什么才是真正的 RESTful 架构?

2015年11月11日

更多内容请看我最近在写的一本小书:《Microservice 最佳实践之路》,实为项目上的踩坑手册。

What?

Wikipedia: 表征性状态传输(英文:Representational State Transfer,简称REST)是Roy Fielding博士于2000年在他的博士论文中提出来的一种软件架构风格。

Roy Fielding 是 HTTP 协议(1.0 版和 1.1 版)的主要设计者,事实上 HTTP 1.1 规范正是基于 REST 架构风格的指导原理来设计的。需要注意的是,REST 是一种设计风格而不是标准,如果一个架构符合 REST 原则,我们就称它为 RESTful 架构。

Why?

在「远古时代」前端后端是融合在一起的,比如之前的 PHP,JSP,ASP 等等(参考我之前做过的一场演讲:Web前端开发模式演变)。近年来随着移动互联网的飞速发展,各种类型的 Client 端层出不穷,就需要通过一套统一的接口分别为 Web,iOS 和 Android 乃至桌面端提供服务。另外对于广大平台来说,比如 Facebook platform,微博开放平台,微信公共平台等,它们不需要有显式的前端,只需要一套提供服务的接口,于是 RESTful 更是它们最好的选择。

而要理解 RESTful 架构,最好的方法就是去理解Representational State Transfer这个词组,直译过来就是「表现层状态转化」,其实它省略了主语。「表现层」其实指的是「资源」的「表现层」,所以通俗来讲就是:资源在网络中以某种表现形式进行状态转移。分解开来:

  • Resource:资源,即数据。比如 newsfeed,friends,order 等;
  • Representational:某种表现形式,比如用 JSON,XML,JPEG 等;
  • State Transfer:状态变化。通过 HTTP 动词实现。

然后再来理解一个具体的 RESTful 架构——面向资源的架构(Resource-Oriented Architecture,ROA):

  • 资源是由 URI 来指定。所谓「上网」,就是与互联网上一系列的「资源」互动,调用它的 URI。
  • 对资源的操作包括获取、创建、修改和删除资源,这些操作正好对应 HTTP 协议提供的 GET、POST、PUT 和 DELETE 方法。
  • 通过操作资源的表现形式来操作资源。具体表现形式,应该在 HTTP 请求的头信息中用 Accept 和 Content-Type 字段指定。
  • 资源的表现形式则是 XML 或者 HTML,取决于读者是机器还是人,是消费 web 服务的客户软件还是 web 浏览器。当然也可以是任何其他的格式。

How?

应用于 Web 服务,符合 REST 设计风格的 Web API 称为 RESTful API。它从以下三个方面资源进行定义:

  • 直观简短的资源地址:URI,比如:http://example.com/resources/;每一个 URI 代表一种资源;
  • 传输的资源:Web 服务接受与返回的互联网媒体类型,比如:JSON,XML,YAML 等。
  • 对资源的操作:Web 服务在该资源上所支持的一系列请求方法(比如:POST,GET,PUT 或 DELETE)。

来个图,

HTTP 请求方法在 RESTful API 中的典型应用:

资源 GET PUT POST DELETE
一组资源的 URI,比如http://example.com/resources/ 列出 URI,以及该资源组中每个资源的详细信息(后者可选)。 使用给定的一组资源替换当前整组资源。 在本组资源中创建/追加一个新的资源。该操作往往返回新资源的 URL。 删除整组资源。
单个资源的 URI,比如http://example.com/resources/142 获取指定的资源的详细信息,格式可以自选一个合适的网络媒体类型(比如:XML、JSON 等) 替换/创建指定的资源。并将其追加到相应的资源组中。 把指定的资源当做一个资源组,并在其下创建/追加一个新的元素,使其隶属于当前资源。 删除指定的元素。

REST的误解

现在看来,REST 在 2000 年那个时代,确实是超前于时代的。Web 开发者社区对于 HTTP 的设计意图存在着大量的误解,由此导致了对于 HTTP 的大量低效率的误用。这个情况持续一直到 2005 年 Web 2.0 的崛起。那个时候,DCOM、EJB、SOAP/WSDL 这些 DO 风格的架构由于难以满足互联网环境对分布式应用架构设计的约束,与 Web 自身的架构风格 REST 相冲突,很难融入到 Web 之中。所谓的「Web Services」,其实除了将 HTTP 作为底层的传输协议外,跟(互联网环境中的)真正的 Web 没有什么关系。

而随着 Ruby on Rails 这个著名的 Web 开发框架开始大力支持 REST 开发之后,一线的 Web 开发者才真正接触到了 REST。然而 Rails 所支持的 REST 开发将对资源的操作局限于 CRUD(创建、获取、修改、删除)的语义(即,将对资源的 CRUD 操作映射到 GET/POST/PUT/DELETE 四个 HTTP 方法),这其实是收窄了 REST 的适用范围。其他编程语言的 Web 开发框架(例如 Java 语言的 Struts、Spring MVC 等等)也紧接着模仿了 Rails 的方式开始支持 REST 开发,然而这更加导致了一线的 Web 开发者误以为:REST 开发就是 通过 GET/POST/PUT/DELETE 四个 HTTP 方法对资源执行 CRUD 操作。甚至还有很多仅仅使用了 HTTP,而没有使用 SOAP 的 Web 服 务 API,都自称是 REST 风格(RESTful)的 API。

对于什么才是真正的 REST 风格的误解是如此之多,而将 REST 作为一个便于营销的 buzzword 的挂羊头卖狗肉者也是如此之多,以至于 REST 的创造者 Fielding 终于忍无可忍了。2008 年 10 月 Fielding 写了一篇博 客,做出了一个非常明确的断言:REST APIs must be hypertext-driven!(REST API 必须是超文本驱动的!)超文本驱动这个理念变成了一个缩写词 HATEOAS,这个缩写词来自于当初 Fielding 博士论文中的一句话: hypermedia as the engine of application state(将超媒体作为应用状态的引擎)。其实超文本驱动(Hypertext Driven)的理念才是 REST 架构风格最核心的理念,也是 REST 风格的架构达到松耦合目标的根本原因。

REST设计进阶

当谈及 REST 成熟度时,一些人常常会引用 Richardson 所提出来的 REST 成熟度模型(Maturity Model),并视之为正确的度量方法。

第一级:在架构中引入资源(Resource)的概念。

大多数 WS-*服务和 POX 都只是使用一个 URI 作为一个服务端口,也只使用一个 HTTP 方法传输数据。这种做法相当于把 HTTP 这个应用层协议降级为传输层协议用,《REST 实战》也一再强调 HTTP 是一种应用协议而不是传输协议。再好一点就是使用多个 URI,然而不同的 URI 只是作为不同的调用入口,与此同时只使用同一个 HTTP 方法传输数据。最常见的错误就是在 URI 中包含动词,比如 URI http://example.com/getOrder?orderId=1234,其实「资源」表示一种实体,所以应该是名词,动词应该放在 HTTP 协议中。而与此同时 URI 也有可能破坏 HTTP GET 的安全性和幕等性,比如某个客户端在http://example.com/updateOrder?id=1234&coffee=latte上执行 GET(而不是 POST),就能创建一笔新的咖啡订单(一个资源),按理来说 GET 请求不能改变服务的任何状态。

第二级:每一个URI代表一种资源,支持HTTP动词。

此时使用多个 URI 的话,需要让不同的 URI 代表不同的资源(注意多个URI可能指向同一个Resource,而一个URI不能指向不同Resource。),同时使用多个 HTTP 方法操作这些资源,例如使用 POST/GET/PUT/DELET 分别进行 CRUD 操作。这时候 HTTP 头和有效载荷都包含业务逻辑,例如 HTTP 方法对应 CRUD 操作,HTTP 状态码对应操作结果的状态。我们现在看到的大多数所谓 RESTful API 做到的也就是这个级别。《REST 实战》的译者也谈到:悟性差的人,理解到 CRUD 式 Web 服务就满足了。而悟性好的人,可以彻底理解超文本驱动,甚至是与 REST 关系密切的语义网,最终达到 REST 开发的最高境界。

第三级:HATEOAS,使用超媒体(hypermedia)作为应用状态引擎。

根据 Roy 的严格规定,超媒体(hypermedia)是 REST 的先决条件。任何其他东西不应该自我标榜为 REST。要解释 HATEOAS 这个概念先要解释什么是超媒体:我们已经知道什么是多媒体(multimedia),以及什么是超文本(hypertext)。其中超文本特有的优势是拥有超链接(hyperlink)。如果我们把超链接引入到多媒体当中去,那就得到了超媒体,因此关键角色还是超链接。使用超媒体作为应用引擎状态,意思是应用引擎的状态变更由客户端访问不同的超媒体资源驱动。

让我们来看个实例,这个响应内容可能略有不同:

GET https://api.example.com/profile

{
  "name": "Steve",
  "picture": {
    "large": "https://somecdn.com/pictures/1200x1200.png",
    "medium": "https://somecdn.com/pictures/100x100.png",
    "small": "https://somecdn.com/pictures/10x10.png"
  }
}

由于在响应中包含了链接地址,因此使用该 API 的客户端就能够自由选择要下载怎样的信息。这些链接告知了客户端有哪些选择,并且它们的地址在哪里。因此在这里我们无需同时返回三个不同版本的用户档案图片,我们所做的只是告诉客户端有三种可用的图片尺寸可以选择,并且告诉客户端能够在哪里找到这些图片。这样一来,客户端就能够根据不同的场景,做出符合自身需要的选择。而且,如果客户端只需要一种格式的图片,那就无需下载全部三种版本的图片了。这样一来可谓一箭三雕:既减少了网络负载,又增进了客户端的灵活性,更增进了 API 的可探索性。

超媒体的核心概念就是所谓的<link>元素,而这些相互链接的资源实际上描述了一个协议,即引导我们达成某个目标的一系列步骤,例如订购一杯咖啡所需要的点单、付款、取咖啡等等。这就是超媒体的本质:经由资源之间的链接,我们改变整个应用的状态,即超媒体转换了分布式应用的状态。需要注意的是,服务器和消费者两者间交换的是资源状态的表述,而不是应用的状态,被转移的表述中包括了反应应用状态的链接。

在这里也推荐直接看看设计非常优秀的GitHub API,以便于更好地理解真实的 RESTful API 以及 hypermedia 的概念。

Reference


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