Frontend API Gateway: Service Mesh in usmerjanje za sodobne spletne aplikacije

V današnji kompleksni pokrajini spletnih aplikacij je dobro definirana arhitektura ključnega pomena za razširljivost, vzdržljivost in varnost. Ena od ključnih komponent v tej arhitekturi je Frontend API Gateway (včasih imenovan Backend for Frontend ali BFF). Ta objava na blogu se poglablja v koncept Frontend API Gateway-ev in raziskuje njihovo vlogo v service mesh in različne strategije usmerjanja.

Kaj je Frontend API Gateway?

Frontend API Gateway deluje kot obratni proxy in ena sama vstopna točka za odjemalske aplikacije (npr. spletne brskalnike, mobilne aplikacije) za interakcijo z več zalednimi storitvami. Razdružuje sprednji del od kompleksnosti zaledne arhitekture, poenostavlja razvoj in izboljšuje uporabniško izkušnjo.

Namesto, da bi sprednja aplikacija neposredno klicala več zalednih storitev, pošlje eno samo zahtevo API Gateway-u. Gateway nato usmeri zahtevo do ustreznih zalednih storitev, po potrebi združi odgovore in vrne enoten odgovor odjemalcu.

Ključne odgovornosti Frontend API Gateway-a:

• Usmerjanje zahtev: Usmerjanje dohodnih zahtev do ustreznih zalednih storitev na podlagi vnaprej določenih pravil.
• Transformacija zahtev: Spreminjanje oblike zapisa zahteve, da je združljiva z zaledno storitvijo.
• Agregacija odgovorov: Združevanje odgovorov iz več zalednih storitev v en sam odgovor za odjemalca.
• Avtentikacija in avtorizacija: Preverjanje identitete uporabnika in zagotavljanje, da imajo potrebna dovoljenja za dostop do zahtevanih virov.
• Omejevanje hitrosti in dušenje: Zaščita zalednih storitev pred preobremenitvijo z omejevanjem števila zahtev iz enega samega odjemalca ali naslova IP.
• Predpomnjenje: Shranjevanje pogosto dostopanih podatkov za zmanjšanje zakasnitve in izboljšanje zmogljivosti.
• Opazovanje: Zagotavljanje metrik, dnevnikov in sledi za spremljanje zdravja in zmogljivosti sistema.
• Prevod protokola: Prevajanje med različnimi protokoli (npr. HTTP/1.1 v HTTP/2, REST v gRPC).
• Varnost: Izvajanje varnostnih pravilnikov, kot so CORS, SSL terminacija in validacija vnosa.

Vloga Service Mesh

Service mesh je infrastrukturna plast, ki upravlja komunikacijo med storitvami znotraj mikroservisne arhitekture. Zagotavlja funkcije, kot so upravljanje prometa, opazovanje in varnost, ne da bi zahteval spremembe kode aplikacije.

Medtem ko Frontend API Gateway obravnava komunikacijo med odjemalsko aplikacijo in zaledjem, se service mesh osredotoča na notranjo komunikacijo *med* mikroservisi. Delujeta skupaj, da zagotovita celovito rešitev za upravljanje prometa in zagotavljanje zanesljivosti celotnega sistema.

Kako Service Mesh dopolnjuje Frontend API Gateway:

• Izboljšana opaznost: Service mesh zagotavlja podrobne metrike in podatke o sledenju za vso komunikacijo med storitvami, kar vam omogoča lažje prepoznavanje ozkih grl zmogljivosti in odpravljanje težav. Frontend API Gateway ponuja vpogled v zmogljivost na strani odjemalca in vzorce zahtev.
• Izboljšana varnost: Service mesh lahko uveljavlja varnostne pravilnike, kot sta vzajemni TLS in nadzor dostopa na ravni storitve, kar dodatno izboljšuje celotno varnost sistema. Frontend API Gateway obravnava avtentikacijo in avtorizacijo na robu.
• Napredno upravljanje prometa: Service mesh vam omogoča implementacijo naprednih tehnik upravljanja prometa, kot so uvajanja kanarčkov, modro-zelena uvajanja in A/B testiranje. Frontend API Gateway lahko usmerja promet do različnih različic aplikacije na podlagi uporabniških atributov ali geografske lokacije.
• Odpornost: Service mesh zagotavlja funkcije, kot so ponovni poskusi, prekinjevalniki tokokroga in uravnoteženje obremenitve za izboljšanje odpornosti sistema. Frontend API Gateway lahko implementira mehanizme za nadomestitev za obravnavo napak v zalednih storitvah.

Priljubljene tehnologije service mesh vključujejo Istio, Linkerd in Consul Connect.

Strategije usmerjanja za Frontend API Gateway-e

Izbira prave strategije usmerjanja je ključnega pomena za optimizacijo zmogljivosti, varnosti in vzdržljivosti. Tukaj je nekaj pogostih strategij usmerjanja, ki se uporabljajo v Frontend API Gateway-ih:

1. Usmerjanje na podlagi poti

To je najpreprostejša strategija usmerjanja, kjer se zahteve usmerjajo na podlagi URL poti. Na primer:

• /users -> Uporabniška storitev
• /products -> Produktna storitev
• /orders -> Storitvena storitev

Usmerjanje na podlagi poti je enostavno implementirati in razumeti, vendar lahko postane kompleksno, če struktura URL ni dobro definirana ali če obstajajo prekrivajoče se poti.

2. Usmerjanje na podlagi glave

Ta strategija usmerja zahteve na podlagi vrednosti HTTP glav. To je lahko koristno za usmerjanje zahtev na podlagi vrste uporabnikove naprave, jezika ali stanja preverjanja pristnosti. Na primer, lahko uporabite glavo `Accept-Language` za usmerjanje zahtev do lokalizirane različice aplikacije.

Primer:

Če je prisotna glava zahteve `X-Region: EU`, se zahteva usmeri v evropski podatkovni center. Če je prisotna `X-Region: US`, se usmeri v ameriški podatkovni center. To omogoča skladnost s suverenostjo podatkov.

3. Usmerjanje na podlagi parametrov poizvedbe

Ta strategija usmerja zahteve na podlagi vrednosti parametrov poizvedbe v URL-ju. To je lahko koristno za usmerjanje zahtev na podlagi določenih funkcij ali eksperimentalnih različic aplikacije.

Primer:

To bi lahko uporabila igralna platforma. URL `https://example.com/game?version=beta` bi lahko uporabnika preusmeril na beta testni strežnik za igro, medtem ko bi `https://example.com/game?version=stable` vodil v produkcijsko okolje.

4. Usmerjanje na podlagi metode

Ta strategija usmerja zahteve na podlagi metode HTTP (npr. GET, POST, PUT, DELETE). To se pogosto uporablja v RESTful API-jih za preslikavo različnih metod na različne zaledne storitve ali operacije.

5. Usmerjanje na podlagi vsebine

Ta strategija usmerja zahteve na podlagi vsebine telesa zahteve. To je lahko koristno za usmerjanje zahtev na podlagi oblike zapisa podatkov (npr. JSON, XML) ali vrste zahteve (npr. ustvarjanje uporabnika, posodabljanje izdelka). To običajno vključuje bolj kompleksno razčlenjevanje in lahko povzroči zakasnitev.

Primer:

Platforma za e-poslovanje lahko usmerja zahteve, ki vsebujejo koristno obremenitev nakupovalne košarice, v storitev 'Blagajna', medtem ko usmerja zahteve, ki vsebujejo podrobnosti o izdelku, v storitev 'Informacije o izdelku'.

6. Utežno usmerjanje

Utežno usmerjanje se uporablja za porazdelitev prometa med več zalednimi storitvami na podlagi vnaprej določenih uteži. To se pogosto uporablja za uvajanja kanarčkov ali A/B testiranje, kjer želite postopoma uvesti novo različico aplikacije majhnemu odstotku uporabnikov.

Primer:

Morda boste 90 % prometa usmerili v obstoječo različico aplikacije in 10 % v novo različico. Medtem ko spremljate zmogljivost nove različice, lahko postopoma povečujete utež, dokler ne obravnava celotnega prometa.

7. Geografsko usmerjanje (Geo-Routing)

Ta pristop uporablja geografsko lokacijo odjemalca (pridobljeno iz naslova IP ali drugih sredstev) za usmerjanje zahtev do najbližjega ali najprimernejšega primerka zaledne storitve. To zmanjšuje zakasnitev in izboljšuje zmogljivost za uporabnike v različnih regijah. To je ključnega pomena za globalno porazdeljene aplikacije.

Primer:

Storitev za pretočno predvajanje lahko uporabnike v Evropi usmerja na strežnike, ki se nahajajo v Evropi, uporabnike v Severni Ameriki pa na strežnike v Severni Ameriki.

8. Uporabniško usmerjanje

Odločitve o usmerjanju temeljijo na preverjenem uporabniku. Različne skupine uporabnikov imajo lahko dostop do različnih funkcij ali različic aplikacije. To omogoča prilagojene izkušnje in nadzorovane uvedbe funkcij.

Primer:

Plačljivi naročniki premium bi lahko bili usmerjeni na strežnike z nižjo zakasnitvijo, medtem ko so brezplačni uporabniki usmerjeni na standardno infrastrukturo.

Prednosti uporabe Frontend API Gateway-a

Implementacija Frontend API Gateway-a ponuja več pomembnih prednosti:

• Izboljšana zmogljivost: Z združevanjem zahtev in predpomnjenjem podatkov lahko API Gateway zmanjša število zahtev do zalednih storitev, izboljša splošno zmogljivost in zmanjša zakasnitev.
• Poenostavljen razvoj sprednjega dela: API Gateway razdružuje sprednji del od zaledja, kar razvijalcem sprednjega dela omogoča, da se osredotočijo na izgradnjo uporabniškega vmesnika, ne da bi jih skrbele kompleksnosti zaledne arhitekture.
• Izboljšana varnost: API Gateway lahko uveljavlja varnostne pravilnike, kot so avtentikacija, avtorizacija in omejevanje hitrosti, kar ščiti zaledne storitve pred zlonamernimi napadi.
• Povečana razširljivost: API Gateway lahko porazdeli promet med več zalednimi storitvami, kar omogoča lažjo razširitev sistema za obravnavo povečane obremenitve.
• Centralizirano upravljanje API-jev: API Gateway zagotavlja osrednjo točko za upravljanje in spremljanje API-jev, kar olajša sledenje uporabi, prepoznavanje težav in uveljavljanje pravilnikov.
• Tehnološko agnostičen sprednji del: Ekipa za sprednji del postane veliko bolj prilagodljiva pri izbiri novih tehnologij za izgradnjo uporabniških vmesnikov, ker jim ni treba skrbeti za zaledje.

Izbira prave tehnologije

Za implementacijo Frontend API Gateway-a je mogoče uporabiti več tehnologij, vsaka s svojimi prednostmi in slabostmi. Nekatere priljubljene možnosti vključujejo:

• NGINX: Visoko zmogljiv spletni strežnik in obratni proxy, ki ga je mogoče konfigurirati kot API Gateway.
• HAProxy: Še en priljubljen odprtokodni uravnoteževalnik obremenitve in obratni proxy.
• Kong: Odprtokodni API Gateway, zgrajen na vrhu NGINX.
• Tyk: Odprtokodni API Gateway z vgrajenimi funkcijami za upravljanje API-jev.
• Platforme za upravljanje API-jev (npr. Apigee, Mulesoft): Komercialne platforme, ki zagotavljajo celovit nabor funkcij za upravljanje in varovanje API-jev. Te običajno vključujejo analitiko API-jev, portale za razvijalce in možnosti monetizacije.
• Rešitve ponudnikov oblaka (npr. AWS API Gateway, Azure API Management, Google Cloud API Gateway): Storitve API Gateway v oblaku, ki jih ponujajo glavni ponudniki oblaka. Te storitve so tesno integrirane z ekosistemom ponudnika oblaka in ponujajo razširljivost, varnost in enostavnost uporabe.
• GraphQL Gateways (npr. Apollo Gateway, StepZen): Specializirana vrata, zasnovana za GraphQL API-je, ki ponujajo funkcije, kot sta sestava sheme in federacija.

Pri izbiri tehnologije upoštevajte dejavnike, kot so zmogljivost, razširljivost, varnost, enostavnost uporabe in stroški. Upoštevajte tudi svojo obstoječo infrastrukturo in strokovno znanje. Če že uporabljate NGINX za druge namene, bi bila morda dobra izbira, da ga uporabite tudi kot API Gateway. Če potrebujete naprednejše funkcije za upravljanje API-jev, je morda boljša izbira komercialna platforma za upravljanje API-jev.

Premisleki pri implementaciji

Implementacija Frontend API Gateway-a zahteva skrbno načrtovanje in izvedbo. Tukaj je nekaj pomembnih premislekov:

• Zasnova API-ja: Zasnovajte svoje API-je z mislijo na sprednji del. Upoštevajte potrebe odjemalskih aplikacij in zasnovajte API-je, ki so enostavni za uporabo in učinkoviti.
• Avtentikacija in avtorizacija: Implementirajte robustne mehanizme za avtentikacijo in avtorizacijo, da zaščitite svoje zaledne storitve pred nepooblaščenim dostopom. Razmislite o uporabi industrijsko standardnih protokolov, kot sta OAuth 2.0 in OpenID Connect.
• Obravnava napak: Implementirajte ustrezno obravnavo napak, da zagotovite informativna sporočila o napakah odjemalskim aplikacijam. Uporabite dosledne kode napak in sporočila, da razvijalcem olajšate odpravljanje težav.
• Spremljanje in beleženje: Implementirajte celovito spremljanje in beleženje, da spremljate zdravje in zmogljivost API Gateway-a in zalednih storitev. Uporabite orodja, kot so Prometheus, Grafana in ELK stack, za zbiranje in analizo metrik in dnevnikov.
• Omejevanje hitrosti in dušenje: Implementirajte omejevanje hitrosti in dušenje, da zaščitite svoje zaledne storitve pred preobremenitvijo. Določite ustrezne omejitve na podlagi zmogljivosti vaših zalednih storitev in pričakovanih vzorcev prometa.
• Predpomnjenje: Implementirajte predpomnjenje za zmanjšanje zakasnitve in izboljšanje zmogljivosti. Uporabite strategijo predpomnjenja, ki je primerna za vašo aplikacijo, na primer predpomnjenje na podlagi vsebine ali predpomnjenje na podlagi časa.
• Testiranje: Temeljito preizkusite API Gateway in zaledne storitve, da zagotovite, da delujejo pravilno. Uporabite orodja za avtomatizirano testiranje za izvajanje enotskih testov, integracijskih testov in testov od konca do konca.
• Dokumentacija: Ustvarite jasno in celovito dokumentacijo za svoje API-je. Uporabite orodja, kot je Swagger/OpenAPI, za samodejno ustvarjanje dokumentacije API-ja. Dokumentacija mora jasno razložiti končne točke API-ja, parametre zahteve, oblike zapisa odgovora in kode napak.
• Krepitev varnosti: Redno pregledujte in posodabljajte varnostno konfiguracijo API Gateway-a in zalednih storitev. Takoj uporabite varnostne popravke in upoštevajte najboljše varnostne prakse.

Primeri iz resničnega sveta

• Platforma za e-poslovanje: Velika platforma za e-poslovanje uporablja Frontend API Gateway za združevanje podatkov iz različnih zalednih storitev, kot so katalog izdelkov, upravljanje naročil in obdelava plačil. Gateway obravnava tudi avtentikacijo in avtorizacijo, kar zagotavlja varen dostop do podatkov o strankah.
• Storitev za pretočno predvajanje medijev: Storitev za pretočno predvajanje medijev uporablja Frontend API Gateway za usmerjanje zahtev do različnih omrežij za dostavo vsebine (CDN) na podlagi lokacije uporabnika. Gateway obravnava tudi transkodiranje in optimizacijo vsebine, kar zagotavlja nemoteno izkušnjo pretakanja za uporabnike na različnih napravah.
• Finančna institucija: Finančna institucija uporablja Frontend API Gateway za izpostavitev API-jev mobilnim bančnim aplikacijam. Gateway obravnava avtentikacijo, avtorizacijo in šifriranje podatkov, kar zagotavlja varnost občutljivih finančnih podatkov.
• Globalno družbeno omrežje: Globalno družbeno omrežje uporablja geo-routing s svojim Frontend API Gateway za usmerjanje uporabnikov v podatkovni center, ki jim je najbližji, kar zmanjšuje zakasnitev in izboljšuje uporabniško izkušnjo, zlasti pri nalaganju slik in videoposnetkov.

Prihodnji trendi

• Brezstrežni API Gateway-i: Vzpon brezstrežni računalništva vodi do razvoja brezstrežnih API Gateway-ev, ki lahko samodejno razširijo in upravljajo promet API-ja, ne da bi zahtevali kakršno koli upravljanje infrastrukture. Primeri vključujejo funkcije AWS Lambda, integrirane z API Gateway.
• GraphQL Federation: GraphQL federation vam omogoča, da združite več GraphQL API-jev v en sam poenoten API. To lahko poenostavi razvoj sprednjega dela in izboljša zmogljivost z zmanjšanjem števila zahtev do zalednih storitev. Rešitve, kot je Apollo Federation, postajajo vse bolj priljubljene.
• API Gateway-i s pogonom na AI: Umetna inteligenca (AI) se uporablja za izboljšanje funkcionalnosti API Gateway-a, kot so zaznavanje anomalij, zaznavanje groženj in optimizacija zmogljivosti. API Gateway-i s pogonom na AI lahko samodejno prepoznajo in ublažijo varnostne grožnje ter optimizirajo zmogljivost API-ja na podlagi prometnih vzorcev v realnem času.
• WebAssembly (Wasm) v Gateway-ih: WebAssembly vam omogoča izvajanje visoko zmogljive kode na robu, kar omogoča napredne funkcije, kot so transformacija zahtev po meri in varnostni pravilniki, ki jih je mogoče implementirati neposredno v API Gateway brez znatnih stroškov zmogljivosti.

Zaključek

Frontend API Gateway je ključna komponenta sodobne arhitekture spletnih aplikacij, ki zagotavlja eno samo vstopno točko za odjemalske aplikacije za interakcijo z zalednimi storitvami. Z implementacijo ustreznih strategij usmerjanja, varnostnih pravilnikov in mehanizmov predpomnjenja lahko znatno izboljšate zmogljivost, razširljivost in varnost svojih aplikacij. Integracija Frontend API Gateway-a s service mesh dodatno izboljša opaznost in odpornost.

S skrbnim premislekom o svojih specifičnih potrebah in izbiro prave tehnologije lahko zgradite robusten in razširljiv Frontend API Gateway, ki poenostavlja razvoj, izboljšuje uporabniško izkušnjo in ščiti vaše zaledne storitve.