Web API 设计方法论

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Web API 设计方法论

作者Mike Amundsen，译者吴海星

为Web 设计、实现和维护API 不仅仅是一项挑战；对很多公司来说，

这是一项势在必行的任务。本系列将带领读者走过一段旅程，从为API

确定业务用例到设计方法论，解决实现难题，并从长远的角度看待在

Web 上维护公共API。沿途将会有对有影响力的人物的访谈，甚至还

有API 及相关主题的推荐阅读清单。

这篇InfoQ 文章是Web API 从开始到结束系列文章中的一篇。你可以

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设计Web API 不止是URL、HTTP 状态码、头信息和有效负载。设计

的过程——基本上是为了API 的“观察和感受”——这非常重要，并

且值得你付出努力。本文简要概括了一种同时发挥HTTP 和Web 两者

优势的API 设计方法论。并且它不仅对HTTP 有效。如果有时你还需

要通过WebSockets、XMPP、MQTT 等实现同样的服务，大部分API

设计的结果同样可用。可以让未来支持多种协议更容易实现和维护。

优秀的设计超越了URL、状态码、头信息和有效负载

一般来说， Web API 设计指南的重点是通用的功能特性，比如URL

设计，正确使用状态码、方法、头信息之类的HTTP 功能特性，以及

持有序列化的对象或对象图的有效负载设计。这些都是重要的实现细

节，但不太算得上API 设计。并且正是API 的设计--服务的基本功能特

性的表达和描述方式--为Web API 的成功和可用性做出了重要贡献。

一个优秀的设计过程或方法论定义了一组一致的、可重复的步骤集，

可以在将一个服务器端服务组件输出为一个可访问的、有用的Web API

时使用。那就是说，一个清晰的方法论可以由开发人员、设计师和软

件架构师共享，以便在整个实现周期内帮助大家协同活动。一个成熟

的方法论还可以随着时间的发展，随着每个团队不断发现改善和精简

过程的方式而得到精炼，却不会对实现细节产生不利的影响。实际上，

当实现细节和设计过程两者都有清晰的定义并相互分离时，实现细节

专题| Topic

的改变（比如采用哪个平台、OS、框架和UI 样式）可以独立于设计过

程。

API 设计七步法

接下来我们要对Richardson 和Amundsen 合著的《REST 风格的Web

API》一书中所介绍的设计方法论做简要地概述。因为篇幅所限，我们

不能深入探讨这一过程中的每一步骤，但这篇文章可以让你有个大概

的认识。另外，读者可以用这篇概述作为指南，根据自己组织的技能

和目标开发一个独有的Web API 设计过程。

说明：是的，7 步看起来有点儿多。实际上清单中有5 个步骤属于设计，

额外还有两个条目是实现和发布。最后这两个设计过程之外的步骤是

为了提供一个从头到尾的体验。

你应该计划好根据需要重新迭代这些步骤。通过步骤2（绘制状态图）

意识到在步骤1（列出所有组成部分）有更多工作要做。当你接近于写

代码（步骤6）时，可能会发现第5 步（创建语义档案）中漏了一些东

西。关键是用这个过程暴露尽可能多的细节，并愿意回退一步或者两

步，把前面漏掉的补上。迭代是构建更加完整的服务画面以及澄清如

何将它暴露给客户端程序的关键。

步骤1 : 列出所有组成部分

第一步是列出客户端程序可能要从我们的服务中获取的，或要放到我

们的服务中的所有数据片段。我们将这些称为语义描述符。语义是指

它们处理数据在应用程序中的含义，描述符是指它们描述了在应用程

序自身中发生了什么。注意，这里的视点是客户端，不是服务器端。

将API 设计成客户端使用的东西很重要。

比如说，在一个简单的待办事项列表应用中，你可能会找到下面这些

语义描述符：

 id：系统中每条记录的唯一标识符；

 title：每个待办事项的标题；

 dateDue：待办事项应该完成的日期；

 complete：一个是/否标记，表明待办事项是否已经完成了。

在一个功能完备的应用程序中，可能还会有很多语义描述符，涉及待

办事项的分类（工作、家庭、园艺等），用户信息（用于多用户的实

现）等等。不过为了突出过程本身，我们会保持它的简单性。

专题| Topic

步骤2 : 绘制状态图

下一步是根据建议的API 绘制出状态图。图中的每个框都表示一种可

能的表示——一个包含在步骤1 中确定的或多个语义描述符的文档。

你可以用箭头表示从一个框到下一个的转变——从一个状态到下一个

状态。这些转变是由协议请求触发的。

在每次变化中还不用急着指明用哪个协议方法。只要标明变化是安全

的（比如HTTP GET），还是不安全/非幂等的（比如HTTP.POST），

或者不安全/幂等的（PUT）。

说明：幂等动作是指重复执行时不会有无法预料的副作用。比如

HTTP PUT ，因为规范说服务器应该用客户端传来的状态值替换目标资

源的已有值，所以说它是幂等的。而HTTP POST 是非幂等的，因为规

范指出提交的值应该是追加到已有资源集合上的，而不是替换。

在这个案例中，我们这个简单的待办事项服务的客户端应用程序可能

需要访问可用条目的清单，能过滤这个清单，能查看单个条目，并且

能将条目标记为已完成。这些动作中很多都用状态值在客户端和服务

器之间传递数据。比如add-item 动作允许客户端传递状态值title 和

dueDate。下面是一个说明那些动作的状态图。

专题| Topic

这个状态图中展示的这些动作（也在下面列出来了）也是语义描述符--

它们描述了这个服务的语义动作。

 read-list

 filter-list

 read-item

 create-item

 mark-complete

在你做这个状态图的过程中，你可能会发现自己漏掉了客户端真正想

要或需要的动作或数据项。这是退回到步骤1 的机会，添加一些新的

描述符，并/或者在步骤2 中改进状态图。

在你重新迭代过这两步之后，你应该对客户端跟服务交互所需的所有

数据点和动作有了好的认识和想法。

步骤3：调和魔法字符串

下一步是调和服务接口中的所有“魔法字符串”。“魔法字符串”全

是描述符的名称--它们没有内在的含义，只是表示客户端跟你的服务通

讯时将要访问的动作或数据元素。调和这些描述符名称的意思是指采

用源自下面这些地方的，知名度更高的公共名称：

 Schema.org

 microformats.org

 Dublin Core

 IANA Link Relation Values

这些全是明确定义的、共享的名称库。当你服务接口使用来自这些源

头的名称时，开发人员很可能之前见过并知道它们是什么意思。这可

以提高API 的可用性。

说明：尽管在服务接口上使用共享名称是个好主意，但在内部实现里

可以不用（比如数据库里的数据域名称）。服务自身可以毫不困难地

将公共接口名称映射为内部存储名称。

以待办事项服务为例，除了一个语义描述符create-item，我能找到所有

可接受的已有名称。为此我根据Web Linking RFC5988 中的规则创建了

一个具有唯一性的URI。在给接口描述符选择知名的名称时需要折中。

它们极少能跟你的内部数据存储元素完美匹配，不过那没关系。

这里是我的结果：

 id -> 来自Dublin Core 的identifier

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 title - 来自Schema.org 的name

 dueDate -> 来自Schema.org 的scheduledTime

 complete -> 来自Schema.org 的status

 read-list -> 来自IANA Link Relation Values 的collection

 filter-list -> 来自IANA Link Relation Values 的search

 read-item -> 来自IANA Link Relation Values 的item

 create-item ->用RFC5988 的http://mamund.com/rels/create-item

 mark-complete - 来自IANA Link Relation Values 的edit

经过名称调和，我的状态图变成了下面这样：

步骤4：选一个媒体类型

API 设计过程的下一步是选一个媒体类型，用来在客户端和服务器端之

间传递消息。Web 的特点之一是数据是通过统一的接口作为标准化文

档传输的。选择同时支持数据描述符（比如"identifier"、"status"等）和

动作描述符（比如"search"、"edit"等）的媒体类型很重要。有相当多可

用的格式。

在我写这篇文章时，一些顶尖的超媒体格式是(排名不分先后)：

 超文本标记语言(HTML)

 超文本应用程序语言(HAL)

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 Collection+JSON (Cj)

 Siren

 JSON-API

 交换表达式的统一基础(UBER)

让所选择的媒体类型适用于你的目标协议也很重要。大多数开发人员

喜欢用HTTP 协议做服务接口。然而WebSockets、XMPP、MQTT 和

CoAP 也会用--特别是对于高速、短消息、端到端的实现。

在这个例子中，我会以HTML 为消息格式，并采用HTTP 协议。HTML

有所有数据描述符所需的支持(

用于列表，
• 用于条目，

  用于数据元素)。它也有足够的动作描述符支持(用于安全

  链接，

  用于安全转变，

  用于非安全转变）。

  注意：在这个状态图中， “编辑”动作是幂等的（比如HTTP PUT），

  并且HTML 仍然没有对PUT 的原生支持。在这个例子中，我会添加一

  个域来将HTML 的POST 做成幂等的。

  好了，现在我可以基于那个状态图创建一些样例表示来“试试”这个

  接口了。对我们的例子而言，只有两个表示要渲染：“待办事项列表”

  和“待办事项条目”表示。

  专题| Topic

  图1 用HTML 表示待办事项列表集合

  图2 用HTML 表示待办事项条目

  专题| Topic

  记住，在你做状态图的表示样例时，可能会发现之前的步骤中有所遗

  漏（比如漏掉描述符，动作描述符中有幂等之类的变化等）。那也没

  关系。现在就是解决所有这些问题的时机-- 在你把这个设计变成代码

  之前。

  等你对表示完全满意之后，在开始写代码之前还有一个步骤——创建

  语义档案。

  步骤5： 创建语义档案

  语义档案是一个文档，其中列出了设计中的所有描述符，包括对开发

  人员构建客户端和服务器端实现有帮助的所有细节。这个档案是一个

  实现指南，不是实现描述。这个差别很重要。

  服务描述符的格式

  服务描述文档格式已经出现了相当长一段时间了，并且当你想给已有

  的服务实现生产代码或文档时很方便。确实有很多种格式。

  在我写这篇文章时，顶级竞争者有：

   Web 服务定义语言(WSDL)

   原子服务描述(AtomSvc)

   Web 应用程序描述语言(WADL)

   Blueprint

   Swagger

   REST 风格的应用程序建模语言(RAML)

   档案的格式

   现在只有几种档案格式。我们推荐下面两种：

   应用级语义档案(ALPS)

   JSON-LD + Hydra

  这两个都比较新。JSON-LD 规范在2014 年早期达成了W3C 推荐状态。

  Hydra 仍是一个非官方草案（本文写成时还是），有一个活跃的开发者

  社区。ALPS 仍处于IETF 的早期草案阶段。

  因为档案文档的理念是要描述一个问题空间的现实生活方面（不只是

  那一空间中的单一实现），所以其格式跟典型的描述格式十分不同。

  专题| Topic

  图3 ALPS 格式的待办事项列表语义档案

  你会注意到，这个文档就像一个基本的词汇表，包含了待办事项服务

  接口中所有可能的数据值和动作--就是这个理念。同意遵循这个档案的

  服务可以自行决定它们的协议、消息格式甚至URL。同意接受这个档

  案的客户端将会构建为可以识别，如果合适的话，启用这个文档中的

  描述符。

  这种格式也很适合生成人类可读的文档，分析相似的档案，追踪哪个

  档案用得最广泛，甚至生成状态图。但那是另外一篇文章的课题了。

  现在你有完整的已调和名称的描述符清单，已标记的状态图，以及一

  个语义档案文档，可以开始准备编码实现样例服务器和客户端了。

  步骤6：写代码

  到了这一步，你应该可以将设计文档（状态图和语义档案）交给服务

  器和客户端程序的开发人员了，让他们开始做具体的实现。

  专题| Topic

  HTTP 服务器应该实现在第2 步中创建的状态图，并且来自客户端的请

  求应该触发正确的状态转变。服务发送的每个表示都应该用第3 步中

  选好的格式，并且应该包含一个第4 步中创建的指向一个档案的链接。

  响应中应该包含相应的超媒体控件，实现了在状态图中显示、并在档

  案文档中描述的动作。客户端和服务器端开发人员在这时可以创建相

  对独立的实现，并用测试验证其是否遵守了状态图和档案。

  有了稳定的可运行代码，还有一步要做：发布。

  步骤7：发布你的API

  Web API 应该至少发布一个总能给客户端响应的URL -- 即便是在遥远

  的将来。我将其称为“看板URL” --每个人都知道的。发布档案文档也

  是个好主意，服务的新实现可以在响应中链接它。你还可以发布人类

  可读的文档、教程等，以帮助开发人员理解和使用你的服务。

  做好这个之后，你应该有了一个设计良好的、稳定的、可访问的服务

  运行起来了，随时可以用。

  总结

  本文讨论了为Web 设计API 的一组步骤。重点是让数据和动作描述正

  确，并以机器可读的方式记录它们，以便让人类开发人员即便不直接

  接触也能轻松为这个设计实现客户端和服务器端。

  这些步骤是：

  1、列出所有组成部分

  收集客户端跟服务交互所需的所有数据元素。

  2、绘制状态图

  记录服务提供的所有动作（状态变化）

  3、调和魔法字符串

  整理你的公开接口以符合（尽可能）知名的名称

  4、选择媒体类型

  评审消息格式，找到跟目标协议的服务转变最贴近的那个。

  5、创建语义档案

  编写一个档案文档，定义服务中用的所有描述符。

  专题| Topic

  6、写代码

  跟客户端和服务器端开发人员分享档案文档，并开始写代码测试跟

  档案/状态图的一致性，并在有必要时进行调整。

  7、发布你的API

  发布你的"看板URL"和档案文档，以便其他人可以用他们创建新的

  服务以及/或者客户端程序。

  在设计过程中，你可能会发现有遗漏的元素，需要重做某些步骤，以

  及要做一些折中的决定。这在设计过程中出现得越早越好。将来开发

  人员要求用新的格式和协议实现时，你还有可能用这个API 设计。

  最后，这个方法论只是为Web API 设计过程创建一种可靠、可重复、

  一致的设计过程的一种可能方式。在你做这个例子时，可能会发现插

  入一些额外的步骤，或者缩减一些会更好用，并且-- 当然-- 消息格式

  和协议决策在不同案例中可能也会发生变化。

  希望这篇文章能给你一些启发，让你知道如何给自己的组织以及/或者

  团队创建一个最佳的API 设计方法论。