前端科普：什么是API網(wǎng)關？為什么它有用？

作者：zhangzhang 2023-12-21 21:39:44

網(wǎng)絡網(wǎng)絡管理

API網(wǎng)關充當客戶機和許多需要訪問的服務之間的中間人，它處理請求驗證、身份驗證和授權、速率限制、請求路由和請求/響應轉換。

API 通常被稱為應用程序從后端服務訪問數(shù)據(jù)和業(yè)務邏輯的前門。API 本質上是一個軟件向其他人或程序提供的接口，允許他們與該軟件進行交互。

在創(chuàng)建 API 時，需要選擇編程語言(Java、Python、PHP 等)來編寫 API 邏輯，還需要將 API 部署到服務器上，并監(jiān)控 API，以確保基礎設施有足夠的能力處理大量請求。

API網(wǎng)關將這些步驟抽象出來，你不需要編寫太多代碼，也不用擔心管理底層基礎設施，你只需要創(chuàng)建客戶端可以發(fā)送請求的API端點。

主要的云提供商都提供完全托管的API網(wǎng)關服務：

AWS API 網(wǎng)關^[1]
GCP API網(wǎng)關^[2]
Azure API管理^[3]
阿里云 API網(wǎng)關^[4]

本文將解釋為什么應該使用 API 網(wǎng)關，它們是如何工作的，我們將查看實際應用中的 API 網(wǎng)關示例。

我們將介紹的內(nèi)容：

1.為什么要使用API網(wǎng)關？
2.API網(wǎng)關的工作原理

2.1 請求驗證
2.2 授權和認證
2.3 速率限制
2.4 請求路由
2.5 請求和響應轉換

3.真實世界的例子
End

1.為什么要使用API網(wǎng)關？

API網(wǎng)關（API Gateway）是一種完全托管的服務，它使開發(fā)人員能夠更輕松地創(chuàng)建、發(fā)布、維護、監(jiān)控和保護幾乎任何規(guī)模的API。

在云計算環(huán)境中，“完全管理”是指服務的維護和管理責任由云提供商負責，這意味著底層基礎設施、軟件更新、安全、可擴展性、可用性和災難恢復都由云提供商管理。

這種抽象主要讓開發(fā)人員的工作變得更容易，因為他們只需專注于開發(fā)服務，而不必擔心管理它。

在這種情況下，這種抽象的代價是靈活性的損失，大多數(shù)云提供商提供的API網(wǎng)關對每秒處理的請求數(shù)量(RPS)有一個硬限制。

使用 API 網(wǎng)關等托管服務的云成本也較高，必須與從頭開始構建 API 所需的較高開發(fā)人員天數(shù)（開發(fā)人員數(shù)量 * 工作天數(shù)）進行權衡。

為了真正理解使用 API Gateway 的好處，讓我們來看看設計、編寫和部署傳統(tǒng) API 所需遵循的步驟：

「步驟1：定義需求和范圍」

了解目標用戶或系統(tǒng)的需求。
確定API將公開的數(shù)據(jù)和功能。

「步驟2：設計API」

定義API端點和方法(GET、POST、PUT、DELETE)。
設計請求和響應格式(通常是 JSON 或 XML)。
指定API將與之交互的數(shù)據(jù)模型和資源。
計劃錯誤處理和狀態(tài)代碼。

「步驟3：開發(fā)API」

選擇編程語言和框架。
按照設計階段定義的 API 端點進行實現(xiàn)。
根據(jù)需要與數(shù)據(jù)庫或其他服務集成。
確保安全實踐得到實施，如輸入驗證和速率限制。

「步驟4：部署API」

選擇托管解決方案(云提供商，現(xiàn)場服務器)。
設置部署環(huán)境。
將 API 部署到服務器。

「步驟5：監(jiān)控和維護API」

監(jiān)控 API 的正常運行時間、性能和錯誤。
定期更新API以修復錯誤和補丁安全漏洞

使用 API 網(wǎng)關，您主要需要關注步驟 1、步驟 2 和步驟 3 的部分內(nèi)容，其他步驟大多被抽象出來并由 API 網(wǎng)關處理。

使用 API 網(wǎng)關的主要原因是簡化開發(fā)和維護 API 的過程。

2.API網(wǎng)關的工作原理

API網(wǎng)關同時做很多事情。

為了理解 API 網(wǎng)關的工作原理，我們來打個比方。

API網(wǎng)關就像ma?tre d’(法語，意思是領班服務員)，ma?tre d’通常出現(xiàn)在高檔餐廳，盡管這是一個正在慢慢消失的職業(yè)。

領班是客人和餐廳員工之間的聯(lián)絡人，負責：

「問候和安排座位」：領班通常是客人到達餐廳時遇到的第一個人。他們熱情地歡迎客人，詢問預訂情況，并協(xié)助客人就座，考慮到偏好和特殊要求。
「預訂」：領班負責管理預訂，確保桌子被有效分配。他們跟蹤可用的桌子和預訂時間，做出必要的調(diào)整以滿足客人的需求。
「管理等待時間」：在繁忙時期，領班通過提供預計等待時間和提供替代方案，如在酒吧或等候區(qū)為客人安排座位，來管理客人的等待時間。
「解決問題」：如果客人用餐期間出現(xiàn)任何問題或顧慮，領班應及時介入并解決問題，確保客人滿意。
「處理特殊要求」：如果客人有特殊要求或飲食限制，領班會將這些信息傳達給廚房，并確保客人的需求得到滿足。

簡而言之，領班是餐廳里一個擁有多種才能和職責的人，從下面的圖片中，我們可以看到領班是如何作為顧客和他們可能需要的溝通者。

領班是顧客和他們可能需要的任何東西之間的溝通者

API網(wǎng)關的工作方式類似，它充當客戶機與其可能需要訪問的許多服務之間的通信器。

API網(wǎng)關充當客戶機和它們可能需要訪問的許多服務之間的中間人

讓我們更詳細地研究一下API網(wǎng)關能做什么。

2.1 請求驗證

這包括檢查傳入的請求，以確認它們在轉發(fā)到后端服務之前符合預定義的標準。

這可能包括檢查請求的結構、驗證數(shù)據(jù)類型、確保存在所需的參數(shù)，以及根據(jù)模式驗證查詢參數(shù)、頭和請求體。

通過這樣做，API網(wǎng)關作為第一道防線，防止格式不規(guī)范或惡意請求到達后端系統(tǒng)。

用餐廳的比喻，這類似于在餐廳門口等待迎接客人的領班，但記住，這是一個高檔餐廳，所以領班要確保客人的著裝符合餐廳的著裝規(guī)范 —— 類似于根據(jù)預定義的模式驗證傳入的 API 請求。

2.2 授權和認證

身份驗證是驗證發(fā)出請求的用戶或服務的身份的過程，通常通過用戶名和密碼、令牌或 API 密鑰等憑據(jù)進行驗證。

通過身份驗證后，授權將決定已通過身份驗證的實體有權訪問或執(zhí)行哪些資源或操作。

API網(wǎng)關通常與身份提供者集成，并支持各種身份驗證和授權機制，如OAuth、JWT、API密鑰等。它們確保只有合法的、授權的請求才能通過后端服務。

身份驗證關注的是“誰”，而授權關注的是“權限”。

對于迎接客人進入餐廳的領班來說，身份驗證涉及到客人證明他們就是自己所說的那個人，通常是通過出示某種形式的身份證件，其中的照片可以與他們的臉匹配。

授權將涉及檢查他們是否有預約，也就是說他們有權進入餐廳點餐。

2.3 速率限制

速率限制涉及到控制用戶或服務在指定時間范圍內(nèi)可以發(fā)出的請求數(shù)量，通常定義為每秒請求數(shù)量的限制(RPS)。

速率限制有助于避免后端服務的過載，確保它們?nèi)匀豢捎谩Ｋ俾氏拗埔脖挥米鞒杀究刂撇呗缘囊徊糠郑驗槟鷮榘l(fā)送到 API 網(wǎng)關的每個請求付費。

API網(wǎng)關可以根據(jù)訪問的用戶、服務或端點實施不同的速率限制策略。

以我們的餐廳類比為例，想象一下我們的餐廳里有客人，他們都經(jīng)過了驗證、認證和授權進入餐廳。但是這些客人特別饑餓和口渴，不斷點餐和飲料。在某個時刻，這對餐廳來說變得難以管理。廚師和服務員過度勞累，沒有能力接受任何新的訂單，盤子和餐具都用完了，廚房里的食物也快用完了。

主廚可以介入并限制顧客的訂單數(shù)量，例如，限制每小時可以點的主菜或葡萄酒的數(shù)量，限額限制可以確保餐廳不會超負荷，仍然能夠為新顧客服務。

2.4 請求路由

API 網(wǎng)關根據(jù) URL 路徑、HTTP 方法、標頭或查詢參數(shù)等各種條件管理傳入請求到適當后端服務的路由。它是微服務架構不可或缺的一部分，其中不同的服務處理 API 的不同部分。

回到我們之前的餐廳比喻，根據(jù)客人的目的，領班會將他們引向合適的人或地方——用餐者引向服務員，只想喝酒的客人引向吧臺，詢問預訂餐廳活動的人引向活動協(xié)調(diào)員。

2.5 請求和響應轉換

這涉及到在請求和響應通過 API 網(wǎng)關時對其進行修改。

對于請求，這可能意味著添加、刪除或修改頭部、重寫 URL，甚至更改請求體。對于響應，這可能涉及更改狀態(tài)代碼、修改頭部或轉換體。

這種功能允許 API 網(wǎng)關作為一個中介，可以轉換請求和響應，以滿足客戶機和后端服務的需求。

后端服務也可以執(zhí)行這種請求和響應轉換。關于哪個組件(API網(wǎng)關或后端服務)進行轉換的決定是主觀的。但是，API網(wǎng)關通常是一個理想的地方，以最小的努力集中這種轉換，而不是在每個后端服務中進行自定義轉換。

例如，如果餐廳的客人不耐麩質，那么他們的訂單就必須改變，以確保餐點不含任何麩質。

這種訂單轉換的邏輯可以通過領班在把訂單發(fā)給主廚之前明確地指出哪些食材應該被排除在菜單之外來實現(xiàn)，也可以在廚房里通過領班簡單地告訴主廚客人點了一道無麩質菜肴，并讓他相應地修改訂單來實現(xiàn)。

3.真實世界的例子

微服務架構是一種開發(fā)軟件的方法，它將大型應用程序分解為更小的、獨立的組件，稱為微服務。每個微服務都是一個自包含的單元，在更廣泛的應用程序中具有特定的功能或責任。

下圖顯示了一個基本的電子商務應用程序的簡單微服務架構。

電子商務網(wǎng)站微服務架構中使用的API網(wǎng)關

「客戶端」：這些是與電子商務平臺交互的不同客戶端。它們可以是移動應用程序、網(wǎng)頁瀏覽器或任何其他第三方應用程序。
「API網(wǎng)關」：作為所有類型客戶機的單一入口點，它根據(jù)請求的性質(與用戶相關、與產(chǎn)品相關、與訂單相關)將請求路由到適當?shù)奈⒎铡?/li>
「服務」：這些是電子商務網(wǎng)站特定的微服務示例。每個服務處理業(yè)務邏輯的不同方面，如用戶配置文件、產(chǎn)品目錄和訂單處理。
「數(shù)據(jù)庫」：每個微服務都有自己的專用數(shù)據(jù)庫，確保數(shù)據(jù)隔離和服務獨立性。

在這個例子中，API網(wǎng)關是：

確保每個客戶的請求都經(jīng)過「驗證」
確保客戶在進行一些操作(如訂購或撰寫產(chǎn)品評論)之前得到「身份驗證和授權」。
「速率限制」請求，以確保服務不會因發(fā)送大量請求的惡意行為而關閉。
根據(jù)不同的條件(如 URL 路徑、HTTP 方法、頭部或查詢參數(shù))將「客戶機請求路由」到適當?shù)暮蠖朔铡?/li>
處理「請求和響應轉換」。例如，來自 Product Service 的響應可能具有復雜的格式和廣泛的細節(jié)。API 網(wǎng)關將此響應轉換為更適合移動應用程序的格式。這可能涉及簡化數(shù)據(jù)，將其轉換為更輕的格式，或僅提取移動應用程序所需的基本信息。

End

API網(wǎng)關是一種完全托管的服務，它使開發(fā)人員能夠更輕松地創(chuàng)建、發(fā)布、維護、監(jiān)控和保護幾乎任何規(guī)模的API，由于是完全托管的，它抽象了管理和維護底層基礎設施所需的工作——這由提供服務的云提供商處理。