高级程序员进阶-API设计从基础到最佳实践，看这一篇就够了

贝恩聊架构
113 阅读8分钟

api

1 前言

API(应用程序接口)是软件系统的一项基本功能，没有应用程序接口你的软件系统是不完整的。它能够使各种应用程序(Web、APP、小程序、PC、交易系统等)无缝通信和共享数据，从而可以有效地集成不同的服务和系统，不管你是开发小型项目（简单API）还是大型项目（复杂API），遵循良好的API设计原则对于创建健壮、可扩展的系统至关重要。

本篇文章中，我将阐述API系统设计思路和基本要求，希望能给到读者指导和参考，我们从基础知识到高级最佳实践进行逐步讲解。阅读完本篇文章，您将对如何设计高效、安全且易于使用可扩展的API有深入了解。

2 掌握API

2.1 什么是API

API应用程序接口是一套用于构建软件系统并与之通信的规则和协议。它定义了用于与外部系统或服务通信的方法和数据格式。API使得各种不同的软件或组件能相互之间通信，使开发人员在不了解系统内部原理即可调用应用程序内部提供的业务和系统功能。

2.2 API常用协议类型

API常用协议类型.png

2.2.1 HTTP REST(Representational State Transfer)

  • 使用标准HTTP方法
  • 无状态架构
  • 由URL标识资源
  • 由于简单性和可扩展性得到大量应用

2.2.2 SOAP

  • 用于交换结构化信息的协议
  • 基于XML
  • 支持复杂数据格式及操作，安全性高
  • 用于企业级应用程序

2.2.3 GraphQL

  • 允许客户端准确请求他们需要的数据
  • 减少数据的过度获取和不足
  • 与REST相比，支持更灵活的查询

2.2.4 gRPC

  • 使用HTTP/2进行传输，使用 Protocol Buffer 进行数据序列化
  • 支持双向流式处理
  • 高性能，适用于微服务

3 API设计基本原则

API设计基本原则.png

3.1 一致性(Consistency)

一致性是设计良好的API的关键。确保你的系统API在结构、数据、命名约定和异常处理方面保持一致性。如以下几点

  • 对客户端系统使用API有类似的命名约定
  • 对响应和异常采用统一的数据格式
  • 标准化参数名称和数据类型
  • 保证数据的一致性（防重，幂等性）

3.2 无状态(Statelessness)

将 API 设计为无状态的。来自客户端的每个请求都应包含处理请求所需的所有信息。这简化了服务器的设计并提高了可扩展性。无状态意味着服务器在和客户端的请求之间不存储任何客户端上下文，这有助于在多个服务器之间轻松实现分配负载。

3.3 资源导向型设计

将 API 中的所有内容视为资源。资源可以是对象、数据或服务，每个资源都应该有一个唯一的标识符（通常是 RESTful API 中的 URL）。设计应用程序接口以表示资源并使用 HTTP 方法对它们执行操作

3.4 使用标准 HTTP 方法

按照 HTTP 方法约定对资源执行操作

  • GET 用于检索资源。

  • POST用于创建资源

  • PUT 用于更新资源

  • DELETE 用于删除资源。

    使用这些标准方法可以使您的 API 直观且更易于使用

3.5 版本控制

在 API 设计中包含版本控制，以便在不中断现有客户端的情况下处理更新。常见的版本控制策略包括

  • URL版本控制(/v1/resource)
  • 请求头版本控制 (Accept: application/v1)
  • 参数版本控制(/resource?version=1.0)

4 设计一个简单的 RESTful API

4.1 定义资源

确定 API 将公开的资源。对于一个聚合支付系统，资源通常包括统一下单，支付通知，支付查询，退款等接口

API资源.png

4.2 设计API定义

设计每个资源的API定义。例如：

  • GET /posts - 检索所有订单。
  • GET /posts/{id} - 检索特定订单。
  • POST /posts - 创建新的订单。
  • PUT /posts/{id}- 更新特定订单。
  • DELETE /posts/{id} - 删除特定订单。

4.3 定义数据模型

指定每个资源的数据结构。例如，支付功能 可能具有：

{
  "id": 1,
  "title": "API Design",
  "content": "Content of the post",
  "author": "itbeien",
  "created_time": "2024-09-24T12:00:00Z"
}

4.4 开发API

使用SpringBoot （Java）、Node.js、Python 等框架来实现API。确保每个API都执行预期的操作并返回相应的 HTTP 状态代码。例如，API在 Java中可能如下所示：

try{
	//返回下游商户预支付处理结果
	PayResponse payResponse = composeReturnMsg(payBackBean,payRequest,orderId);
	return payResponse;
}catch(Exception e){
	logger.error("支付交易流程异常订单号{}:{}",payRequest.getMercOrderNo(),e.getMessage());
	throw e;
}

5 API高级最佳实践

API高级最佳实践.png

5.1 身份验证和授权

使用身份验证 （您是谁） 和授权 （您可以执行的操作） 保护应用系统 API。常见方法包括：

  • OAuth：广泛使用的访问委派开放标准，通常用于基于 Token 的身份验证
  • JWT (JSON Web Tokens)：使用签名对有效负载进行编码以确保数据完整性的令牌
  • API Keys：通过 HTTP 请求头或查询参数传递的简单令牌，用于验证请求

5.2 速率限制

实现速率限制以防止滥用并确保公平使用应用系统的 API。这可以使用 API 网关或中间件来完成。速率限制有助于防止 API 被过度使用，并确保所有用户都可以使用资源。常用的速率限制算法和中间件如下

  • 令牌桶

  • 漏桶

  • 固定窗口计数器

  • 滑动日志

  • 滑动窗口

  • 阿里Sentinel

接口速率限制.png

5.3 异常处理

提供清晰一致的错误消息。使用标准 HTTP 状态代码，并在响应正文中包含有意义的错误消息和代码。例如：

{
  "error": {
    "code": 404,
    "message": "Resource not found"
  }
}

常见的 HTTP 状态代码包括：

  • 200 OK. 获得成功的请求
  • 201 Created . 成功创建资源
  • 400 Bad Request. 用于客户端错误
  • 401 Unauthorized. 用于身份验证错误
  • 403 Forbidden. 用于授权错误
  • 404 Not Found. 不存在的资源
  • 500 Internal Server Error. 用于服务器端错误

5.4 提供分页和过滤

对于返回大数据量到客户端的API系统，采用分页以管理多客户端请求并提高性能。允许客户端根据需要对数据进行筛选和排序。例如：

  • Pagination分页 GET /posts?page=2&limit=10
  • Filtering过滤 GET /posts?author=itbeien
  • Sorting排序 GET /posts?sort=created_time&orderId=desc

5.5 标准化API文档

全面标准化的文档对于任何 API 都是必不可少的。使用 Swagger （OpenAPI） 或 Postman 、Apifox等工具创建交互式和最新的文档。好的文档应该包括：

  • API的详细说明
  • 请求和响应示例
  • 错误消息和代码
  • 身份验证方法
  • 示例代码片段
    {
    	"orderId":"2024092412582900001378",
    	"signature":"5974FF8536CC614F6C2XXXXXXXXXXXX",
        "termType":"wap",
        "mercOrderNo":"D20240924125826",
        "tradeType":"01",
        "codeUrl":"https://www.itbeien.cn/qr/5519dddb",
        "respDesc":"处理成功",
        "feeType":"CNY",
        "mercNo":"ORG1520825458796",
        "tradeTime":"20240924125826",
        "interfaceCode":"pay",
        "respCode":"000000"
    }

5.6 API接口测试

全面测试你所负责的 API，以确保它能够正常处理各种场景。使用单元测试、集成测试和自动化测试工具来验证功能和性能。流行的测试框架包括

  • JUnit for Java. Java测试框架
  • TestNG for Java Java测试框架
  • PyTest for Python Python测试框架
  • Mocha for JavaScript 对于 JavaScript，自动化测试有助于及早发现问题，并确保 API 在发展过程中保持可靠

5.7 监控和分析

实施日志记录、监控和分析，以跟踪 API 的使用情况和性能。Prometheus、Grafana 和 ELK Stack 等工具可以帮助解决这个问题。通过监控，您可以

  • 快速检测并响应问题
  • 分析用户对API的使用行为
  • 提高 API 的整体性能和可靠性

6 总结

良好的 API 设计是构建可扩展、可维护和用户友好的应用程序的基础。通过遵循这些原则和最佳实践，可以开发不仅功能强大而且可用性很高的API。从基础开始，专注于一致性和简单性，并随着 API 的发展逐渐整合实现高级功能。

最后请程序员朋友们记住，设计良好的API系统是解放开发人员最好的方式，一个好的API设计能提高你的系统的稳定性和可扩展性，这样就能减少你处理BUG和维护系统的时间，使你有更多时间学习和生活。让我们不断学习、迭代和改进你的API设计技能吧。

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