Backends for Frontends: API vārteju paterni modernām arhitektūrām

Mūsdienu sarežģītajā lietojumprogrammu vidē, kur dažādiem frontendiem (tīmekļa, mobilajām, IoT ierīcēm u.c.) ir nepieciešams mijiedarboties ar vairākiem backend pakalpojumiem, Backends for Frontends (BFF) un API vārteju paterni ir kļuvuši par būtiskiem arhitektūras komponentiem. Šie paterni nodrošina abstrakcijas slāni, kas vienkāršo saziņu, uzlabo veiktspēju un vispārējo lietotāja pieredzi. Šajā rakstā šie paterni tiek detalizēti aplūkoti, apspriežot to priekšrocības, ieviešanas stratēģijas un lietošanas gadījumus.

Kas ir Backends for Frontends (BFF) paterns?

BFF paterns paredz izveidot atsevišķu backend pakalpojumu katram frontend lietojumprogrammas veidam. Tā vietā, lai viens monolīts backend apkalpotu visus klientus, katram frontendam ir savs veltīts backend, kas pielāgots tā specifiskajām vajadzībām. Tas nodrošina lielāku elastību un optimizāciju katram klientam.

BFF paterna priekšrocības:

Uzlabota veiktspēja: Katru BFF var optimizēt atbilstoši tā frontenda specifiskajām datu un apstrādes prasībām. Tas samazina pārsūtīto datu apjomu un apstrādes slogu klienta pusē, nodrošinot ātrākus ielādes laikus un plūdenāku lietotāja pieredzi. Piemēram, mobilais BFF var apkopot datus no vairākiem mikropakalpojumiem vienā, kodolīgā atbildē, samazinot tīkla latentumu.
Vienkāršota frontend izstrāde: Frontendiem vairs nav jānodarbojas ar sarežģītu backend loģiku vai datu transformācijām. To visu veic BFF, nodrošinot tīru un konsekventu API. Frontend izstrādātāji var koncentrēties uz lietotāja saskarņu un funkciju veidošanu, neuztraucoties par backend sarežģītību.
Paaugstināta veiklība: Katru BFF var izstrādāt un ieviest neatkarīgi, kas ļauj veikt ātrākus iterācijas ciklus un samazina risku. Izmaiņas vienā BFF neietekmē citus frontendus. Tas ir īpaši noderīgi organizācijās ar vairākām frontend komandām, kas strādā pie dažādām platformām.
Uzlabota drošība: BFF var ieviest drošības politikas, kas specifiskas katram frontendam. Piemēram, mobilais BFF var izmantot atšķirīgus autentifikācijas un autorizācijas mehānismus nekā tīmekļa BFF. Tas nodrošina detalizētāku piekļuves kontroli sensitīviem datiem.
Tehnoloģiju daudzveidība: BFF ļauj izvēlēties vislabāko tehnoloģiju kopu konkrētā frontenda prasībām. Viens BFF varētu būt rakstīts Node.js tā nebloķējošo I/O spēju dēļ, kamēr cits varētu būt rakstīts Java tā robustuma un mērogojamības dēļ.

Piemēra scenārijs:

Apsveriet e-komercijas lietojumprogrammu ar tīmekļa frontendu un mobilo frontendu. Tīmekļa frontends parāda detalizētu informāciju par produktu, ieskaitot atsauksmes, vērtējumus un saistītos produktus. Mobilais frontends, no otras puses, koncentrējas uz vienkāršotu iepirkšanās pieredzi ar vienkāršāku produkta attēlojumu. BFF tīmekļa frontendam iegūtu un formatētu visas nepieciešamās produkta detaļas, savukārt mobilais BFF iegūtu tikai būtisko informāciju, kas nepieciešama mobilajai lietotnei. Tas ļauj izvairīties no nevajadzīgas datu pārsūtīšanas un uzlabo abu frontendu veiktspēju.

Kas ir API vārtejas paterns?

API vārteja darbojas kā vienots ieejas punkts visiem klientu pieprasījumiem uz backend pakalpojumiem. Tā atrodas pirms mikropakalpojumiem un veic tādus uzdevumus kā maršrutēšana, autentifikācija, autorizācija, ātruma ierobežošana un pieprasījumu transformācija.

API vārtejas paterna priekšrocības:

Centralizēts ieejas punkts: Nodrošina vienotu ieejas punktu visiem klientu pieprasījumiem, vienkāršojot integrāciju klienta pusē. Klientiem nav jāzina backend pakalpojumu atrašanās vieta vai skaits.
Pieprasījumu maršrutēšana: Maršrutē pieprasījumus uz atbilstošo backend pakalpojumu, pamatojoties uz pieprasījuma ceļu, galvenēm vai citiem kritērijiem.
Autentifikācija un autorizācija: Ievieš drošības politikas un kontrolē piekļuvi backend pakalpojumiem.
Ātruma ierobežošana: Novērš ļaunprātīgu izmantošanu un aizsargā backend pakalpojumus no pārslodzes ar pārmērīgu trafiku.
Pieprasījumu transformācija: Pārveido pieprasījumus un atbildes, lai tās atbilstu klienta vai backend pakalpojumu vajadzībām. Tas var ietvert datu formāta konvertēšanu, protokolu tulkošanu un datu bagātināšanu.
Monitorings un žurnalēšana: Nodrošina centrālu punktu API trafika monitoringam un žurnalēšanai, nodrošinot labāku redzamību sistēmas veiktspējā un drošībā.
Atsaiste (Decoupling): Atdala frontendus no backend pakalpojumiem, ļaujot backend pakalpojumiem attīstīties neatkarīgi, neietekmējot klientus.

Piemēra scenārijs:

Iedomājieties bankas lietojumprogrammu ar mikropakalpojumiem kontu pārvaldībai, darījumu apstrādei un klientu atbalstam. API vārteja apstrādātu visus ienākošos pieprasījumus no mobilajām un tīmekļa lietojumprogrammām. Tā autentificētu lietotājus, autorizētu piekļuvi konkrētiem resursiem un maršrutētu pieprasījumus uz atbilstošo mikropakalpojumu, pamatojoties uz pieprasīto galapunktu. Piemēram, pieprasījums uz `/accounts` varētu tikt maršrutēts uz kontu pārvaldības mikropakalpojumu, savukārt pieprasījums uz `/transactions` varētu tikt maršrutēts uz darījumu apstrādes mikropakalpojumu.

BFF un API vārtejas apvienošana: spēcīga sinerģija

BFF un API vārtejas paternus var apvienot, lai izveidotu robustu un mērogojamu API arhitektūru. API vārteja risina vispārējos jautājumus par maršrutēšanu, autentifikāciju un ātruma ierobežošanu, kamēr BFF pielāgo API katra frontenda specifiskajām vajadzībām.

Šajā apvienotajā pieejā API vārteja darbojas kā ieejas punkts visiem klientu pieprasījumiem un pēc tam maršrutē pieprasījumus uz atbilstošo BFF. Pēc tam BFF mijiedarbojas ar backend mikropakalpojumiem, lai iegūtu un pārveidotu datus, kas nepieciešami frontendam. Šī arhitektūra nodrošina abu paternu priekšrocības: centralizētu ieejas punktu, vienkāršotu frontend izstrādi un optimizētu veiktspēju.

Ieviešanas apsvērumi:

Tehnoloģiju kopa: Izvēlieties tehnoloģiju kopu saviem BFF un API vārtejai, kas ir piemērota jūsu komandas prasmēm un lietojumprogrammas prasībām. Populāras izvēles ir Node.js, Java, Python un Go.
API pārvaldība: Izmantojiet API pārvaldības platformu, lai pārvaldītu savu API vārteju un BFF. Tā nodrošinās tādas funkcijas kā API dokumentācija, analītika un drošība. API pārvaldības platformu piemēri ir Kong, Tyk, Apigee un Azure API Management.
Drošība: Ieviesiet stingras drošības politikas, lai aizsargātu savus API no nesankcionētas piekļuves. Tas ietver autentifikāciju, autorizāciju un ievades validāciju. Apsveriet OAuth 2.0 vai OpenID Connect izmantošanu autentifikācijai un autorizācijai.
Monitorings un žurnalēšana: Cieši pārraugiet savus API, lai identificētu veiktspējas vājās vietas un drošības problēmas. Izmantojiet žurnalēšanu, lai sekotu API trafikam un atkļūdotu kļūdas. Noderīgi var būt tādi rīki kā Prometheus, Grafana un ELK kopa.
Ieviešana (Deployment): Ieviesiet savus BFF un API vārteju mērogojamā un uzticamā veidā. Apsveriet iespēju izmantot konteinerizācijas tehnoloģijas, piemēram, Docker un Kubernetes.

Arhitektūru piemēri

Šeit ir daži arhitektūru piemēri, kas apvieno BFF un API vārtejas paternus:

1. Pamata BFF ar API vārteju

Šajā scenārijā API vārteja veic pamata maršrutēšanu un autentifikāciju, novirzot trafiku uz konkrētiem BFF, pamatojoties uz klienta veidu (tīmekļa, mobilais utt.). Katrs BFF pēc tam organizē izsaukumus uz vairākiem mikropakalpojumiem un pārveido datus konkrētajam frontendam.

2. API vārteja kā reversais starpniekserveris

API vārteja darbojas kā reversais starpniekserveris, maršrutējot pieprasījumus uz dažādiem backend pakalpojumiem, ieskaitot BFF. BFF joprojām ir atbildīgi par atbildes pielāgošanu katram frontendam, bet API vārteja nodrošina slodzes līdzsvarošanu un citus visaptverošus jautājumus.

3. Pakalpojumu tīkla (Service Mesh) integrācija

Sarežģītākā arhitektūrā API vārteja var integrēties ar pakalpojumu tīklu, piemēram, Istio vai Linkerd. Pakalpojumu tīkls nodrošina pakalpojumu atklāšanu, trafika pārvaldību un drošības politikas, kamēr API vārteja koncentrējas uz ārējo API pārvaldību un pieprasījumu transformāciju. BFF pēc tam var izmantot pakalpojumu tīklu iekšējai saziņai un drošībai.

Lietošanas gadījumi

BFF un API vārtejas paterni ir īpaši piemēroti šādiem lietošanas gadījumiem:

Mikropakalpojumu arhitektūras: Veidojot lietojumprogrammas ar mikropakalpojumiem, BFF un API vārtejas paterni var palīdzēt vienkāršot saziņu starp frontendiem un backend pakalpojumiem.
Vairāku platformu lietojumprogrammas: Atbalstot vairākus frontendus (tīmekļa, mobilās, IoT utt.), BFF paterns var palīdzēt optimizēt lietotāja pieredzi katrai platformai.
Mantoto sistēmu modernizācija: Modernizējot mantotu sistēmu, API vārtejas paterns var nodrošināt abstrakcijas slāni, kas ļauj mantoto sistēmu integrēt ar jauniem mikropakalpojumiem.
API-First pieejas izstrāde: Pieņemot API-first pieeju izstrādē, API vārtejas paterns var palīdzēt definēt un pārvaldīt API, ko izmantos frontendi.
Drošība un atbilstība: Lai centralizētu drošības politikas un nodrošinātu atbilstību nozares noteikumiem.

Biežākie izaicinājumi un risinājumi

Lai gan BFF un API vārtejas paterni ir spēcīgi, to ieviešana nāk ar saviem izaicinājumiem:

Palielināta sarežģītība: Jaunu abstrakcijas slāņu ieviešana var palielināt sistēmas kopējo sarežģītību. Risinājums: Rūpīga plānošana un dizains ir būtiski. Sāciet ar vienkāršu ieviešanu un pakāpeniski pievienojiet sarežģītību pēc nepieciešamības. Svarīga ir arī pienācīga dokumentācija un monitorings.
Uzturēšanas slogs: Vairāku BFF pārvaldīšana var būt laikietilpīga. Risinājums: Automatizējiet BFF izvietošanu un pārvaldību. Izmantojiet "infrastruktūra kā kods" (infrastructure-as-code) rīkus un CI/CD konveijerus.
Veiktspējas vājās vietas: API vārteja var kļūt par veiktspējas vājo vietu, ja tā nav pareizi mērogota. Risinājums: Mērogojiet API vārteju horizontāli, lai apstrādātu palielinātu trafiku. Izmantojiet kešatmiņu, lai samazinātu slodzi uz backend pakalpojumiem. Izvēlieties API vārtejas implementāciju, kas ir veiktspējīga un mērogojama.
Drošības riski: API vārteja un BFF var būt neaizsargāti pret drošības uzbrukumiem, ja tie nav pienācīgi nodrošināti. Risinājums: Ieviesiet stingras drošības politikas, ieskaitot autentifikāciju, autorizāciju un ievades validāciju. Regulāri pārbaudiet savus API, lai atklātu drošības ievainojamības. Sekojiet līdzi jaunākajiem drošības ielāpiem un labākajām praksēm.
Papildu slogs un latentums: Papildu slāņu ieviešana var pievienot latentumu. Risinājums: Optimizējiet saziņu starp BFF un backend pakalpojumiem. Izmantojiet efektīvus datu serializācijas formātus un kešatmiņas tehnikas. Arī BFF atrašanās vieta tuvu lietotājiem var samazināt latentumu.

Rīki un tehnoloģijas

Lai ieviestu BFF un API vārtejas paternus, var izmantot vairākus rīkus un tehnoloģijas:

API vārtejas: Kong, Tyk, Apigee, Azure API Management, AWS API Gateway, Mulesoft, Express Gateway, Ambassador.
BFF ietvari: Node.js ar Express.js vai Fastify, Java ar Spring Boot, Python ar Flask vai Django, Go ar Gin vai Echo.
Pakalpojumu tīkli (Service Meshes): Istio, Linkerd, Consul Connect.
API pārvaldības platformas: Šīs platformas nodrošina tādas funkcijas kā API dokumentācija, analītika un drošība. Piemēri: Kong, Tyk, Apigee un Azure API Management.
Monitoringa un žurnalēšanas rīki: Prometheus, Grafana, ELK kopa (Elasticsearch, Logstash, Kibana).
Konteinerizācija un orķestrēšana: Docker, Kubernetes.

Noslēgums

Backends for Frontends (BFF) un API vārtejas paterni ir spēcīgi rīki modernu, mērogojamu un uzturamu mikropakalpojumu arhitektūru veidošanai. Nodrošinot abstrakcijas slāni starp frontendiem un backend pakalpojumiem, šie paterni var vienkāršot izstrādi, uzlabot veiktspēju un paaugstināt drošību. Lai gan ieviešana var būt sarežģīta, šo paternu priekšrocības atsver izmaksas, īpaši sarežģītās lietojumprogrammās ar dažādiem frontendiem. Rūpīgi plānojot savu arhitektūru un izvēloties pareizos rīkus, jūs varat izmantot BFF un API vārtejas paternus, lai izveidotu robustu un elastīgu API, kas atbilst jūsu lietotāju un biznesa vajadzībām.

Tehnoloģijām turpinot attīstīties, šie paterni neapšaubāmi arī pielāgosies un attīstīsies, vēl vairāk nostiprinot savu nozīmi modernajā lietojumprogrammu izstrādē.