架构师必知必会系列：服务导向架构与API设计

作者：禅与计算机程序设计艺术

1.简介

“服务导向”(Service-Oriented Architecture, SOA)架构模式是当前企业级应用开发过程中不可或缺的一环。微软提出的SOA定义了一组集约化、抽象化、标准化、可复用、服务间通信的面向服务的体系结构，旨在实现复杂系统的架构和业务流程的解耦。 近几年来随着云计算、物联网、大数据等新兴技术的蓬勃发展，SOA已经成为主流的服务架构模式。根据国际标准组织ISO/IEC 29119，SOA架构模式是一种面向服务的计算机系统体系结构模式，由一个或多个协同工作的服务提供者和服务消费者组成。服务可以按照功能划分为不同的层次并通过网络进行通信，使得各个服务之间能够互相独立地运行而不相互影响。因此，SOA架构模式将应用程序功能分离成独立的服务，彼此之间通过接口调用实现信息交换和数据共享，从而降低应用程序之间的耦合度，提升模块化的能力和适应性。

而RESTful API是SOA架构模式中的重要组成部分。它是一种基于HTTP协议的应用编程接口（API）风格，是一种简单易懂、标准化的API设计方式。正如其名字所暗示的那样，RESTful API的全称是Representational State Transfer，即资源状态转移。在RESTful API中，URL用来定位资源（Resource），而HTTP方法则用于对资源执行各种操作（Create、Retrieve、Update、Delete）。通过这种风格，客户端应用可以通过HTTP请求的形式获取需要的数据或者发送修改请求到服务器端，从而实现对数据的增删查改等操作。同时，RESTful API也是Web应用的一种重要的组件。

本文主要介绍服务导向架构模式及其相关概念和技术，以及RESTful API的设计原则、接口规范和最佳实践。通过本文的学习，读者可以了解到什么是SOA架构模式、它的优点、缺点、工作流程、相关概念及技术，并且学会设计和实现符合RESTful API规范的API接口。通过阅读并理解这些知识，读者可以在实际工作中灵活运用SOA架构模式及其相关技术，为公司构建健康的软件架构保驾护航。

2.基本概念

2.1 服务导向架构模式

服务导向架构模式(Service-Oriented Architecture, SOA)，通常翻译为面向服务的架构模式，是一种基于面向对象技术的软件架构模式。SOA架构模式采用分布式架构，将应用中的功能模块化成多个可重用的服务，并通过网络进行通信。每个服务都有明确的功能和接口，可以独立部署、扩展和更新。各个服务之间通过接口通信，保证了服务的独立性、稳定性、可靠性和安全性。

SOA架构模式的组成要素包括：

1. 服务：一个或多个协同工作的实体，它们之间通过接口通信。
2. 消息交换机制：服务间的通信机制，如基于XML或JSON的SOAP、基于RPC或消息队列的RESTful。
3. 服务发现机制：服务注册中心或目录，用于发现服务提供方和消费方的位置信息，实现动态绑定。
4. 服务管理机制：监控、跟踪、控制服务的运行状况，并根据预设的策略调配服务提供方和消费方之间的关系。
5. 服务协作框架：包括多种服务组合方式、服务编排工具、事件驱动模型等。
6. 其他规范：如契约规定、错误处理、日志记录、安全性等。

2.2 RESTful API

RESTful API，全称Representational State Transfer，即资源状态转移，是一种基于HTTP协议的应用编程接口（API）设计风格。它是Web应用中最流行的一种API设计风格，具备简单、易用、扩展性强、无状态、可缓存、自描述等特点。RESTful API是一个关注于资源的API，通过HTTP协议访问服务提供方的资源，实现对资源的创建、查询、修改、删除等操作。

2.2.1 RESTful API的设计原则

RESTful API的设计原则如下：

1. URI代表资源：URI（Uniform Resource Identifier）唯一标识了一个资源，应该尽量详细。比如，/users/{userId}就更加详细一些，它表示的是用户资源的一个具体实例，其中{userId}就是该资源的ID。
2. HTTP方法：HTTP协议提供了丰富的请求方法，RESTful API也应当沿用这些方法，如GET、POST、PUT、DELETE等。
3. 返回结果的格式：RESTful API返回结果的格式可以是JSON、XML、HTML等，由响应头指定。
4. 支持自动化：RESTful API支持HATEOAS（Hypermedia as the Engine of Application State），即超媒体作为应用状态引擎。
5. 接口版本控制：RESTful API支持接口版本控制，可以通过URL路径、请求参数等方式区别不同版本的接口。
6. 可测试性：RESTful API通过标准HTTP协议，可方便地被测试工具模拟。

2.2.2 RESTful API接口规范

RESTful API接口规范主要包括以下几个方面：

1. 请求方法：RESTful API的请求方法一般是GET、POST、PUT、DELETE四种。

• GET：用于获取资源。
• POST：用于新建资源。
• PUT：用于更新资源。
• DELETE：用于删除资源。

2. 路由：RESTful API的路由规则主要遵循正斜杠的命名风格，并用动词表示资源的行为，比如/users/:id，其中:id表示用户资源的ID。
3. URL参数：RESTful API允许通过查询字符串（Query String）传递参数。
4. 请求头：RESTful API的请求头提供了关于请求信息的额外描述，如Content-Type、Accept等。
5. 返回值：RESTful API的返回值采用统一格式，如JSON、XML、HTML等。
6. 状态码：RESTful API的状态码采用HTTP协议的状态码，用于反映请求的成功或失败。
7. 错误处理：RESTful API需要对异常情况进行细致的错误处理，如参数验证失败、权限校验失败、资源不存在等。

2.2.3 RESTful API最佳实践

1. 使用统一的接口描述语言：RESTful API最好使用单一的接口描述语言，如OpenAPI、RAML、Swagger等。
2. 接口版本控制：RESTful API可以支持接口版本控制，并给出各个版本的地址。
3. 数据传输格式：RESTful API的数据传输格式建议采用JSON，可以更高效地利用现有的JavaScript库、语言支持等。
4. 接口幂等性：RESTful API一般支持接口幂等性，即重复请求不会导致数据重复提交。
5. 参数校验和错误处理：RESTful API需要对参数做合法性校验，并对错误情况进行友好的提示。
6. 测试用例编写：RESTful API的测试用例一般都是用自动化工具编写的，通过模拟各种输入条件快速验证接口是否正常。
7. 文档编写：RESTful API需要编写清晰的文档，包含接口描述、示例代码和使用场景。

3.核心算法

3.1 OAuth2.0认证授权协议

OAuth2.0（开放授权）是一个开放标准，它允许用户赋予第三方应用访问其在某些网站上存储的私密信息的权利，而无需向用户提供用户名和密码。OAuth2.0允许应用直接登录用户账号（如Facebook、Google）授权，而不是要求用户把用户名密码告诉应用。OAuth2.0提供了四种授权方式，分别是授权码模式、隐式授权模式、简化的授权模式和密码模式。这里我们只讨论授权码模式和密码模式。

授权码模式（Authorization Code）：这种授权模式是在OAuth2.0授权框架基础上的进一步拓展，它不需要用户允许客户端直接访问资源，而是让用户先同意授予客户端访问其资源的权限，然后再得到授权码，再通过授权码去访问资源。

密码模式（Password）：这是最简单的授权模式，用户在向客户端请求令牌时，直接使用用户名和密码来换取令牌。这种模式不安全，因为用户名和密码容易泄露，且暴露后可能会导致账户被盗。

3.2 JWT身份认证

JWT（Json Web Token）是一种基于JSON的轻量级数据交换格式，可以用来在两个 parties（两个应用或服务）之间安全地传递信息。JWT可以使用HMAC加密算法（HS256、HS384、HS512）或RSA签名算法（RS256、RS384、RS512）生成。

JWT编码规则：

1. Header（头部）：将JWT类型声明为JWT，设置JWT使用的哈希算法，如 HMAC SHA256 或 RSA SHA256。
2. Payload（负载）：用于存放有效负载，如用户名、过期时间、签名。
3. Signature（签名）：对Header和Payload的内容使用加密算法计算得到，然后将结果连接到一起构成JWT。

JWT的使用场景：

1. 单点登录（SSO）：使用JWT搭配SSO可以实现用户免登录，一次登录便可访问所有受保护的资源，避免了传统登录过程中的密码输入繁琐、页面跳转混乱的问题。
2. 分布式身份验证（DVA）：JWT还可以用于分布式环境下用户的身份验证。例如，用户在不同的应用或服务间进行身份认证时，都可以使用JWT来生成令牌，并验证令牌的有效性，确保用户的访问权限得到有效限制。
3. 信息交换：JWT还可以用于两个应用或服务之间的数据交换，如服务间鉴权、跨域AJAX请求等。

4.实现代码实例和解释说明

在实现代码实例前，首先明确一下需求，即如何设计RESTful API接口。本文假设有一个典型的B2C电商平台，有商品、订单、支付、评论、店铺等七个子系统。

4.1 设计产品API

• 获取全部商品列表：GET /products
• 查找特定商品详情：GET /products/:productId
• 创建新商品：POST /products
• 更新商品信息：PUT /products/:productId
• 删除商品：DELETE /products/:productId

4.2 设计订单API

• 获取全部订单列表：GET /orders
• 查找特定订单详情：GET /orders/:orderId
• 创建新订单：POST /orders
• 更新订单信息：PUT /orders/:orderId
• 取消订单：PATCH /orders/:orderId/cancel
• 删除订单：DELETE /orders/:orderId

4.3 设计支付API

• 创建订单付款链接：POST /payments/create-payment-url
• 订单支付回调通知：POST /payments/callback

4.4 设计评论API

• 发表评论：POST /comments
• 获取全部评论列表：GET /comments
• 查找特定商品评论列表：GET /comments?product_id=:productId
• 查找特定用户评论列表：GET /comments?user_id=:userId

4.5 设计店铺API

• 获取店铺信息：GET /shop/info
• 修改店铺信息：PUT /shop/info

5.未来发展方向

通过本文的学习，读者可以掌握SOA架构模式及其相关概念和技术，并且知道如何设计符合RESTful API规范的API接口。通过阅读并理解这些知识，读者可以在实际工作中灵活运用SOA架构模式及其相关技术，为公司构建健康的软件架构保驾护航。未来，RESTful API将成为许多公司面向大众的API的标配技术之一。