RESTful API 设计：面向全球受众的最佳实践

在当今互联的世界中，API（应用程序编程接口）是现代软件开发的支柱。 RESTful API，特别是由于其简单性、可扩展性和互操作性，已成为构建 Web 服务的标准。本指南为设计 RESTful API 提供了全面的最佳实践，重点关注全球可访问性、可维护性和安全性。

理解 REST 原则

REST（Representational State Transfer，表述性状态转移）是一种架构风格，它定义了一组用于创建 Web 服务的约束。理解这些原则对于设计有效的 RESTful API至关重要：

• 客户端-服务器：客户端和服务器是独立的实体，可以独立演进。客户端发起请求，服务器处理请求并返回响应。
• 无状态：服务器在请求之间不存储任何客户端状态。来自客户端的每个请求都包含理解和处理该请求所需的所有信息。这提高了可扩展性和可靠性。
• 可缓存：响应应明确标记为可缓存或不可缓存。这允许客户端和中间件缓存响应，从而提高性能并减少服务器负载。
• 分层系统：客户端通常无法判断是直接连接到最终服务器，还是连接到途中的某个中间件。中间服务器可以通过启用负载均衡和提供共享缓存来提高系统可扩展性。
• 按需代码（可选）：服务器可以选择性地向客户端提供可执行代码，以扩展客户端功能。这种情况不太常见，但在某些场景下可能很有用。
• 统一接口：这是 REST 的核心原则，包含几个子约束：
• 资源标识：每个资源都应使用唯一的 URI（统一资源标识符）进行标识。
• 通过表述来操作资源：客户端通过与服务器交换表述（例如 JSON、XML）来操作资源。
• 自描述性消息：每个消息都应包含足够的信息来描述如何处理该消息。例如，Content-Type 头部指示消息体的格式。
• 超媒体作为应用状态的引擎（HATEOAS）：客户端应使用响应中提供的超链接来导航 API。这使得 API 可以在不破坏客户端的情况下进行演进。虽然并非总是严格执行，但 HATEOAS 促进了松耦合和可演进性。

设计 RESTful 资源

资源是 RESTful API 中的关键抽象。它们代表了 API 暴露和操作的数据。以下是设计 RESTful 资源的一些最佳实践：

1. 使用名词，而非动词

资源应使用名词命名，而不是动词。这反映了资源是数据实体，而不是操作。例如，使用 /customers 而不是 /getCustomers。

示例：

而非：

/getUser?id=123

应使用：

/users/123

2. 使用复数名词

对资源集合使用复数名词。这能提高一致性和清晰度。

示例：

应使用：

/products

而非：

/product

3. 使用层级化资源结构

使用层级化资源结构来表示资源之间的关系。这使 API 更加直观且易于导航。

示例：

/customers/{customer_id}/orders

这代表了属于特定客户的订单集合。

4. 保持资源 URI 简短且有意义

简短且有意义的 URI 更易于理解和记忆。避免使用难以解析的、冗长复杂的 URI。

5. 使用一致的命名约定

为资源建立一致的命名约定，并在整个 API 中坚持使用。这可以提高可读性和可维护性。可以考虑使用公司范围的风格指南。

HTTP 方法：API 的动词

HTTP 方法定义了可以对资源执行的操作。为每个操作使用正确的 HTTP 方法对于构建 RESTful API至关重要。

• GET：检索资源或资源集合。GET 请求应该是安全的（即不应修改资源）和幂等的（即多个相同的请求应与单个请求具有相同的效果）。
• POST：创建新资源。POST 请求通常用于向服务器提交数据以进行处理。
• PUT：更新现有资源。PUT 请求用新的表述替换整个资源。
• PATCH：部分更新现有资源。PATCH 请求仅修改资源的特定字段。
• DELETE：删除资源。

示例：

要创建新客户：

POST /customers

要检索客户：

GET /customers/{customer_id}

要更新客户：

PUT /customers/{customer_id}

要部分更新客户：

PATCH /customers/{customer_id}

要删除客户：

DELETE /customers/{customer_id}

HTTP 状态码：传达结果

HTTP 状态码用于向客户端传达请求的结果。使用正确的状态码对于提供清晰、信息丰富的反馈至关重要。

以下是一些最常见的 HTTP 状态码：

• 200 OK：请求成功。
• 201 Created：新资源已成功创建。
• 204 No Content：请求成功，但没有内容可返回。
• 400 Bad Request：请求无效。这可能是由于参数缺失、数据无效或其他错误。
• 401 Unauthorized：客户端未被授权访问该资源。这通常意味着客户端需要进行身份验证。
• 403 Forbidden：客户端已通过身份验证，但无权访问该资源。
• 404 Not Found：未找到资源。
• 405 Method Not Allowed：请求行中指定的方法不允许用于请求 URI 标识的资源。
• 500 Internal Server Error：服务器上发生意外错误。

示例：

如果资源成功创建，服务器应返回 201 Created 状态码以及一个 Location 头部，该头部指定新资源的 URI。

数据格式：选择正确的表述

RESTful API 使用表述在客户端和服务器之间交换数据。JSON（JavaScript Object Notation）是 RESTful API 最流行的数据格式，因其简单、可读性强以及在各种编程语言中得到广泛支持。XML（Extensible Markup Language）是另一种常见选择，但通常被认为比 JSON 更冗长和复杂。

其他数据格式，如 Protocol Buffers (protobuf) 和 Apache Avro，可用于性能和数据序列化效率至关重要的特定用例。

最佳实践：

• 除非有令人信服的理由使用其他格式，否则应使用 JSON 作为默认数据格式。
• 使用 Content-Type 头部来指定请求和响应主体的格式。
• 如有必要，支持多种数据格式。使用内容协商（Accept 头部）允许客户端指定其首选数据格式。

API 版本控制：管理变更

API 会随着时间的推移而演进。新功能被添加，错误被修复，现有功能可能会被更改或删除。API 版本控制是一种管理这些变更而不破坏现有客户端的机制。

有几种常见的 API 版本控制方法：

• URI 版本控制：在 URI 中包含 API 版本。例如，/v1/customers，/v2/customers。
• 头部版本控制：使用自定义 HTTP 头部来指定 API 版本。例如，X-API-Version: 1。
• 媒体类型版本控制：使用自定义媒体类型来指定 API 版本。例如，Accept: application/vnd.example.customer.v1+json。

最佳实践：

• 使用 URI 版本控制作为最简单、最广为人知的方法。
• 逐步弃用旧的 API 版本。为客户端提供清晰的文档和迁移指南。
• 尽可能避免破坏性变更。如果破坏性变更是必要的，请引入新的 API 版本。

API 安全：保护您的数据

API 安全对于保护敏感数据和防止未经授权的访问至关重要。以下是保护您的 RESTful API 的一些最佳实践：

• 身份验证：验证客户端的身份。常见的身份验证方法包括：
• 基本身份验证：简单但不安全。只应在 HTTPS 上使用。
• API 密钥：分配给每个客户端的唯一密钥。可用于跟踪使用情况和实施速率限制。
• OAuth 2.0：一种用于委托授权的标准协议。允许客户端代表用户访问资源，而无需用户的凭据。
• JSON Web Tokens (JWT)：一种紧凑且自包含的方式，用于在各方之间作为 JSON 对象安全地传输信息。
• 授权：根据客户端的身份和权限控制对资源的访问。基于角色的访问控制（RBAC）是一种常见方法。
• HTTPS：使用 HTTPS 加密客户端和服务器之间的所有通信。这可以保护数据免遭窃听和篡改。
• 输入验证：验证所有输入数据，以防止注入攻击和其他安全漏洞。
• 速率限制：限制客户端在给定时间段内可以发出的请求数量。这可以保护 API 免受滥用和拒绝服务攻击。
• API 防火墙：使用 Web 应用程序防火墙（WAF）或 API 网关来保护您的 API 免受常见攻击。

API 文档：让您的 API 易于发现

良好的 API 文档对于使您的 API 易于发现和使用至关重要。文档应清晰、简洁且保持最新。

以下是 API 文档的一些最佳实践：

• 使用标准文档格式，如 OpenAPI Specification (Swagger) 或 RAML。这些格式允许您自动生成交互式 API 文档和客户端 SDK。
• 提供所有资源、方法和参数的详细描述。
• 包含多种编程语言的代码示例。
• 提供清晰的错误消息和故障排除提示。
• 使文档与最新的 API 版本保持同步。
• 提供一个沙盒环境，让开发者可以在不影响生产数据的情况下测试 API。

API 性能：为速度和可扩展性进行优化

API 性能对于提供良好的用户体验至关重要。缓慢的 API 可能导致用户感到沮丧并流失业务。

以下是优化 API 性能的一些最佳实践：

• 使用缓存来减少数据库负载。将频繁访问的数据缓存在内存或分布式缓存中。
• 优化数据库查询。使用索引，避免全表扫描，并使用高效的查询语言。
• 使用连接池来减少数据库连接开销。
• 使用 gzip 或其他压缩算法压缩响应。
• 使用内容分发网络（CDN）将静态内容缓存到离用户更近的地方。
• 使用 New Relic、Datadog 或 Prometheus 等工具监控 API 性能。
• 分析您的代码以识别性能瓶颈。
• 考虑对长时间运行的任务使用异步处理。

API 国际化（i18n）与本地化（l10n）

在为全球受众设计 API 时，请考虑国际化（i18n）和本地化（l10n）。这涉及到设计您的 API 以支持多种语言、货币和日期/时间格式。

最佳实践：

• 对所有文本数据使用 Unicode (UTF-8) 编码。
• 将所有文本以中性语言（例如，英语）存储，并为其他语言提供翻译。
• 使用 Accept-Language 头部来确定用户的首选语言。
• 使用 Accept-Charset 头部来确定用户的首选字符集。
• 使用 Accept 头部来确定用户的首选内容格式。
• 支持多种货币，并使用 ISO 4217 货币代码标准。
• 支持多种日期/时间格式，并使用 ISO 8601 日期/时间格式标准。
• 考虑文化差异对 API 设计的影响。例如，某些文化可能偏好不同的日期/时间格式或数字格式。

示例：

一个全球电子商务 API 可能支持多种货币（USD、EUR、JPY），并允许用户使用请求参数或头部来指定其首选货币。

GET /products?currency=EUR

API 监控与分析

监控您的 API 的性能、使用情况和错误对于确保其健康和稳定至关重要。API 分析提供了关于您的 API 如何被使用的宝贵见解，并可以帮助您确定需要改进的领域。

要监控的关键指标：

• 响应时间：API 响应请求所需的平均时间。
• 错误率：导致错误的请求百分比。
• 请求量：单位时间内的请求数量。
• 使用模式：哪些 API 端点使用最频繁？谁是顶级用户？
• 资源利用率：API 服务器的 CPU、内存和网络使用情况。

用于 API 监控和分析的工具：

• New Relic
• Datadog
• Prometheus
• Amazon CloudWatch
• Google Cloud Monitoring
• Azure Monitor

结论

为全球受众设计 RESTful API 需要仔细考虑多个因素，包括 REST 原则、资源设计、HTTP 方法和状态码、数据格式、API 版本控制、安全性、文档、性能、国际化和监控。通过遵循本指南中概述的最佳实践，您可以构建可扩展、可维护、安全且对全球开发者友好的 API。请记住，API 设计是一个迭代过程。持续监控您的 API，收集用户反馈，并根据不断变化的需求调整您的设计。