浅谈三种API设计风格RPC、REST、GraphQL

2019-02-17 本文已影响217人零壹技术栈

前言

Web API设计其实是一个挺重要的设计话题，许多公司都会有公司层面的Web API设计规范，几乎所有的项目在详细设计阶段都会进行API设计，项目开发后都会有一份API文档供测试和联调。本文尝试根据自己的理解总结一下目前常见的四种API设计风格以及设计考虑点。

正文

1. RPC

这是最常见的方式，RPC说的是本地调用远程的方法，面向的是过程。

RPC形式的API组织形态是类和方法，或者说领域和行为。
因此API的命名往往是一个动词，比如GetUserInfo和CreateUser。
因为URI会非常多而且往往没有一些约定规范，所以需要有详细的文档。
也是因为无拘无束，HTTP方法基本只用GET和POST，设计起来比较简单。

这里就不贴例子了，估计超过50%的API是这种风格的。

2. REST

是一种架构风格，有四个级别的成熟度：

级别0：定义一个 URI，所有操作是对此 URI 发出的 POST 请求。
级别1：为各个资源单独创建 URI。
级别2：使用 HTTP 方法来定义对资源执行的操作。
级别3：使用超媒体（HATEOAS）。

级别0其实就是类RPC的风格，级别3是真正的REST，大多数号称REST的API在级别2。REST实现一些要点包括：

REST形式的API组织形态是资源和实体，一切围绕资源（级别1的要点）。设计流程包括：
- 确定API提供的资源
- 确定资源之间的关系
- 根据资源类型和关系确定资源URI结构
- 确定资源的结构体
会定义一些标准方法（级别2的要点），然后把标准方法映射到实现（比如HTTP Method）：
- GET：获取资源详情或资源列表。对于collection类型的URI（比如/customers）就是获取资源列表，对于item类型的URI（比如/customers/1）就是获取一个资源。
- POST：创建资源，请求体是新资源的内容。往往POST是用于为集合新增资源。
- PUT：创建或修改资源，请求体是新资源的内容。往往PUT用于单个资源的新增或修改。实现上必须幂等。
- PATCH：部分修改资源，请求体是修改的那部分内容。PUT一般要求提交整个资源进行修改，而PATCH用于修改部分内容（比如某个属性）。
- DELETE：移除资源。和GET一样，对于collection类型的URI（比如/customers）就是删除所有资源，对于item类型的URI（比如/customers/1）就是删除一个资源。

需要考虑资源之间的导航（级别3的要点，比如使用HATEOAS，HATEOAS是Hypertext as the Engine of Application State的缩写）。有了资源导航，客户端甚至可能不需要参阅文档就可以找到更多对自己有用的资源，不过HATEOAS没有固定的标准，比如：

{
    "content": [ {
        "price": 499.00,
        "description": "Apple tablet device",
        "name": "iPad",
        "links": [ {
            "rel": "self",
            "href": "http://localhost:8080/product/1"
        } ],
        "attributes": {
            "connector": "socket"
        }
    }, {
        "price": 49.00,
        "description": "Dock for iPhone/iPad",
        "name": "Dock",
        "links": [ {
            "rel": "self",
            "href": "http://localhost:8080/product/3"
        } ],
        "attributes": {
            "connector": "plug"
        }
    } ],
    "links": [ {
        "rel": "product.search",
        "href": "http://localhost:8080/product/search"
    } ]
}

Spring框架也提供了相应的支持：https://spring.io/projects/spring-hateoas

@RestController
public class GreetingController {

    private static final String TEMPLATE = "Hello, %s!";

    @RequestMapping("/greeting")
    public HttpEntity<Greeting> greeting(
            @RequestParam(value = "name", required = false, defaultValue = "World") String name) {

        Greeting greeting = new Greeting(String.format(TEMPLATE, name));
        greeting.add(linkTo(methodOn(GreetingController.class).greeting(name)).withSelfRel());

        return new ResponseEntity<>(greeting, HttpStatus.OK);
    }
}

产生如下的结果：

除了之前提到的几个要点，REST API的设计还有一些小点：
- 必须无状态的，相互独立的，不区分顺序的
- API需要有一致的接口来解耦客户端和服务实现，如果基于HTTP那么务必使用HTTP
- Method来操作资源，而且尽量使用HTTP响应码来处理错误
- 需要尽量考虑缓存、版本控制、内容协商、部分响应等实现

可以说REST的API设计是需要设计感的，需要仔细来思考API的资源，资源之间的关系和导航，URI的定义等等。对于一套设计精良的REST API，其实客户端只要知道可用资源清单，往往就可以轻易根据约定俗成的规范以及导航探索出大部分API。比较讽刺的是，有很多网站给前端和客户端的接口是REST的，爬虫开发者可以轻易探索到所有接口，甚至一些内部接口，毕竟猜一下REST的接口比RPC的接口容易的多。

作为补充，下面再列几个有关REST API设计大家争议讨论纠结的比较多的几个方面。

3. GraphQL

如果说RPC面向过程，REST面向资源，那么GraphQL就是面向数据查询了。GraphQL 既是一种用于 API 的查询语言也是一个满足你数据查询的运行时。 GraphQL 对你的 API 中的数据提供了一套易于理解的完整描述，使得客户端能够准确地获得它需要的数据，而且没有任何冗余，也让 API 更容易地随着时间推移而演进，还能用于构建强大的开发者工具。

采用GraphQL，甚至不需要有任何的接口文档，在定义了Schema之后，服务端实现Schema，客户端可以查看Schema，然后构建出自己需要的查询请求来获得自己需要的数据。

image

#
# Schemas must have at least a query root type
#
schema {
    query: Query
}

type Query {
    characters(
        episode: Episode
    ) : [Character]

    human(
        # The id of the human you are interested in
        id : ID!
    ) : Human

    droid(
        # The non null id of the droid you are interested in
        id: ID!
    ): Droid
}

# One of the films in the Star Wars Trilogy
enum Episode {
    # Released in 1977
    NEWHOPE
    # Released in 1980.
    EMPIRE
    # Released in 1983.
    JEDI
}

# A character in the Star Wars Trilogy
interface Character {
    # The id of the character.
    id: ID!
    # The name of the character.
    name: String!
    # The friends of the character, or an empty list if they
    # have none.
    friends: [Character]
    # Which movies they appear in.
    appearsIn: [Episode]!
    # All secrets about their past.
    secretBackstory : String @deprecated(reason : "We have decided that this is not canon")
}

# A humanoid creature in the Star Wars universe.
type Human implements Character {
    # The id of the human.
    id: ID!
    # The name of the human.
    name: String!
    # The friends of the human, or an empty list if they have none.
    friends: [Character]
    # Which movies they appear in.
    appearsIn: [Episode]!
    # The home planet of the human, or null if unknown.
    homePlanet: String
    # Where are they from and how they came to be who they are.
    secretBackstory : String @deprecated(reason : "We have decided that this is not canon")
}

# A mechanical creature in the Star Wars universe.
type Droid implements Character {
    # The id of the droid.
    id: ID!
    # The name of the droid.
    name: String!
    # The friends of the droid, or an empty list if they have none.
    friends: [Character]
    # Which movies they appear in.
    appearsIn: [Episode]!
    # The primary function of the droid.
    primaryFunction: String
    # Construction date and the name of the designer.
    secretBackstory : String @deprecated(reason : "We have decided that this is not canon")
}

采用GraphQL Playground（https://github.com/prisma/graphql-playground）

其实就是__schema：

然后我们可以根据客户端的UI需要自己来定义查询请求，服务端会根据客户端给的结构来返回数据：

再来看看Github提供的GraphQL（更多参考https://developer.github.com/v4/guides/）：

查询出了最后的三个repo：

GraphQL就是通过Schema来明确数据的能力，服务端提供统一的唯一的API入口，然后客户端来告诉服务端我要的具体数据结构（基本可以说不需要有API文档），有点客户端驱动服务端的意思。虽然客户端灵活了，但是GraphQL服务端的实现比较复杂和痛苦的，GraphQL不能替代其它几种设计风格，并不是传说中的REST 2.0。

小结

在下列情况考虑RPC风格的API或说是RPC：

偏向内部的API
没有太多的时间考虑API的设计或没有架构师
提供的API很难进行资源、对象抽象
对性能有高要求

在下列情况考虑REST风格：

偏向外部API
提供的API天生围绕资源、对象、管理展开
不能耦合客户端实现
资源的CRUD是可以对齐的（功能完整的）

在下列情况考虑GraphQL：

客户端对于数据的需求多变
数据具有图的特点

参考书籍

周志明，深入理解Java虚拟机

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1. RPC

2. REST

3. GraphQL

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