Frontend API vārteja: pakalpojumu tīkls un maršrutēšana modernām tīmekļa lietojumprogrammām

Mūsdienu sarežģītajā tīmekļa lietojumprogrammu vidē labi definēta arhitektūra ir izšķiroša mērogojamībai, uzturamībai un drošībai. Viena no galvenajām sastāvdaļām šajā arhitektūrā ir Frontend API vārteja (dažreiz saukta par Backend for Frontend jeb BFF). Šis emuāra ieraksts iedziļinās Frontend API vārteju koncepcijā, pētot to lomu pakalpojumu tīklā un dažādās maršrutēšanas stratēģijās.

Kas ir Frontend API vārteja?

Frontend API vārteja darbojas kā apgrieztais starpniekserveris (reverse proxy) un vienots ieejas punkts klienta lietojumprogrammām (piemēram, tīmekļa pārlūkprogrammām, mobilajām lietotnēm), lai mijiedarbotos ar vairākiem aizmugursistēmas (backend) pakalpojumiem. Tā atsaista priekšgalsistēmu (frontend) no aizmugursistēmas arhitektūras sarežģītības, vienkāršojot izstrādi un uzlabojot lietotāja pieredzi.

Tā vietā, lai priekšgalsistēmas lietojumprogramma tieši izsauktu vairākus aizmugursistēmas pakalpojumus, tā veic vienu pieprasījumu API vārtejai. Pēc tam vārteja novirza pieprasījumu uz atbilstošo aizmugursistēmas pakalpojumu(-iem), ja nepieciešams, apkopo atbildes un atgriež vienotu atbildi klientam.

Frontend API vārtejas galvenie pienākumi:

• Pieprasījumu maršrutēšana: Ienākošo pieprasījumu novirzīšana uz atbilstošajiem aizmugursistēmas pakalpojumiem, pamatojoties uz iepriekš definētiem noteikumiem.
• Pieprasījumu transformācija: Pieprasījuma formāta modificēšana, lai tas būtu saderīgs ar aizmugursistēmas pakalpojumu.
• Atbilžu apkopošana: Atbilžu apvienošana no vairākiem aizmugursistēmas pakalpojumiem vienā atbildē klientam.
• Autentifikācija un autorizācija: Lietotāja identitātes pārbaude un nodrošināšana, ka viņiem ir nepieciešamās atļaujas, lai piekļūtu pieprasītajiem resursiem.
• Pieprasījumu skaita ierobežošana (Rate Limiting un Throttling): Aizmugursistēmas pakalpojumu aizsardzība pret pārslodzi, ierobežojot pieprasījumu skaitu no viena klienta vai IP adreses.
• Kešatmiņas izmantošana (Caching): Bieži pieprasītu datu glabāšana, lai samazinātu latentumu un uzlabotu veiktspēju.
• Novērojamība (Observability): Metriku, žurnālierakstu un trasēšanas datu nodrošināšana, lai uzraudzītu sistēmas stāvokli un veiktspēju.
• Protokolu tulkošana: Tulkošana starp dažādiem protokoliem (piemēram, HTTP/1.1 uz HTTP/2, REST uz gRPC).
• Drošība: Drošības politiku, piemēram, CORS, SSL pārtraukšanas un ievades validācijas, ieviešana.

Pakalpojumu tīkla loma

A pakalpojumu tīkls ir infrastruktūras slānis, kas pārvalda saziņu starp pakalpojumiem mikropakalpojumu arhitektūrā. Tas nodrošina tādas funkcijas kā trafika pārvaldība, novērojamība un drošība, neprasot izmaiņas lietojumprogrammas kodā.

Kamēr Frontend API vārteja apstrādā saziņu starp klienta lietojumprogrammu un aizmugursistēmu, pakalpojumu tīkls koncentrējas uz iekšējo saziņu *starp* mikropakalpojumiem. Tie strādā kopā, lai nodrošinātu visaptverošu risinājumu trafika pārvaldībai un visas sistēmas uzticamības nodrošināšanai.

Kā pakalpojumu tīkls papildina Frontend API vārteju:

• Uzlabota novērojamība: Pakalpojumu tīkls nodrošina detalizētus metrikas un trasēšanas datus visai saziņai starp pakalpojumiem, ļaujot vieglāk identificēt veiktspējas vājās vietas un risināt problēmas. Frontend API vārteja sniedz ieskatu klienta puses veiktspējā un pieprasījumu modeļos.
• Uzlabota drošība: Pakalpojumu tīkls var ieviest drošības politikas, piemēram, savstarpējo TLS un piekļuves kontroli pakalpojumu līmenī, vēl vairāk uzlabojot sistēmas kopējo drošību. Frontend API vārteja apstrādā autentifikāciju un autorizāciju malā (edge).
• Progresīva trafika pārvaldība: Pakalpojumu tīkls ļauj ieviest progresīvas trafika pārvaldības metodes, piemēram, kanārijas izvietošanu (canary deployments), zili-zaļo izvietošanu (blue-green deployments) un A/B testēšanu. Frontend API vārteja var novirzīt trafiku uz dažādām lietojumprogrammas versijām, pamatojoties uz lietotāja atribūtiem vai ģeogrāfisko atrašanās vietu.
• Noturība (Resilience): Pakalpojumu tīkls nodrošina tādas funkcijas kā atkārtoti mēģinājumi (retries), ķēdes pārtraucēji (circuit breakers) un slodzes balansēšana, lai uzlabotu sistēmas noturību. Frontend API vārteja var ieviest rezerves mehānismus, lai apstrādātu kļūmes aizmugursistēmas pakalpojumos.

Populāras pakalpojumu tīkla tehnoloģijas ir Istio, Linkerd un Consul Connect.

Maršrutēšanas stratēģijas Frontend API vārtejām

Pareizās maršrutēšanas stratēģijas izvēle ir izšķiroša, lai optimizētu veiktspēju, drošību un uzturamību. Šeit ir dažas izplatītas maršrutēšanas stratēģijas, ko izmanto Frontend API vārtejās:

1. Uz ceļu balstīta maršrutēšana

Šī ir visvienkāršākā maršrutēšanas stratēģija, kur pieprasījumi tiek maršrutēti, pamatojoties uz URL ceļu. Piemēram:

• /users -> Lietotāju pakalpojums
• /products -> Produktu pakalpojums
• /orders -> Pasūtījumu pakalpojums

Uz ceļu balstīta maršrutēšana ir viegli ieviešama un saprotama, bet tā var kļūt sarežģīta, ja URL struktūra nav labi definēta vai ja ceļi pārklājas.

2. Uz galvenēm balstīta maršrutēšana

Šī stratēģija maršrutē pieprasījumus, pamatojoties uz HTTP galveņu (headers) vērtībām. Tas var būt noderīgi, lai maršrutētu pieprasījumus, pamatojoties uz lietotāja ierīces tipu, valodu vai autentifikācijas statusu. Piemēram, jūs varētu izmantot `Accept-Language` galveni, lai maršrutētu pieprasījumus uz lokalizētu lietojumprogrammas versiju.

Piemērs:

Ja pieprasījuma galvenē ir `X-Region: EU`, pieprasījums tiek maršrutēts uz Eiropas datu centru. Ja ir `X-Region: US`, tas tiek maršrutēts uz ASV datu centru. Tas ļauj nodrošināt datu suverenitātes atbilstību.

3. Uz vaicājuma parametriem balstīta maršrutēšana

Šī stratēģija maršrutē pieprasījumus, pamatojoties uz URL vaicājuma parametru (query parameters) vērtībām. Tas var būt noderīgi, lai maršrutētu pieprasījumus, pamatojoties uz konkrētām funkcijām vai eksperimentālām lietojumprogrammas versijām.

Piemērs:

Spēļu platforma varētu to izmantot. URL `https://example.com/game?version=beta` varētu novirzīt lietotāju uz spēles beta testa serveri, savukārt `https://example.com/game?version=stable` novestu uz ražošanas vidi.

4. Uz metodi balstīta maršrutēšana

Šī stratēģija maršrutē pieprasījumus, pamatojoties uz HTTP metodi (piemēram, GET, POST, PUT, DELETE). To parasti izmanto RESTful API, lai dažādas metodes piesaistītu dažādiem aizmugursistēmas pakalpojumiem vai operācijām.

5. Uz saturu balstīta maršrutēšana

Šī stratēģija maršrutē pieprasījumus, pamatojoties uz pieprasījuma ķermeņa (request body) saturu. Tas var būt noderīgi, lai maršrutētu pieprasījumus, pamatojoties uz datu formātu (piemēram, JSON, XML) vai pieprasījuma veidu (piemēram, lietotāja izveide, produkta atjaunināšana). Tas parasti ietver sarežģītāku parsēšanu un var radīt latentumu.

Piemērs:

E-komercijas platforma var maršrutēt pieprasījumus, kas satur iepirkumu groza datus, uz 'Norēķinu' pakalpojumu, savukārt pieprasījumus, kas satur produkta informāciju, uz 'Produkta informācijas' pakalpojumu.

6. Svaru maršrutēšana

Svaru maršrutēšana (Weighted routing) tiek izmantota, lai sadalītu trafiku starp vairākiem aizmugursistēmas pakalpojumiem, pamatojoties uz iepriekš definētiem svariem. To parasti izmanto kanārijas izvietošanai vai A/B testēšanai, kur vēlaties pakāpeniski ieviest jaunu lietojumprogrammas versiju nelielai daļai lietotāju.

Piemērs:

Jūs varētu novirzīt 90% trafika uz esošo lietojumprogrammas versiju un 10% uz jauno versiju. Pārraugot jaunās versijas veiktspēju, jūs varat pakāpeniski palielināt svaru, līdz tā apstrādā visu trafiku.

7. Ģeogrāfiskā maršrutēšana (Geo-Routing)

Šī pieeja izmanto klienta ģeogrāfisko atrašanās vietu (iegūtu no IP adreses vai citiem līdzekļiem), lai maršrutētu pieprasījumus uz tuvāko vai vispiemērotāko aizmugursistēmas pakalpojuma instanci. Tas samazina latentumu un uzlabo veiktspēju lietotājiem dažādos reģionos. Tas ir vitāli svarīgi globāli izplatītām lietojumprogrammām.

Piemērs:

Straumēšanas pakalpojums varētu maršrutēt lietotājus Eiropā uz serveriem, kas atrodas Eiropā, un lietotājus Ziemeļamerikā uz serveriem Ziemeļamerikā.

8. Uz lietotāju balstīta maršrutēšana

Maršrutēšanas lēmumi tiek pieņemti, pamatojoties uz autentificētu lietotāju. Dažādām lietotāju grupām var būt piekļuve dažādām funkcijām vai lietojumprogrammas versijām. Tas ļauj nodrošināt personalizētu pieredzi un kontrolētu funkciju ieviešanu.

Piemērs:

Maksājošie premium abonenti varētu tikt novirzīti uz serveriem ar zemāku latentumu, savukārt bezmaksas lietotāji tiek novirzīti uz standarta infrastruktūru.

Frontend API vārtejas izmantošanas priekšrocības

Frontend API vārtejas ieviešana piedāvā vairākas nozīmīgas priekšrocības:

• Uzlabota veiktspēja: Apkopojot pieprasījumus un kešojot datus, API vārteja var samazināt pieprasījumu skaitu uz aizmugursistēmas pakalpojumiem, uzlabojot kopējo veiktspēju un samazinot latentumu.
• Vienkāršota priekšgalsistēmas izstrāde: API vārteja atsaista priekšgalsistēmu no aizmugursistēmas, ļaujot priekšgalsistēmas izstrādātājiem koncentrēties uz lietotāja saskarnes veidošanu, neuztraucoties par aizmugursistēmas arhitektūras sarežģītību.
• Uzlabota drošība: API vārteja var ieviest drošības politikas, piemēram, autentifikāciju, autorizāciju un pieprasījumu skaita ierobežošanu, aizsargājot aizmugursistēmas pakalpojumus no ļaunprātīgiem uzbrukumiem.
• Palielināta mērogojamība: API vārteja var sadalīt trafiku starp vairākiem aizmugursistēmas pakalpojumiem, ļaujot sistēmai vieglāk mērogoties, lai apstrādātu palielinātu slodzi.
• Centralizēta API pārvaldība: API vārteja nodrošina centrālu punktu API pārvaldībai un uzraudzībai, atvieglojot lietojuma izsekošanu, problēmu identificēšanu un politiku ieviešanu.
• No tehnoloģijām neatkarīga priekšgalsistēma: Priekšgalsistēmas komanda kļūst daudz elastīgāka, izvēloties jaunas tehnoloģijas lietotāja saskarņu veidošanai, jo viņiem nav jāuztraucas par aizmugursistēmu.

Pareizās tehnoloģijas izvēle

Frontend API vārtejas ieviešanai var izmantot vairākas tehnoloģijas, katrai no tām ir savas stiprās un vājās puses. Dažas populāras iespējas ir:

• NGINX: Augstas veiktspējas tīmekļa serveris un apgrieztais starpniekserveris, ko var konfigurēt kā API vārteju.
• HAProxy: Vēl viens populārs atvērtā koda slodzes līdzsvarotājs un apgrieztais starpniekserveris.
• Kong: Atvērtā koda API vārteja, kas veidota uz NGINX bāzes.
• Tyk: Atvērtā koda API vārteja ar iebūvētām API pārvaldības funkcijām.
• API pārvaldības platformas (piemēram, Apigee, Mulesoft): Komerciālas platformas, kas nodrošina visaptverošu funkciju kopumu API pārvaldībai un drošībai. Tās parasti ietver API analīzi, izstrādātāju portālus un monetizācijas iespējas.
• Mākoņpakalpojumu sniedzēju risinājumi (piemēram, AWS API Gateway, Azure API Management, Google Cloud API Gateway): Mākoņos bāzēti API vārteju pakalpojumi, ko piedāvā lielākie mākoņpakalpojumu sniedzēji. Šie pakalpojumi ir cieši integrēti ar mākoņpakalpojumu sniedzēja ekosistēmu un piedāvā mērogojamību, drošību un lietošanas ērtumu.
• GraphQL vārtejas (piemēram, Apollo Gateway, StepZen): Specializētas vārtejas, kas paredzētas GraphQL API, piedāvājot tādas funkcijas kā shēmu kompozīcija un federācija.

Izvēloties tehnoloģiju, ņemiet vērā tādus faktorus kā veiktspēja, mērogojamība, drošība, lietošanas ērtums un izmaksas. Jums vajadzētu arī apsvērt savu esošo infrastruktūru un zināšanas. Ja jūs jau izmantojat NGINX citiem mērķiem, tā varētu būt laba izvēle, lai to izmantotu arī kā savu API vārteju. Ja jums ir nepieciešamas progresīvākas API pārvaldības funkcijas, komerciāla API pārvaldības platforma varētu būt labāks variants.

Ieviešanas apsvērumi

Frontend API vārtejas ieviešana prasa rūpīgu plānošanu un izpildi. Šeit ir daži svarīgi apsvērumi:

• API dizains: Izstrādājiet savus API, domājot par priekšgalsistēmu. Apsveriet klienta lietojumprogrammu vajadzības un izstrādājiet API, kas ir viegli lietojami un efektīvi.
• Autentifikācija un autorizācija: Ieviesiet robustus autentifikācijas un autorizācijas mehānismus, lai aizsargātu savus aizmugursistēmas pakalpojumus no nesankcionētas piekļuves. Apsveriet nozares standarta protokolu, piemēram, OAuth 2.0 un OpenID Connect, izmantošanu.
• Kļūdu apstrāde: Ieviesiet pareizu kļūdu apstrādi, lai sniegtu informatīvus kļūdu ziņojumus klienta lietojumprogrammām. Izmantojiet konsekventus kļūdu kodus un ziņojumus, lai izstrādātājiem būtu vieglāk atkļūdot problēmas.
• Monitorings un žurnālēšana: Ieviesiet visaptverošu monitoringu un žurnālēšanu, lai sekotu API vārtejas un aizmugursistēmas pakalpojumu stāvoklim un veiktspējai. Izmantojiet tādus rīkus kā Prometheus, Grafana un ELK kaudze, lai apkopotu un analizētu metrikas un žurnālierakstus.
• Pieprasījumu skaita ierobežošana (Rate Limiting un Throttling): Ieviesiet pieprasījumu skaita ierobežošanu, lai aizsargātu savus aizmugursistēmas pakalpojumus no pārslodzes. Definējiet atbilstošus limitus, pamatojoties uz jūsu aizmugursistēmas pakalpojumu kapacitāti un sagaidāmajiem trafika modeļiem.
• Kešatmiņas izmantošana (Caching): Ieviesiet kešatmiņas izmantošanu, lai samazinātu latentumu un uzlabotu veiktspēju. Izmantojiet kešatmiņas stratēģiju, kas ir piemērota jūsu lietojumprogrammai, piemēram, uz saturu balstītu kešatmiņu vai uz laiku balstītu kešatmiņu.
• Testēšana: Rūpīgi testējiet API vārteju un aizmugursistēmas pakalpojumus, lai nodrošinātu, ka tie darbojas pareizi. Izmantojiet automatizētus testēšanas rīkus, lai palaistu vienības testus, integrācijas testus un gala-gala testus.
• Dokumentācija: Izveidojiet skaidru un visaptverošu dokumentāciju saviem API. Izmantojiet tādus rīkus kā Swagger/OpenAPI, lai automātiski ģenerētu API dokumentāciju. Dokumentācijai skaidri jāizskaidro API galapunkti, pieprasījuma parametri, atbildes formāti un kļūdu kodi.
• Drošības stiprināšana: Regulāri pārskatiet un atjauniniet API vārtejas un aizmugursistēmas pakalpojumu drošības konfigurāciju. Savlaicīgi instalējiet drošības ielāpus un ievērojiet drošības labākās prakses.

Piemēri no reālās dzīves

• E-komercijas platforma: Liela e-komercijas platforma izmanto Frontend API vārteju, lai apkopotu datus no dažādiem aizmugursistēmas pakalpojumiem, piemēram, produktu kataloga, pasūtījumu pārvaldības un maksājumu apstrādes. Vārteja arī apstrādā autentifikāciju un autorizāciju, nodrošinot drošu piekļuvi klientu datiem.
• Mediju straumēšanas pakalpojums: Mediju straumēšanas pakalpojums izmanto Frontend API vārteju, lai maršrutētu pieprasījumus uz dažādiem satura piegādes tīkliem (CDN), pamatojoties uz lietotāja atrašanās vietu. Vārteja arī apstrādā transkodēšanu un satura optimizāciju, nodrošinot vienmērīgu straumēšanas pieredzi lietotājiem dažādās ierīcēs.
• Finanšu iestāde: Finanšu iestāde izmanto Frontend API vārteju, lai piedāvātu API mobilās bankas lietojumprogrammām. Vārteja apstrādā autentifikāciju, autorizāciju un datu šifrēšanu, nodrošinot sensitīvu finanšu datu drošību.
• Globāls sociālo mediju tīkls: Globāls sociālo mediju tīkls izmanto ģeogrāfisko maršrutēšanu ar savu Frontend API vārteju, lai novirzītu lietotājus uz viņiem tuvāko datu centru, samazinot latentumu un uzlabojot lietotāja pieredzi, īpaši attēlu un video augšupielādēšanai.

Nākotnes tendences

• Bezservera API vārtejas: Bezservera skaitļošanas (serverless computing) pieaugums veicina bezservera API vārteju izstrādi, kas var automātiski mērogot un pārvaldīt API trafiku, neprasot nekādu infrastruktūras pārvaldību. Piemēri ietver AWS Lambda funkcijas, kas integrētas ar API Gateway.
• GraphQL federācija: GraphQL federācija ļauj apvienot vairākus GraphQL API vienā vienotā API. Tas var vienkāršot priekšgalsistēmas izstrādi un uzlabot veiktspēju, samazinot pieprasījumu skaitu uz aizmugursistēmas pakalpojumiem. Risinājumi, piemēram, Apollo Federation, kļūst arvien populārāki.
• Ar mākslīgo intelektu darbināmas API vārtejas: Mākslīgais intelekts (MI) tiek izmantots, lai uzlabotu API vārtejas funkcionalitāti, piemēram, anomāliju atklāšanu, draudu atklāšanu un veiktspējas optimizāciju. Ar MI darbināmas API vārtejas var automātiski identificēt un mazināt drošības draudus un optimizēt API veiktspēju, pamatojoties uz reāllaika trafika modeļiem.
• WebAssembly (Wasm) vārtejās: WebAssembly ļauj palaist augstas veiktspējas kodu malā (edge), nodrošinot progresīvas funkcijas, piemēram, pielāgotu pieprasījumu transformāciju un drošības politikas, ko var ieviest tieši API vārtejā bez būtiskas veiktspējas ietekmes.

Noslēgums

A Frontend API vārteja ir izšķiroša mūsdienu tīmekļa lietojumprogrammu arhitektūras sastāvdaļa, nodrošinot vienotu ieejas punktu klienta lietojumprogrammām, lai mijiedarbotos ar aizmugursistēmas pakalpojumiem. Ieviešot atbilstošas maršrutēšanas stratēģijas, drošības politikas un kešatmiņas mehānismus, jūs varat ievērojami uzlabot savu lietojumprogrammu veiktspēju, mērogojamību un drošību. Frontend API vārtejas integrēšana ar pakalpojumu tīklu vēl vairāk uzlabo novērojamību un noturību.

Rūpīgi izvērtējot savas specifiskās vajadzības un izvēloties pareizo tehnoloģiju, jūs varat izveidot robustu un mērogojamu Frontend API vārteju, kas vienkāršo izstrādi, uzlabo lietotāja pieredzi un aizsargā jūsu aizmugursistēmas pakalpojumus.