RESTful协议

本文最后更新于:2022年6月25日 凌晨

一、REST简述

来自维基百科的解释:

表现层状态转换(REST,英文:Representational State Transfer)是Roy Thomas Fielding博士于2000年在他的博士论文[1] 中提出来的一种万维网软件架构风格,目的是便于不同软件/程序在网络(例如互联网)中互相传递信息。表现层状态转换是根基于超文本传输协议(HTTP)之上而确定的一组约束和属性,是一种设计提供万维网络服务的软件构建风格。匹配或兼容于这种架构风格(简称为 REST 或 RESTful)的网络服务,允许客户端发出以统一资源标识符访问和操作网络资源的请求,而与预先定义好的无状态操作集一致化。因此表现层状态转换提供了在互联网络的计算系统之间,彼此资源可交互使用的协作性质(interoperability)。相对于其它种类的网络服务,例如 SOAP服务则是以本身所定义的操作集,来访问网络上的资源。

Web 应用程序最重要的 REST 原则是,客户端和服务器之间的交互在请求之间是无状态的。从客户端到服务器的每个请求都必须包含理解请求所必需的信息。如果服务器在请求之间的任何时间点重启,客户端不会得到通知。此外,无状态请求可以由任何可用服务器回答,这十分适合云计算之类的环境。客户端可以缓存数据以改进性能。

在服务器端,应用程序状态和功能可以分为各种资源。资源是一个有趣的概念实体,它向客户端公开。资源的例子有:应用程序对象、数据库记录、算法等等。每个资源都使用 URI (Universal Resource Identifier) 得到一个唯一的地址。所有资源都共享统一的接口,以便在客户端和服务器之间传输状态。使用的是标准的 HTTP 方法,比如 GET、PUT、POSTDELETEHypermedia 是应用程序状态的引擎,资源表示通过超链接互联。

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二、REST的解析

Fielding将他对互联网软件的架构原则,定名为REST,即Representational State Transfer的缩写。我对这个词组的翻译是”表现层状态转化”。

如果一个架构符合REST原则,就称它为RESTful架构。

要理解RESTful架构,最好的方法就是去理解Representational State Transfer这个词组到底是什么意思,它的每一个词代表了什么涵义。如果你把这个名称搞懂了,也就不难体会REST是一种什么样的设计。

  • REST从资源的角度类审视整个网络,它将分布在网络中某个节点的资源通过URL进行标识,客户端应用通过URL来获取资源的表征,获得这些表征致使这些应用转变状态
  • REST与技术无关,代表的是一种软件架构风格,REST是Representational State Transfer的简称,中文翻译为“表征状态转移”
  • 所有的数据,不过是通过网络获取的还是操作(增删改查)的数据,都是资源,将一切数据视为资源是REST区别与其他架构风格的最本质属性
  • 对于REST这种面向资源的架构风格,有人提出一种全新的结构理念,即:面向资源架构(ROA:Resource Oriented Architecture)

三、资源(Resources)

REST的名称”表现层状态转化”中,省略了主语。”表现层”其实指的是”资源”(Resources)的”表现层”。

所谓”资源”,就是网络上的一个实体,或者说是网络上的一个具体信息。它可以是一段文本、一张图片、一首歌曲、一种服务,总之就是一个具体的实在。你可以用一个URI(统一资源定位符)指向它,每种资源对应一个特定的URI。要获取这个资源,访问它的URI就可以,因此URI就成了每一个资源的地址或独一无二的识别符。

所谓”上网”,就是与互联网上一系列的”资源”互动,调用它的URI。

四、表现层(Representation)

“资源”是一种信息实体,它可以有多种外在表现形式。我们把”资源”具体呈现出来的形式,叫做它的”表现层”(Representation)。

比如,文本可以用txt格式表现,也可以用HTML格式、XML格式、JSON格式表现,甚至可以采用二进制格式;图片可以用JPG格式表现,也可以用PNG格式表现。

URI只代表资源的实体,不代表它的形式。严格地说,有些网址最后的”.html”后缀名是不必要的,因为这个后缀名表示格式,属于”表现层”范畴,而URI应该只代表”资源”的位置。它的具体表现形式,应该在HTTP请求的头信息中用Accept和Content-Type字段指定,这两个字段才是对”表现层”的描述。

五、状态转化(State Transfer)

访问一个网站,就代表了客户端和服务器的一个互动过程。在这个过程中,势必涉及到数据和状态的变化。

互联网通信协议HTTP协议,是一个无状态协议。这意味着,所有的状态都保存在服务器端。因此,如果客户端想要操作服务器,必须通过某种手段,让服务器端发生”状态转化”(State Transfer)。而这种转化是建立在表现层之上的,所以就是”表现层状态转化”。

客户端用到的手段,只能是HTTP协议。具体来说,就是HTTP协议里面,四个表示操作方式的动词:GET、POST、PUT、DELETE。它们分别对应四种基本操作:GET用来获取资源,POST用来新建资源(也可以用于更新资源),PUT用来更新资源,DELETE用来删除资源。

六、综述

综合上面的解释,我们总结一下什么是RESTful架构:

  (1)每一个URI代表一种资源;

  (2)客户端和服务器之间,传递这种资源的某种表现层;

  (3)客户端通过四个HTTP动词,对服务器端资源进行操作,实现”表现层状态转化”。

七、误区

RESTful架构有一些典型的设计误区。

最常见的一种设计错误,就是URI包含动词。因为”资源”表示一种实体,所以应该是名词,URI不应该有动词,动词应该放在HTTP协议中。

举例来说,某个URI是 /posts/show/1 ,其中 show 是动词,这个URI就设计错了,正确的写法应该是 /posts/1 ,然后用 GET 方法表示 show 。

如果某些动作是HTTP动词表示不了的,你就应该把动作做成一种资源。比如网上汇款,从账户1向账户2汇款500元,错误的URI是:

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POST /accounts/1/transfer/500/to/2

正确的写法是把动词transfer改成名词transaction,资源不能是动词,但是可以是一种服务:

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POST /transaction HTTP/1.1
Host: 127.0.0.1
  
from=1&to=2&amount=500.00

另一个设计误区,就是在URI中加入版本号:

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http://www.example.com/app/1.0/foo

http://www.example.com/app/1.1/foo

http://www.example.com/app/2.0/foo

因为不同的版本,可以理解成同一种资源的不同表现形式,所以应该采用同一个URI。版本号可以在HTTP请求头信息的Accept字段中进行区分(参见Versioning REST Services):

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Accept: vnd.example-com.foo+json; version=1.0

Accept: vnd.example-com.foo+json; version=1.1

Accept: vnd.example-com.foo+json; version=2.0

八、RESTful API设计

8.1 协议

API与用户的通信协议,总是使用HTTPs协议

8.2 域名

应该尽量将API部署在专用域名之下。

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https://api.example.com

如果确定API很简单,不会有进一步扩展,可以考虑放在主域名下。

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https://example.org/api/

8.3 版本(Versioning)

应该将API的版本号放入URL。

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https://api.example.com/v1/

另一种做法是,将版本号放在HTTP头信息中,但不如放入URL方便和直观。Github采用这种做法。

8.4 路径(Endpoint)

路径又称”终点”(endpoint),表示API的具体网址。

在RESTful架构中,每个网址代表一种资源(resource),所以网址中不能有动词,只能有名词,而且所用的名词往往与数据库的表格名对应。一般来说,数据库中的表都是同种记录的”集合”(collection),所以API中的名词也应该使用复数。

举例来说,有一个API提供动物园(zoo)的信息,还包括各种动物和雇员的信息,则它的路径应该设计成下面这样。

8.5 HTTP动词

对于资源的具体操作类型,由HTTP动词表示。

常用的HTTP动词有下面五个(括号里是对应的SQL命令)。

  • GET(SELECT):从服务器取出资源(一项或多项)。
  • POST(CREATE):在服务器新建一个资源。
  • PUT(UPDATE):在服务器更新资源(客户端提供改变后的完整资源)。
  • PATCH(UPDATE):在服务器更新资源(客户端提供改变的属性)。
  • DELETE(DELETE):从服务器删除资源。

还有两个不常用的HTTP动词。

  • HEAD:获取资源的元数据。
  • OPTIONS:获取信息,关于资源的哪些属性是客户端可以改变的。

下面是一些例子。

  • GET /zoos:列出所有动物园
  • POST /zoos:新建一个动物园
  • GET /zoos/ID:获取某个指定动物园的信息
  • PUT /zoos/ID:更新某个指定动物园的信息(提供该动物园的全部信息)
  • PATCH /zoos/ID:更新某个指定动物园的信息(提供该动物园的部分信息)
  • DELETE /zoos/ID:删除某个动物园
  • GET /zoos/ID/animals:列出某个指定动物园的所有动物
  • DELETE /zoos/ID/animals/ID:删除某个指定动物园的指定动物

8.6 过滤信息(Filtering)

如果记录数量很多,服务器不可能都将它们返回给用户。API应该提供参数,过滤返回结果。

下面是一些常见的参数。

  • ?limit=10:指定返回记录的数量
  • ?offset=10:指定返回记录的开始位置。
  • ?page=2&per_page=100:指定第几页,以及每页的记录数。
  • ?sortby=name&order=asc:指定返回结果按照哪个属性排序,以及排序顺序。
  • ?animal_type_id=1:指定筛选条件

参数的设计允许存在冗余,即允许API路径和URL参数偶尔有重复。比如,GET /zoo/ID/animals 与 GET /animals?zoo_id=ID 的含义是相同的。

8.7 状态码(Status Codes)

服务器向用户返回的状态码和提示信息,常见的有以下一些(方括号中是该状态码对应的HTTP动词)。

  • 200 OK - [GET]:服务器成功返回用户请求的数据,该操作是幂等的(Idempotent)。
  • 201 CREATED - [POST/PUT/PATCH]:用户新建或修改数据成功。
  • 202 Accepted - [*]:表示一个请求已经进入后台排队(异步任务)
  • 204 NO CONTENT - [DELETE]:用户删除数据成功。
  • 400 INVALID REQUEST - [POST/PUT/PATCH]:用户发出的请求有错误,服务器没有进行新建或修改数据的操作,该操作是幂等的。
  • 401 Unauthorized - [*]:表示用户没有权限(令牌、用户名、密码错误)。
  • 403 Forbidden - [*] 表示用户得到授权(与401错误相对),但是访问是被禁止的。
  • 404 NOT FOUND - [*]:用户发出的请求针对的是不存在的记录,服务器没有进行操作,该操作是幂等的。
  • 406 Not Acceptable - [GET]:用户请求的格式不可得(比如用户请求JSON格式,但是只有XML格式)。
  • 410 Gone -[GET]:用户请求的资源被永久删除,且不会再得到的。
  • 422 Unprocesable entity - [POST/PUT/PATCH] 当创建一个对象时,发生一个验证错误。
  • 500 INTERNAL SERVER ERROR - [*]:服务器发生错误,用户将无法判断发出的请求是否成功。

状态码的完全列表参见这里

8.8 错误处理(Error handling)

如果状态码是4xx,就应该向用户返回出错信息。一般来说,返回的信息中将error作为键名,出错信息作为键值即可。

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{
error: "Invalid API key"
}

8.9 返回结果

针对不同操作,服务器向用户返回的结果应该符合以下规范。

  • GET /collection:返回资源对象的列表(数组)
  • GET /collection/resource:返回单个资源对象
  • POST /collection:返回新生成的资源对象
  • PUT /collection/resource:返回完整的资源对象
  • PATCH /collection/resource:返回完整的资源对象
  • DELETE /collection/resource:返回一个空文档

8.10 Hypermedia API

RESTful API最好做到Hypermedia,即返回结果中提供链接,连向其他API方法,使得用户不查文档,也知道下一步应该做什么。

比如,当用户向api.example.com的根目录发出请求,会得到这样一个文档。

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{"link": {
"rel": "collection https://www.example.com/zoos",
"href": "https://api.example.com/zoos",
"title": "List of zoos",
"type": "application/vnd.yourformat+json"
}}

上面代码表示,文档中有一个link属性,用户读取这个属性就知道下一步该调用什么API了。rel表示这个API与当前网址的关系(collection关系,并给出该collection的网址),href表示API的路径,title表示API的标题,type表示返回类型。

Hypermedia API的设计被称为HATEOAS。Github的API就是这种设计,访问api.github.com会得到一个所有可用API的网址列表。

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{
"current_user_url": "https://api.github.com/user",
"authorizations_url": "https://api.github.com/authorizations",
// ...
}

从上面可以看到,如果想获取当前用户的信息,应该去访问api.github.com/user,然后就得到了下面结果。

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{
"message": "Requires authentication",
"documentation_url": "https://developer.github.com/v3"
}

上面代码表示,服务器给出了提示信息,以及文档的网址。

8.11 其他

(1)API的身份认证应该使用OAuth 2.0框架。

(2)服务器返回的数据格式,应该尽量使用JSON,避免使用XML。

参考资料:

阮一峰:http://www.ruanyifeng.com/blog/2011/09/restful.html

YUAN先生: https://www.cnblogs.com/yuanchenqi/articles/8742684.html

维基百科: https://en.wikipedia.org/wiki/Representational_state_transfer


RESTful协议
https://yance.wiki/2018/05/09/一、REST简述/
作者
Yance Huang
发布于
2018年5月9日
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