Backends for Frontends: Vzorci API Gateway za sodobne arhitekture

V današnjem kompleksnem svetu aplikacij, kjer morajo raznoliki uporabniški vmesniki (spletni, mobilni, naprave IoT itd.) komunicirati z več zalednimi storitvami, sta se vzorca Backends for Frontends (BFF) in API Gateway uveljavila kot ključni arhitekturni komponenti. Ta vzorca zagotavljata plast abstrakcije, ki poenostavlja komunikacijo, izboljšuje zmogljivost in izboljšuje celotno uporabniško izkušnjo. Ta članek podrobno raziskuje ta vzorca, razpravlja o njunih prednostih, strategijah implementacije in primerih uporabe.

Kaj je vzorec Backends for Frontends (BFF)?

Vzorec BFF zagovarja ustvarjanje ločene zaledne storitve za vsak tip uporabniške aplikacije. Namesto monolitnega zaledja, ki služi vsem odjemalcem, ima vsak uporabniški vmesnik svoje namensko zaledje, prilagojeno njegovim specifičnim potrebam. To omogoča večjo prilagodljivost in optimizacijo za vsakega odjemalca.

Prednosti vzorca BFF:

• Izboljšana zmogljivost: Vsak BFF je mogoče optimizirati za specifične podatkovne in procesne zahteve svojega uporabniškega vmesnika. To zmanjša količino prenesenih podatkov in procesno obremenitev na strani odjemalca, kar vodi do hitrejših časov nalaganja in bolj tekoče uporabniške izkušnje. Na primer, mobilni BFF lahko združi podatke iz več mikrostoritev v en sam, jedrnat odgovor, kar zmanjša zakasnitev omrežja.
• Poenostavljen razvoj uporabniškega vmesnika: Uporabniškim vmesnikom se ni več treba ukvarjati s kompleksno zaledno logiko ali transformacijami podatkov. BFF vse to opravi sam in zagotavlja čist in dosleden API. Razvijalci uporabniških vmesnikov se lahko osredotočijo na gradnjo uporabniških vmesnikov in funkcionalnosti, ne da bi jih skrbele zapletenosti zaledja.
• Povečana agilnost: Vsak BFF je mogoče razvijati in nameščati neodvisno, kar omogoča hitrejše iteracijske cikle in zmanjšano tveganje. Spremembe enega BFF ne vplivajo na druge uporabniške vmesnike. To je še posebej koristno v organizacijah z več ekipami za razvoj uporabniških vmesnikov, ki delajo na različnih platformah.
• Izboljšana varnost: BFF-ji lahko implementirajo varnostne politike, specifične za vsak uporabniški vmesnik. Na primer, mobilni BFF lahko uporablja drugačne mehanizme avtentikacije in avtorizacije kot spletni BFF. To omogoča bolj podroben nadzor nad dostopom do občutljivih podatkov.
• Tehnološka raznolikost: BFF-ji vam omogočajo, da izberete najboljši tehnološki sklad za zahteve določenega uporabniškega vmesnika. En BFF je lahko napisan v Node.js zaradi njegovih neblokirajočih I/O zmožnosti, medtem ko je drugi lahko napisan v Javi zaradi njene robustnosti in skalabilnosti.

Primer scenarija:

Predstavljajte si aplikacijo za e-trgovino s spletnim in mobilnim uporabniškim vmesnikom. Spletni uporabniški vmesnik prikazuje podrobne informacije o izdelkih, vključno z ocenami, mnenji in povezanimi izdelki. Mobilni uporabniški vmesnik pa se osredotoča na poenostavljeno nakupovalno izkušnjo z enostavnejšim prikazom izdelkov. BFF za spletni uporabniški vmesnik bi pridobil in formatiral vse potrebne podrobnosti o izdelku, medtem ko bi mobilni BFF pridobil samo bistvene informacije, potrebne za mobilno aplikacijo. S tem se izognemo nepotrebnemu prenosu podatkov in izboljšamo zmogljivost obeh uporabniških vmesnikov.

Kaj je vzorec API Gateway?

API Gateway deluje kot enotna vstopna točka za vse zahteve odjemalcev do zalednih storitev. Nahaja se pred mikrostoritvami in opravlja naloge, kot so usmerjanje, avtentikacija, avtorizacija, omejevanje števila zahtev in preoblikovanje zahtev.

Prednosti vzorca API Gateway:

• Centralizirana vstopna točka: Zagotavlja enotno vstopno točko za vse zahteve odjemalcev, kar poenostavlja integracijo na strani odjemalca. Odjemalcem ni treba poznati lokacije ali števila zalednih storitev.
• Usmerjanje zahtev: Usmerja zahteve k ustrezni zaledni storitvi na podlagi poti zahteve, glav ali drugih kriterijev.
• Avtentikacija in avtorizacija: Uveljavlja varnostne politike in nadzoruje dostop do zalednih storitev.
• Omejevanje števila zahtev: Preprečuje zlorabe in ščiti zaledne storitve pred preobremenitvijo z prekomernim prometom.
• Preoblikovanje zahtev: Preoblikuje zahteve in odgovore, da ustrezajo potrebam odjemalca ali zalednih storitev. To lahko vključuje pretvorbo formata podatkov, prevajanje protokolov in obogatitev podatkov.
• Spremljanje in beleženje: Zagotavlja osrednjo točko za spremljanje in beleženje prometa API, kar omogoča boljši vpogled v delovanje sistema in varnost.
• Razdruževanje: Razdružuje uporabniške vmesnike od zalednih storitev, kar omogoča, da se zaledne storitve razvijajo neodvisno, ne da bi to vplivalo na odjemalce.

Primer scenarija:

Predstavljajte si bančno aplikacijo z mikrostoritvami za upravljanje računov, obdelavo transakcij in podporo strankam. API Gateway bi obravnaval vse dohodne zahteve iz mobilnih in spletnih aplikacij. Avtenticiral bi uporabnike, avtoriziral dostop do določenih virov in usmerjal zahteve k ustrezni mikrostoritvi na podlagi zahtevane končne točke. Na primer, zahteva na `/accounts` bi bila usmerjena v mikrostoritev za upravljanje računov, medtem ko bi bila zahteva na `/transactions` usmerjena v mikrostoritev za obdelavo transakcij.

Združevanje BFF in API Gateway: Močna sinergija

Vzorca BFF in API Gateway je mogoče združiti za ustvarjanje robustne in skalabilne arhitekture API. API Gateway obravnava splošne zadeve usmerjanja, avtentikacije in omejevanja števila zahtev, medtem ko BFF-ji prilagajajo API specifičnim potrebam vsakega uporabniškega vmesnika.

Pri tem kombiniranem pristopu API Gateway deluje kot vstopna točka za vse zahteve odjemalcev in jih nato usmerja k ustreznemu BFF. BFF nato komunicira z zalednimi mikrostoritvami, da pridobi in preoblikuje podatke, potrebne za uporabniški vmesnik. Ta arhitektura zagotavlja prednosti obeh vzorcev: centralizirano vstopno točko, poenostavljen razvoj uporabniškega vmesnika in optimizirano zmogljivost.

Premisleki pri implementaciji:

• Tehnološki sklad: Izberite tehnološki sklad za svoje BFF-je in API Gateway, ki ustreza znanjem vaše ekipe in zahtevam vaše aplikacije. Priljubljene izbire vključujejo Node.js, Javo, Python in Go.
• Upravljanje API: Uporabite platformo za upravljanje API za upravljanje vašega API Gatewaya in BFF-jev. To bo zagotovilo funkcije, kot so dokumentacija API, analitika in varnost. Primeri platform za upravljanje API vključujejo Kong, Tyk, Apigee in Azure API Management.
• Varnost: Implementirajte robustne varnostne politike za zaščito vaših API-jev pred nepooblaščenim dostopom. To vključuje avtentikacijo, avtorizacijo in validacijo vnosov. Razmislite o uporabi OAuth 2.0 ali OpenID Connect za avtentikacijo in avtorizacijo.
• Spremljanje in beleženje: Pozorno spremljajte svoje API-je, da prepoznate ozka grla v delovanju in varnostne težave. Uporabite beleženje za sledenje prometa API in odpravljanje napak. Uporabna so lahko orodja, kot so Prometheus, Grafana in sklad ELK.
• Namestitev: Namestite svoje BFF-je in API Gateway na skalabilen in zanesljiv način. Razmislite o uporabi tehnologij kontejnerizacije, kot sta Docker in Kubernetes.

Primeri arhitektur

Tu je nekaj primerov arhitektur, ki združujejo vzorca BFF in API Gateway:

1. Osnovni BFF z API Gateway

V tem scenariju API Gateway skrbi za osnovno usmerjanje in avtentikacijo ter usmerja promet k specifičnim BFF-jem glede na tip odjemalca (splet, mobilni itd.). Vsak BFF nato orkestrira klice do več mikrostoritev in preoblikuje podatke za specifičen uporabniški vmesnik.

2. API Gateway kot povratni proxy

API Gateway deluje kot povratni proxy, ki usmerja zahteve k različnim zalednim storitvam, vključno z BFF-ji. BFF-ji so še vedno odgovorni za prilagajanje odgovora za vsak uporabniški vmesnik, vendar API Gateway skrbi za porazdelitev obremenitve in druge prečne skrbi.

3. Integracija s storitvenim omrežjem

V naprednejši arhitekturi se lahko API Gateway integrira s storitvenim omrežjem, kot sta Istio ali Linkerd. Storitveno omrežje skrbi za odkrivanje storitev, upravljanje prometa in varnostne politike, medtem ko se API Gateway osredotoča na zunanje upravljanje API in preoblikovanje zahtev. BFF-ji lahko nato izkoristijo storitveno omrežje za notranjo komunikacijo in varnost.

Primeri uporabe

Vzorca BFF in API Gateway sta še posebej primerna za naslednje primere uporabe:

• Arhitekture mikrostoritev: Pri gradnji aplikacij z mikrostoritvami lahko vzorca BFF in API Gateway pomagata poenostaviti komunikacijo med uporabniškimi vmesniki in zalednimi storitvami.
• Aplikacije za več platform: Pri podpori več uporabniških vmesnikov (splet, mobilni, IoT itd.) lahko vzorec BFF pomaga optimizirati uporabniško izkušnjo za vsako platformo.
• Modernizacija starejših sistemov: Pri modernizaciji starejšega sistema lahko vzorec API Gateway zagotovi plast abstrakcije, ki omogoča integracijo starejšega sistema z novimi mikrostoritvami.
• Razvoj po načelu API-first: Pri sprejetju pristopa API-first k razvoju lahko vzorec API Gateway pomaga definirati in upravljati API-je, ki jih bodo uporabljali uporabniški vmesniki.
• Varnost in skladnost: Za centralizacijo varnostnih politik in zagotavljanje skladnosti z industrijskimi predpisi.

Pogosti izzivi in rešitve

Čeprav sta vzorca BFF in API Gateway močna, njuna implementacija prinaša tudi svoje izzive:

• Povečana kompleksnost: Uvajanje novih plasti abstrakcije lahko poveča celotno kompleksnost sistema. Rešitev: Skrbno načrtovanje in oblikovanje sta ključna. Začnite s preprosto implementacijo in postopoma dodajajte kompleksnost po potrebi. Prav tako sta ključnega pomena ustrezna dokumentacija in spremljanje.
• Obremenitev z vzdrževanjem: Upravljanje več BFF-jev je lahko časovno potratno. Rešitev: Avtomatizirajte namestitev in upravljanje BFF-jev. Uporabite orodja za infrastrukturo kot kodo (IaC) in CI/CD cevovode.
• Ozka grla v delovanju: API Gateway lahko postane ozko grlo v delovanju, če ni pravilno skaliran. Rešitev: Skalirajte API Gateway horizontalno za obravnavanje povečanega prometa. Uporabite predpomnjenje za zmanjšanje obremenitve zalednih storitev. Izberite implementacijo API Gatewaya, ki je zmogljiva in skalabilna.
• Varnostna tveganja: API Gateway in BFF-ji so lahko ranljivi za varnostne napade, če niso ustrezno zaščiteni. Rešitev: Implementirajte robustne varnostne politike, vključno z avtentikacijo, avtorizacijo in validacijo vnosov. Redno preverjajte svoje API-je za varnostne ranljivosti. Bodite na tekočem z najnovejšimi varnostnimi popravki in najboljšimi praksami.
• Dodatna obremenitev in zakasnitev: Uvajanje dodatnih plasti lahko doda zakasnitev. Rešitev: Optimizirajte komunikacijo med BFF-ji in zalednimi storitvami. Uporabite učinkovite formate za serializacijo podatkov in tehnike predpomnjenja. Lokacija BFF-jev blizu uporabnikov lahko prav tako zmanjša zakasnitev.

Orodja in tehnologije

Za implementacijo vzorcev BFF in API Gateway je mogoče uporabiti več orodij in tehnologij:

• API Gatewayi: Kong, Tyk, Apigee, Azure API Management, AWS API Gateway, Mulesoft, Express Gateway, Ambassador.
• Okvirji za BFF: Node.js z Express.js ali Fastify, Java s Spring Boot, Python s Flask ali Django, Go z Gin ali Echo.
• Storitvena omrežja: Istio, Linkerd, Consul Connect.
• Platforme za upravljanje API: Te platforme zagotavljajo funkcije, kot so dokumentacija API, analitika in varnost. Primeri vključujejo Kong, Tyk, Apigee in Azure API Management.
• Orodja za spremljanje in beleženje: Prometheus, Grafana, sklad ELK (Elasticsearch, Logstash, Kibana).
• Kontejnerizacija in orkestracija: Docker, Kubernetes.

Zaključek

Vzorca Backends for Frontends (BFF) in API Gateway sta močni orodji za gradnjo sodobnih, skalabilnih in vzdržljivih arhitektur mikrostoritev. Z zagotavljanjem plasti abstrakcije med uporabniškimi vmesniki in zalednimi storitvami lahko ti vzorci poenostavijo razvoj, izboljšajo zmogljivost in povečajo varnost. Čeprav je implementacija lahko zahtevna, prednosti teh vzorcev odtehtajo stroške, zlasti v kompleksnih aplikacijah z raznolikimi uporabniškimi vmesniki. S skrbnim načrtovanjem arhitekture in izbiro pravih orodij lahko izkoristite vzorca BFF in API Gateway za ustvarjanje robustnega in prilagodljivega API-ja, ki ustreza potrebam vaših uporabnikov in vašega podjetja.

Ker se tehnologija še naprej razvija, se bosta ta vzorca nedvomno prilagajala in razvijala, kar bo še utrdilo njun pomen v sodobnem razvoju aplikacij.