Дизайн API для фронтенду: патерни REST, GraphQL та RPC

У сучасній веб-розробці фронтенд є надзвичайно важливим інтерфейсом між користувачами та бекенд-сервісами. Вибір правильного патерну дизайну API є ключовим для створення ефективних, масштабованих та легких у підтримці застосунків. Ця стаття надає всебічне порівняння трьох популярних патернів дизайну API: REST, GraphQL та RPC (Remote Procedure Call), висвітлюючи їхні сильні та слабкі сторони, а також доцільні випадки використання.

Розуміння патернів дизайну API

Патерн дизайну API (Application Programming Interface) пропонує структурований підхід до проєктування комунікації між різними програмними системами. Він визначає, як створюються запити, структуруютьcя дані та обробляються відповіді. Вибір патерну суттєво впливає на продуктивність, гнучкість та легкість у підтримці як фронтенду, так і бекенду.

1. REST (Representational State Transfer)

Що таке REST?

REST — це архітектурний стиль, що базується на протоколі комунікації клієнт-сервер без стану (stateless), зазвичай HTTP. Ресурси ідентифікуються за допомогою URI (Uniform Resource Identifiers) і маніпулюються за допомогою стандартних методів HTTP, таких як GET, POST, PUT, PATCH та DELETE.

Ключові принципи REST

• Без стану (Stateless): Кожен запит від клієнта до сервера повинен містити всю інформацію, необхідну для його розуміння. Сервер не зберігає жодного контексту клієнта між запитами.
• Клієнт-сервер (Client-Server): Чітке розділення відповідальності між клієнтом (фронтенд) та сервером (бекенд).
• Кешованість (Cacheable): Відповіді повинні кешуватися для підвищення продуктивності та зменшення навантаження на сервер.
• Багаторівнева система (Layered System): Клієнт не повинен знати, чи він підключений безпосередньо до кінцевого сервера, чи до проміжного вузла.
• Єдиний інтерфейс (Uniform Interface): Це найважливіший принцип, який включає:
• Ідентифікація ресурсів: Ресурси ідентифікуються за допомогою URI.
• Маніпуляція ресурсами через представлення: Клієнти маніпулюють ресурсами, обмінюючись їхніми представленнями (наприклад, JSON, XML).
• Самовідтворювальні повідомлення: Повідомлення містять достатньо інформації для їхнього розуміння.
• Гіпермедіа як рушій стану застосунку (HATEOAS): Клієнти навігують API, слідуючи за посиланнями, наданими у відповідях.

Переваги REST

• Простота та звичність: REST широко поширений і добре зрозумілий розробникам. Його залежність від HTTP робить його простим у використанні.
• Масштабованість: Безстанова природа REST дозволяє легко масштабувати систему шляхом додавання нових серверів.
• Кешованість: RESTful API можуть використовувати механізми кешування HTTP для підвищення продуктивності.
• Гнучкість: REST адаптується до різних форматів даних (наприклад, JSON, XML) і може використовуватися з різними мовами програмування.
• HATEOAS: Хоча цей принцип часто ігнорують, HATEOAS може значно покращити виявлення можливостей API та зменшити зв'язаність між клієнтом і сервером.

Недоліки REST

• Надмірне отримання даних (Over-Fetching): Ендпоїнти REST часто повертають більше даних, ніж клієнту насправді потрібно, що призводить до марнування пропускної здатності та обчислювальних ресурсів. Наприклад, запит на дані користувача може повернути адресу або вподобання, які не потрібні для простого відображення профілю.
• Недостатнє отримання даних (Under-Fetching): Клієнтам може знадобитися робити кілька запитів до різних ендпоїнтів, щоб зібрати всі необхідні дані. Це може призвести до збільшення затримки та складності.
• Проблеми з версіонуванням: Версіонування API може бути складним, часто вимагаючи змін у URI або заголовках.

Приклад REST

Розглянемо REST API для керування бібліотекою. Ось декілька прикладів ендпоїнтів:

• GET /books: Отримати список усіх книг.
• GET /books/{id}: Отримати конкретну книгу за її ID.
• POST /books: Створити нову книгу.
• PUT /books/{id}: Оновити існуючу книгу.
• DELETE /books/{id}: Видалити книгу.

Міжнародний приклад: Глобальна платформа електронної комерції використовує REST API для керування каталогами товарів, обліковими записами користувачів та обробкою замовлень у різних регіонах та мовах. Кожен товар може мати різні описи залежно від місцезнаходження.

2. GraphQL

Що таке GraphQL?

GraphQL — це мова запитів для вашого API та середовище виконання на стороні сервера для обробки цих запитів. Розроблена Facebook, вона дозволяє клієнтам запитувати саме ті дані, які їм потрібні, і нічого більше, вирішуючи проблему надмірного отримання даних, притаманну REST.

Ключові особливості GraphQL

• Визначення схеми: API на GraphQL визначаються схемою, яка описує доступні дані та способи доступу до них.
• Мова запитів: Клієнти використовують декларативну мову запитів для визначення точних даних, які їм потрібні.
• Система типів: GraphQL використовує строгу систему типів для валідації запитів та забезпечення узгодженості даних.
• Інтроспекція: Клієнти можуть запитувати саму схему для виявлення доступних даних та типів.

Переваги GraphQL

• Зменшення надмірного та недостатнього отримання даних: Клієнти запитують лише ті дані, які їм потрібні, мінімізуючи використання пропускної здатності та покращуючи продуктивність.
• Строго типізована схема: Схема виступає контрактом між клієнтом і сервером, забезпечуючи узгодженість даних та зменшуючи кількість помилок.
• Еволюція API: GraphQL дозволяє вносити зміни в API без порушення зворотної сумісності шляхом додавання нових полів до схеми.
• Досвід розробника: Інструменти, такі як GraphiQL, надають інтерактивне середовище для дослідження та тестування GraphQL API.
• Єдиний ендпоїнт: Зазвичай GraphQL API надає єдиний ендпоїнт (наприклад, /graphql), що спрощує конфігурацію клієнта.

Недоліки GraphQL

• Складність: Налаштування та управління сервером GraphQL може бути складнішим, ніж у випадку з REST API.
• Проблеми з продуктивністю: Складні запити можуть призвести до проблем з продуктивністю, якщо вони не оптимізовані належним чином.
• Кешування: Кешування HTTP менш ефективне з GraphQL, оскільки всі запити надходять до одного ендпоїнту. Це вимагає більш складних рішень для кешування.
• Крива навчання: Розробникам потрібно вивчити нову мову запитів та зрозуміти схему GraphQL.

Приклад GraphQL

Розглянемо GraphQL API для соціальної мережі. Клієнт може запросити лише ім'я та фотографію профілю користувача:

query {
  user(id: "123") {
    name
    profilePicture
  }
}

Сервер поверне лише запитані дані:

{
  "data": {
    "user": {
      "name": "John Doe",
      "profilePicture": "https://example.com/john.jpg"
    }
  }
}

Міжнародний приклад: Міжнародна новинна організація використовує GraphQL для агрегації контенту з різних джерел та представлення його в персоналізованому вигляді користувачам у різних регіонах. Користувачі можуть обирати статті з певних країн або певними мовами.

3. RPC (Remote Procedure Call)

Що таке RPC?

RPC — це протокол, який дозволяє програмі на одному комп'ютері виконувати процедуру (або функцію) на іншому комп'ютері так, ніби ця процедура є локальною. Він фокусується на діях, а не на ресурсах, на відміну від REST.

Ключові характеристики RPC

• Орієнтація на процедури: RPC визначає операції в термінах процедур або функцій.
• Сильна зв'язаність (Tight Coupling): RPC часто передбачає сильнішу зв'язаність між клієнтом та сервером у порівнянні з REST або GraphQL.
• Бінарні протоколи: Реалізації RPC часто використовують бінарні протоколи, такі як gRPC, для ефективної комунікації.
• Генерація коду: Фреймворки RPC часто використовують генерацію коду для створення клієнтських та серверних "заглушок" (stubs) на основі опису сервісу.

Переваги RPC

• Продуктивність: RPC може запропонувати значні переваги у продуктивності завдяки використанню бінарних протоколів та оптимізованій комунікації.
• Ефективність: Протоколи RPC, такі як gRPC, розроблені для високопродуктивної комунікації з низькою затримкою.
• Генерація коду: Генерація коду спрощує розробку та зменшує ризик помилок.
• На основі контракту: RPC базується на чітко визначених контрактах сервісів, що забезпечує узгодженість між клієнтом та сервером.

Недоліки RPC

• Сильна зв'язаність: Зміни у визначенні сервісу можуть вимагати оновлень як на клієнті, так і на сервері.
• Обмежена сумісність: RPC може бути менш сумісним, ніж REST, особливо при використанні бінарних протоколів.
• Складніша крива навчання: Фреймворки RPC, такі як gRPC, можуть мати складнішу криву навчання, ніж REST.
• Складність налагодження: Налагодження викликів RPC через мережу може бути складнішим.

Приклад RPC

Розглянемо RPC-сервіс для розрахунку вартості доставки. Клієнт викликає віддалену процедуру з назвою CalculateShippingCost з такими параметрами, як адреса призначення та вага пакунка:

// Client-side code (example using gRPC)

stub.calculateShippingCost(ShippingRequest.newBuilder()
    .setDestinationAddress("123 Main St, Anytown, USA")
    .setPackageWeight(5.0)
    .build());

Сервер виконає процедуру і поверне вартість доставки:

// Server-side code (example using gRPC)

@Override
public void calculateShippingCost(ShippingRequest request, StreamObserver responseObserver) {
  double shippingCost = calculateCost(request.getDestinationAddress(), request.getPackageWeight());
  ShippingResponse response = ShippingResponse.newBuilder().setCost(shippingCost).build();
  responseObserver.onNext(response);
  responseObserver.onCompleted();
}

Міжнародний приклад: Глобальна логістична компанія використовує gRPC для внутрішньої комунікації між своїми мікросервісами, обробляючи великі обсяги транзакцій та відстежуючи відправлення в реальному часі в різних країнах. Це забезпечує низьку затримку та високу ефективність обробки логістичних даних у всьому світі.

Порівняльна таблиця

Ось таблиця, що підсумовує ключові відмінності між REST, GraphQL та RPC:

Характеристика	REST	GraphQL	RPC
Стиль комунікації	Орієнтований на ресурси	Орієнтований на запити	Орієнтований на процедури
Отримання даних	Надмірне/недостатнє отримання	Точне отримання даних	Визначається процедурою
Схема	Слабко визначена	Строго типізована	Чіткий контракт
Зв'язаність	Слабка	Слабка	Сильна
Продуктивність	Добра (з кешуванням)	Потенційно краща (з оптимізацією)	Відмінна
Складність	Низька	Середня	Середня до високої
Сумісність	Висока	Висока	Нижча (особливо з бінарними протоколами)
Сценарії використання	CRUD-операції, прості API	Складні вимоги до даних, мобільні застосунки	Комунікація мікросервісів, високопродуктивні системи

Вибір правильного патерну дизайну API

Вибір патерну дизайну API залежить від конкретних вимог вашого застосунку. Враховуйте наступні фактори:

• Складність вимог до даних: Для застосунків зі складними вимогами до даних GraphQL може бути хорошим вибором.
• Вимоги до продуктивності: Для високопродуктивних систем RPC може бути більш доцільним.
• Вимоги до масштабованості: REST добре підходить для масштабованих застосунків.
• Обізнаність команди: Враховуйте досвід команди з кожним із патернів.
• Вимоги до сумісності: REST є найбільш сумісним патерном.

Приклади сценаріїв:

• Вебсайт електронної комерції: REST API можна використовувати для керування товарами, замовленнями та обліковими записами користувачів. GraphQL може використовуватися для пошуку та фільтрації товарів, дозволяючи користувачам вказувати точні атрибути, які вони хочуть бачити.
• Мобільний банківський застосунок: GraphQL можна використовувати для отримання інформації про рахунки користувачів та історію транзакцій, мінімізуючи передачу даних та покращуючи продуктивність на мобільних пристроях.
• Мікросервісна архітектура: RPC (наприклад, gRPC) може використовуватися для ефективної комунікації між мікросервісами.
• Система управління контентом (CMS): REST API для простих операцій, GraphQL для складних зв'язків між елементами контенту.
• Платформа IoT (Інтернет речей): RPC для комунікації з пристроями з низькою затримкою, REST для аналітики даних та звітності.

Найкращі практики для інтеграції API на фронтенді

Незалежно від обраного патерну дизайну API, дотримуйтесь цих найкращих практик для безшовної інтеграції на фронтенді:

• Використовуйте послідовний API-клієнт: Оберіть надійну бібліотеку для HTTP-клієнта (наприклад, Axios, Fetch API) і використовуйте її послідовно у всьому застосунку.
• Обробляйте помилки коректно: Реалізуйте надійну обробку помилок, щоб перехоплювати та відображати помилки API користувачеві.
• Реалізуйте стани завантаження: Надавайте візуальний зворотний зв'язок користувачеві, поки дані завантажуються з API.
• Оптимізуйте отримання даних: Використовуйте техніки, такі як мемоізація та кешування, щоб зменшити кількість непотрібних викликів API.
• Захищайте свої ключі API: Захищайте ключі API від несанкціонованого доступу.
• Моніторте продуктивність API: Використовуйте інструменти моніторингу для відстеження продуктивності API та виявлення потенційних проблем.
• Впроваджуйте обмеження запитів (Rate Limiting): Запобігайте зловживанням, обмежуючи кількість запитів від одного клієнта.
• Документуйте використання API: Чітко документуйте, як фронтенд взаємодіє з API.

Висновок

Вибір правильного патерну дизайну API — це ключове рішення, яке може суттєво вплинути на успіх вашого фронтенд-застосунку. REST, GraphQL та RPC пропонують унікальні переваги та недоліки. Ретельно враховуючи вимоги вашого застосунку та фактори, обговорені в цій статті, ви зможете обрати патерн, який найкраще відповідає вашим потребам, і створити надійний, ефективний та легкий у підтримці фронтенд.

Пам'ятайте, що при проєктуванні API для фронтенду пріоритетом є простота, масштабованість та легкість у підтримці. Оскільки технології розвиваються, важливо бути в курсі останніх тенденцій та найкращих практик у дизайні API для створення успішних веб-застосунків у глобальному контексті.