Frontend API Gateway: сервісна сітка та маршрутизація для сучасних вебзастосунків

У сучасному складному середовищі вебзастосунків добре продумана архітектура має вирішальне значення для масштабованості, зручності обслуговування та безпеки. Одним із ключових компонентів цієї архітектури є Frontend API Gateway (іноді його називають Backend for Frontend або BFF). У цій статті ми детально розглянемо концепцію Frontend API Gateway, його роль у сервісній сітці та різні стратегії маршрутизації.

Що таке Frontend API Gateway?

Frontend API Gateway діє як зворотний проксі та єдина точка входу для клієнтських застосунків (наприклад, веббраузерів, мобільних додатків) для взаємодії з кількома бекенд-сервісами. Він відокремлює фронтенд від складнощів бекенд-архітектури, спрощуючи розробку та покращуючи користувацький досвід.

Замість того, щоб фронтенд-застосунок безпосередньо викликав кілька бекенд-сервісів, він робить єдиний запит до API Gateway. Потім шлюз маршрутизує запит до відповідного бекенд-сервісу(-ів), за потреби агрегує відповіді та повертає уніфіковану відповідь клієнту.

Ключові обов'язки Frontend API Gateway:

• Маршрутизація запитів: Спрямування вхідних запитів до відповідних бекенд-сервісів на основі попередньо визначених правил.
• Трансформація запитів: Зміна формату запиту для сумісності з бекенд-сервісом.
• Агрегація відповідей: Об'єднання відповідей від кількох бекенд-сервісів в одну відповідь для клієнта.
• Автентифікація та авторизація: Перевірка особистості користувача та гарантія того, що він має необхідні дозволи для доступу до запитуваних ресурсів.
• Обмеження швидкості та регулювання (Throttling): Захист бекенд-сервісів від перевантаження шляхом обмеження кількості запитів від одного клієнта або IP-адреси.
• Кешування: Зберігання даних, до яких часто звертаються, для зменшення затримки та підвищення продуктивності.
• Спостережуваність (Observability): Надання метрик, логів і трасувань для моніторингу стану та продуктивності системи.
• Трансляція протоколів: Перетворення між різними протоколами (наприклад, HTTP/1.1 в HTTP/2, REST в gRPC).
• Безпека: Впровадження політик безпеки, таких як CORS, термінація SSL та валідація вхідних даних.

Роль сервісної сітки (Service Mesh)

Сервісна сітка — це інфраструктурний шар, який керує комунікацією між сервісами в рамках мікросервісної архітектури. Вона надає такі функції, як управління трафіком, спостережуваність та безпека, не вимагаючи змін у коді застосунку.

У той час як Frontend API Gateway обробляє комунікацію між клієнтським застосунком і бекендом, сервісна сітка зосереджується на внутрішній комунікації *між* мікросервісами. Вони працюють разом, щоб забезпечити комплексне рішення для управління трафіком і гарантувати надійність всієї системи.

Як сервісна сітка доповнює Frontend API Gateway:

• Покращена спостережуваність: Сервісна сітка надає детальні метрики та дані трасування для всієї комунікації між сервісами, що дозволяє легше виявляти вузькі місця в продуктивності та усувати проблеми. Frontend API Gateway пропонує уявлення про продуктивність на стороні клієнта та патерни запитів.
• Поліпшена безпека: Сервісна сітка може застосовувати політики безпеки, такі як взаємний TLS (mTLS) та контроль доступу на рівні сервісів, що ще більше підвищує загальну безпеку системи. Frontend API Gateway обробляє автентифікацію та авторизацію на межі (edge).
• Розширене управління трафіком: Сервісна сітка дозволяє реалізовувати передові методи управління трафіком, такі як канаркові розгортання, синьо-зелені розгортання та A/B-тестування. Frontend API Gateway може маршрутизувати трафік до різних версій застосунку на основі атрибутів користувача або географічного розташування.
• Стійкість до відмов: Сервісна сітка надає такі функції, як повторні спроби, автоматичні вимикачі (circuit breakers) та балансування навантаження для підвищення стійкості системи. Frontend API Gateway може реалізовувати механізми відкату для обробки збоїв у бекенд-сервісах.

Популярні технології сервісних сіток включають Istio, Linkerd та Consul Connect.

Стратегії маршрутизації для Frontend API Gateway

Вибір правильної стратегії маршрутизації має вирішальне значення для оптимізації продуктивності, безпеки та зручності обслуговування. Ось деякі поширені стратегії маршрутизації, що використовуються в Frontend API Gateways:

1. Маршрутизація на основі шляху (Path-Based)

Це найпростіша стратегія маршрутизації, де запити спрямовуються на основі URL-шляху. Наприклад:

• /users -> Сервіс користувачів
• /products -> Сервіс продуктів
• /orders -> Сервіс замовлень

Маршрутизація на основі шляху проста в реалізації та розумінні, але може стати складною, якщо структура URL не є чітко визначеною або якщо шляхи перетинаються.

2. Маршрутизація на основі заголовків (Header-Based)

Ця стратегія маршрутизує запити на основі значень HTTP-заголовків. Це може бути корисно для маршрутизації запитів залежно від типу пристрою користувача, мови або статусу автентифікації. Наприклад, ви можете використовувати заголовок `Accept-Language` для спрямування запитів до локалізованої версії застосунку.

Приклад:

Якщо в запиті є заголовок `X-Region: EU`, запит спрямовується до європейського дата-центру. Якщо `X-Region: US`, його маршрутизують до дата-центру в США. Це дозволяє дотримуватися вимог щодо суверенітету даних.

3. Маршрутизація на основі параметрів запиту (Query Parameter-Based)

Ця стратегія маршрутизує запити на основі значень параметрів запиту в URL. Це може бути корисно для маршрутизації запитів на основі певних функцій або експериментальних версій застосунку.

Приклад:

Це може використовувати ігрова платформа. URL `https://example.com/game?version=beta` може спрямувати користувача на сервер бета-тестування гри, тоді як `https://example.com/game?version=stable` приведе до виробничого середовища.

4. Маршрутизація на основі методу (Method-Based)

Ця стратегія маршрутизує запити на основі HTTP-методу (наприклад, GET, POST, PUT, DELETE). Це зазвичай використовується в RESTful API для відображення різних методів на різні бекенд-сервіси або операції.

5. Маршрутизація на основі вмісту (Content-Based)

Ця стратегія маршрутизує запити на основі вмісту тіла запиту. Це може бути корисно для маршрутизації запитів на основі формату даних (наприклад, JSON, XML) або типу запиту (наприклад, створення користувача, оновлення продукту). Зазвичай це вимагає складнішого парсингу і може призвести до затримок.

Приклад:

Платформа електронної комерції може спрямовувати запити, що містять кошик для покупок, до сервісу 'Оформлення замовлення', а запити з деталями продукту — до сервісу 'Інформація про продукт'.

6. Зважена маршрутизація (Weighted Routing)

Зважена маршрутизація використовується для розподілу трафіку між кількома бекенд-сервісами на основі попередньо визначених ваг. Це зазвичай використовується для канаркових розгортань або A/B-тестування, коли ви хочете поступово впроваджувати нову версію застосунку для невеликого відсотка користувачів.

Приклад:

Ви можете спрямувати 90% трафіку на існуючу версію застосунку та 10% — на нову. Відстежуючи продуктивність нової версії, ви можете поступово збільшувати вагу, доки вона не почне обробляти весь трафік.

7. Географічна маршрутизація (Geo-Routing)

Цей підхід використовує географічне розташування клієнта (визначене за IP-адресою або іншими способами) для маршрутизації запитів до найближчого або найбільш відповідного екземпляра бекенд-сервісу. Це мінімізує затримку та покращує продуктивність для користувачів у різних регіонах. Це життєво важливо для глобально розподілених застосунків.

Приклад:

Стримінговий сервіс може спрямовувати користувачів з Європи на сервери, розташовані в Європі, а користувачів з Північної Америки — на сервери в Північній Америці.

8. Маршрутизація на основі користувача (User-Based)

Рішення про маршрутизацію приймаються на основі автентифікованого користувача. Різні групи користувачів можуть мати доступ до різних функцій або версій застосунку. Це дозволяє створювати персоналізований досвід та контрольовано впроваджувати нові функції.

Приклад:

Платних преміум-підписників можна спрямовувати на сервери з меншою затримкою, тоді як безкоштовні користувачі направляються на стандартну інфраструктуру.

Переваги використання Frontend API Gateway

Впровадження Frontend API Gateway пропонує кілька значних переваг:

• Покращена продуктивність: Агрегуючи запити та кешуючи дані, API Gateway може зменшити кількість запитів до бекенд-сервісів, покращуючи загальну продуктивність і зменшуючи затримку.
• Спрощена розробка фронтенду: API Gateway відокремлює фронтенд від бекенду, дозволяючи фронтенд-розробникам зосередитися на створенні користувацького інтерфейсу, не турбуючись про складнощі бекенд-архітектури.
• Посилена безпека: API Gateway може застосовувати політики безпеки, такі як автентифікація, авторизація та обмеження швидкості, захищаючи бекенд-сервіси від зловмисних атак.
• Підвищена масштабованість: API Gateway може розподіляти трафік між кількома бекенд-сервісами, що дозволяє системі легше масштабуватися для обробки зростаючого навантаження.
• Централізоване управління API: API Gateway надає центральну точку для управління та моніторингу API, що спрощує відстеження використання, виявлення проблем та застосування політик.
• Технологічна незалежність фронтенду: Команда фронтенду стає набагато гнучкішою у виборі нових технологій для створення користувацьких інтерфейсів, оскільки їм не потрібно турбуватися про бекенд.

Вибір правильної технології

Для реалізації Frontend API Gateway можна використовувати кілька технологій, кожна з яких має свої сильні та слабкі сторони. Деякі популярні варіанти включають:

• NGINX: Високопродуктивний вебсервер та зворотний проксі, який можна налаштувати як API Gateway.
• HAProxy: Ще один популярний балансувальник навантаження та зворотний проксі з відкритим кодом.
• Kong: API Gateway з відкритим кодом, побудований на базі NGINX.
• Tyk: API Gateway з відкритим кодом із вбудованими функціями управління API.
• Платформи управління API (наприклад, Apigee, Mulesoft): Комерційні платформи, що надають комплексний набір функцій для управління та захисту API. Зазвичай вони включають аналітику API, портали для розробників та можливості монетизації.
• Рішення від хмарних провайдерів (наприклад, AWS API Gateway, Azure API Management, Google Cloud API Gateway): Хмарні сервіси API Gateway, що пропонуються основними хмарними провайдерами. Ці сервіси тісно інтегровані з екосистемою провайдера та пропонують масштабованість, безпеку та простоту використання.
• GraphQL Gateways (наприклад, Apollo Gateway, StepZen): Спеціалізовані шлюзи, розроблені для GraphQL API, що пропонують такі функції, як композиція схеми та федерація.

При виборі технології враховуйте такі фактори, як продуктивність, масштабованість, безпека, простота використання та вартість. Вам також слід враховувати вашу існуючу інфраструктуру та досвід. Якщо ви вже використовуєте NGINX для інших цілей, можливо, буде гарним вибором використовувати його і як API Gateway. Якщо вам потрібні більш розширені функції управління API, комерційна платформа управління API може бути кращим варіантом.

Аспекти впровадження

Впровадження Frontend API Gateway вимагає ретельного планування та виконання. Ось кілька важливих аспектів, які слід враховувати:

• Дизайн API: Проєктуйте ваші API з урахуванням потреб фронтенду. Враховуйте потреби клієнтських застосунків і створюйте API, які є простими у використанні та ефективними.
• Автентифікація та авторизація: Впроваджуйте надійні механізми автентифікації та авторизації для захисту ваших бекенд-сервісів від несанкціонованого доступу. Розгляньте можливість використання стандартних протоколів, таких як OAuth 2.0 та OpenID Connect.
• Обробка помилок: Впроваджуйте правильну обробку помилок, щоб надавати інформативні повідомлення про помилки клієнтським застосункам. Використовуйте послідовні коди та повідомлення про помилки, щоб полегшити розробникам налагодження проблем.
• Моніторинг та логування: Впроваджуйте комплексний моніторинг та логування для відстеження стану та продуктивності API Gateway та бекенд-сервісів. Використовуйте такі інструменти, як Prometheus, Grafana та ELK-стек для збору та аналізу метрик і логів.
• Обмеження швидкості та регулювання (Throttling): Впроваджуйте обмеження швидкості та регулювання для захисту ваших бекенд-сервісів від перевантаження. Визначте відповідні ліміти на основі потужності ваших бекенд-сервісів та очікуваних патернів трафіку.
• Кешування: Впроваджуйте кешування для зменшення затримки та підвищення продуктивності. Використовуйте стратегію кешування, яка підходить для вашого застосунку, наприклад, кешування на основі вмісту або кешування на основі часу.
• Тестування: Ретельно тестуйте API Gateway та бекенд-сервіси, щоб переконатися, що вони працюють коректно. Використовуйте автоматизовані інструменти тестування для запуску юніт-тестів, інтеграційних тестів та наскрізних тестів.
• Документація: Створюйте чітку та вичерпну документацію для ваших API. Використовуйте такі інструменти, як Swagger/OpenAPI для автоматичної генерації документації API. Документація повинна чітко пояснювати ендпоїнти API, параметри запиту, формати відповідей та коди помилок.
• Посилення безпеки: Регулярно переглядайте та оновлюйте конфігурацію безпеки API Gateway та бекенд-сервісів. Своєчасно застосовуйте патчі безпеки та дотримуйтесь найкращих практик безпеки.

Приклади з реального світу

• Платформа електронної комерції: Велика платформа електронної комерції використовує Frontend API Gateway для агрегації даних з різних бекенд-сервісів, таких як каталог продуктів, управління замовленнями та обробка платежів. Шлюз також обробляє автентифікацію та авторизацію, забезпечуючи безпечний доступ до даних клієнтів.
• Стримінговий сервіс: Стримінговий сервіс використовує Frontend API Gateway для маршрутизації запитів до різних мереж доставки контенту (CDN) залежно від місцезнаходження користувача. Шлюз також обробляє транскодування та оптимізацію контенту, забезпечуючи плавний досвід потокового перегляду для користувачів на різних пристроях.
• Фінансова установа: Фінансова установа використовує Frontend API Gateway для надання API мобільним банківським додаткам. Шлюз обробляє автентифікацію, авторизацію та шифрування даних, забезпечуючи безпеку конфіденційних фінансових даних.
• Глобальна соціальна мережа: Глобальна соціальна мережа використовує гео-маршрутизацію зі своїм Frontend API Gateway, щоб спрямовувати користувачів до найближчого до них дата-центру, зменшуючи затримку та покращуючи користувацький досвід, особливо для завантаження зображень та відео.

Майбутні тренди

• Безсерверні (Serverless) API Gateways: Розвиток безсерверних обчислень призводить до розробки безсерверних API Gateways, які можуть автоматично масштабуватися та керувати трафіком API, не вимагаючи управління інфраструктурою. Прикладами є функції AWS Lambda, інтегровані з API Gateway.
• Федерація GraphQL: Федерація GraphQL дозволяє об'єднувати кілька GraphQL API в єдиний уніфікований API. Це може спростити розробку фронтенду та підвищити продуктивність за рахунок зменшення кількості запитів до бекенд-сервісів. Рішення, такі як Apollo Federation, стають все більш популярними.
• API Gateways на основі ШІ: Штучний інтелект (ШІ) використовується для розширення функціональності API Gateway, наприклад, для виявлення аномалій, загроз та оптимізації продуктивності. API Gateways на основі ШІ можуть автоматично ідентифікувати та пом'якшувати загрози безпеці та оптимізувати продуктивність API на основі патернів трафіку в реальному часі.
• WebAssembly (Wasm) у шлюзах: WebAssembly дозволяє запускати високопродуктивний код на межі (edge), що дає можливість реалізовувати розширені функції, такі як кастомна трансформація запитів та політики безпеки, безпосередньо в API Gateway без значного впливу на продуктивність.

Висновок

Frontend API Gateway є ключовим компонентом сучасної архітектури вебзастосунків, що надає єдину точку входу для взаємодії клієнтських застосунків з бекенд-сервісами. Впроваджуючи відповідні стратегії маршрутизації, політики безпеки та механізми кешування, ви можете значно покращити продуктивність, масштабованість та безпеку ваших застосунків. Інтеграція Frontend API Gateway із сервісною сіткою ще більше покращує спостережуваність та стійкість до відмов.

Ретельно враховуючи ваші конкретні потреби та обираючи правильну технологію, ви можете створити надійний та масштабований Frontend API Gateway, який спрощує розробку, покращує користувацький досвід та захищає ваші бекенд-сервіси.