloties ieviešanas reģionus, ņemiet vērā datu suverenitātes prasības.
• Monitorings: Ieviesiet globālu monitoringu, lai izsekotu API vārtejas veiktspēju un pieejamību dažādos reģionos. Iestatiet brīdinājumus, lai informētu jūs par jebkādām problēmām.

Monitorings un žurnālēšana

Efektīvs monitorings un žurnālēšana ir būtiski, lai izprastu API vārtejas un pakārtoto mikropakalpojumu veiktspēju un veselības stāvokli. Galvenie uzraugāmie rādītāji ietver:

• Pieprasījuma latentums: Laiks, kas nepieciešams pieprasījuma apstrādei.
• Kļūdu līmenis: Pieprasījumu procentuālā daļa, kas beidzas ar kļūdām.
• Caurlaidspēja: Apstrādāto pieprasījumu skaits sekundē.
• Resursu izmantošana: API vārtejas CPU, atmiņas un tīkla izmantošana.
• API atslēgu lietojums: Sekojiet katras API atslēgas lietošanas paterniem, lai identificētu potenciālu ļaunprātīgu izmantošanu vai nepareizas konfigurācijas.

Žurnālos jāiekļauj informācija par pieprasījumiem, atbildēm, kļūdām un drošības notikumiem. Apsveriet centralizētas žurnālēšanas sistēmas izmantošanu, lai apkopotu un analizētu žurnālus no visām sistēmas sastāvdaļām. Tādus rīkus kā Elasticsearch, Kibana un Grafana var izmantot monitoringa datu vizualizēšanai un analīzei.

API vārteja un bezservera arhitektūras

API vārtejas ir ļoti noderīgas arī ar bezservera arhitektūrām (serverless). Daudzi mākoņpakalpojumu sniedzēji piedāvā bezservera skaitļošanas iespējas, piemēram, AWS Lambda, Azure Functions un Google Cloud Functions. Šīs funkcijas bieži tiek atklātas, izmantojot API vārteju, piedāvājot rentablu un mērogojamu veidu, kā veidot API. Šajā scenārijā API vārteja pārvalda autentifikāciju, autorizāciju, pieprasījumu maršrutēšanu un citus bieži sastopamus uzdevumus, kamēr bezservera funkcijas īsteno biznesa loģiku.

Biežākie API vārtejas izaicinājumi

Neskatoties uz priekšrocībām, API vārtejas var radīt arī izaicinājumus:

• Sarežģītība: API vārtejas ieviešana un pārvaldība var būt sarežģīta, īpaši lielās un sarežģītās mikropakalpojumu arhitektūrās.
• Veiktspējas sastrēgums: API vārteja var kļūt par veiktspējas sastrēgumu, ja tā nav pareizi projektēta un mērogota.
• Vienots atteices punkts (Single Point of Failure): API vārteja var kļūt par vienotu atteices punktu, ja tā nav ieviesta, domājot par augstu pieejamību.
• Konfigurācijas pārvaldība: API vārtejas konfigurācijas pārvaldība var būt sarežģīta, īpaši dinamiskās vidēs.
• Drošības riski: Slikti aizsargāta API vārteja var pakļaut visu sistēmu drošības riskiem.

Rūpīga plānošana, projektēšana un ieviešana ir būtiska, lai mazinātu šos izaicinājumus.

Nākotnes tendences API vārteju tehnoloģijā

API vārteju vide nepārtraukti attīstās. Dažas no jaunajām tendencēm ietver:

• Pakalpojumu tīkla (Service Mesh) integrācija: Ciešāka integrācija ar pakalpojumu tīkliem, piemēram, Istio un Linkerd. Pakalpojumu tīkli nodrošina infrastruktūras slāni mikropakalpojumu komunikācijas pārvaldībai, un API vārtejas var izmantot šīs funkcijas.
• GraphQL atbalsts: Palielināts atbalsts GraphQL, vaicājumu valodai API, kas ļauj klientiem pieprasīt tikai nepieciešamos datus.
• Mākslīgā intelekta vadīta API pārvaldība: Mākslīgā intelekta un mašīnmācīšanās izmantošana, lai automatizētu tādus uzdevumus kā API atklāšana, drošības analīze un veiktspējas optimizācija.
• Malu skaitļošana (Edge Computing): API vārteju izvietošana tuvāk tīkla malai, lai samazinātu latentumu un uzlabotu veiktspēju malu ierīcēm.

Noslēgums

API vārteja ir būtisks komponents mūsdienu mikropakalpojumu arhitektūrās, nodrošinot centralizētu ieejas punktu un pārvaldot komunikāciju starp klientiem un mikropakalpojumiem. Ieviešot API vārteju, organizācijas var vienkāršot klientu mijiedarbību, uzlabot drošību, uzlabot veiktspēju un palielināt mērogojamību. Pareiza API vārtejas risinājuma izvēle, labākās prakses ieviešana un nepārtraukta veiktspējas uzraudzība ir būtiska veiksmīgai API vārtejas ieviešanai. Tā kā API vārteju vide turpina attīstīties, informētība par jaunām tendencēm un tehnoloģijām būs ļoti svarīga, lai veidotu robustas un mērogojamas mikropakalpojumu lietojumprogrammas, kas var apkalpot globālu auditoriju.

Izprotot šajā rokasgrāmatā izklāstītos jēdzienus un labāko praksi, jūs varat efektīvi izmantot API vārtejas, lai veidotu un pārvaldītu globāli mērogojamas mikropakalpojumu arhitektūras.