如何设计好的RESTful API

Posted 2023-02-18

参考技术A 安全是恒久的话题，对于基于WSDL和SOAP的Web Service，我们有WS-Security这样的安全规范来指导实现认证、授权、身份管理等安全需求。那么，RESTful API有无成熟可用规范或实现框架呢？如何保证RESTful API的安全性呢？
如何对RESTful API进行版本控制，请分享您认为实用的做法？
HTTP1.1规范中给出的动词对于设计RESTful API够用吗？您在实际项目中会扩展自己的动词吗？在什么情况下需要扩展？
今年5月份发布的JAX-RS 2.0规范对于RSTfulAPI的设计最有价值的特性是哪个（些）? 它（们）用于解决什么问题？
能否为InfoQ的读者们推荐一款实用的RESTful API开发框架，并说明您的推介理由。
HTTP2.0规范正在制定当中，您对它的期待是什么？
InfoQ：什么是好的RESTful API？相信每个人都有自己的评判标准。那么，您认为一个好的RESTful API应该具有哪些特征呢？

李锟：一个好的RESTful API，应该具备以下特征：
这个API应该是对浏览器友好的，能够很好地融入Web，而不是与Web格格不入。
浏览器是最常见和最通用的REST客户端。好的RESTful API应该能够使用浏览器+html完成所有的测试（不需要使用编程语言）。这样的API还可以很方便地使用各种自动化的Web功能测试、性能测试工具来做测试。Web前端应用（基于浏览器的RIA应用、移动App等等）也可以很方便地将多个RESTful API的功能组合起来，建造Mashup类的应用。
这个API中所包含的资源和对于资源的操作，应该是直观和容易理解的，并且符合HTTP协议的要求。
REST开发又被称作“面向资源的开发”，这说明对于资源的抽象，是设计RESTful API的核心内容。RESTful API建模的过程与面向对象建模类似，是以名词为核心的。这些名词就是资源，任何可命名的抽象概念都可以定义为一个资源。而HTTP协议并不是一种传输协议，它实际提供了一个操作资源的统一接口。对于资源的任何操作，都应该映射到HTTP的几个有限的方法（常用的有GET/POST/PUT/DELETE四个方法，还有不常用的PATCH/HEAD/OPTIONS方法）上面。所以RESTful API建模的过程，可以看作是具有统一接口约束的面向对象建模过程。
按照HTTP协议的规定，GET方法是安全且幂等的，POST方法是既不安全也不幂等的（可以用来作为所有写操作的通配方法），PUT、DELETE方法都是不安全但幂等的。将对资源的操作合理映射到这四个方法上面，既不过度使用某个方法（例如过度使用GET方法或POST方法），也不添加过多的操作以至于HTTP的四个方法不够用。
如果发现资源上的操作过多，以至于HTTP的方法不够用，应该考虑设计出更多的资源。设计出更多资源（以及相应的URI）对于RESTful API来说并没有什么害处。
这个API应该是松耦合的。
RESTful API的设计包括了三个循序渐进、由低到高的层次：资源抽象、统一接口、超文本驱动。正是这三个层次确保了RESTful API的松耦合性。
当设计面向互联网的API时，松耦合变成了一种“必须有”的强需求。紧耦合的API非常脆弱，一旦公布出去，服务器端和客户端都无法持续进化。尤其是服务器端，公布出去的接口根本不敢改，改了之后，几乎所有客户端应用立即无法正常工作。REST这种架构风格就是紧耦合API的解毒剂，这个话题可以谈的很深，这里就不展开了。感兴趣的读者可以参考《REST实战》。
这个API中所使用的表述格式应该是常见的通用格式
在RESTful API中，对于资源的操作，是通过在服务器端-客户端之间传递资源的表述来间接完成的。资源的表述可以有很多种格式，并且在响应和请求中的资源表述格式也会有所不同。GET/POST响应中的资源表述格式，常见的有HTML、XML、JSON；POST/PUT请求中的资源表述格式，常见的有标准的HTML表单参数、XML、JSON。
这些常见表述格式，处理起来非常容易，有大量的框架和库提供支持。所以除非有很合理的要求，通常不需要使用自定义的私有格式。
使用HTTP响应状态代码来表达各种出错情况
HTTP响应状态代码，是HTTP协议这个统一接口中用来表达出错情况的标准机制。响应状态代码分成两部分：status code和reason phase。两部分都是可定制的，也可以使用标准的status code，只定制reason phase。
如果一个所谓的“RESTful API”对于任何请求都返回200 OK响应，在响应的消息体中返回出错情况信息，这种做法显然不符合“确保操作语义的可见性”这个REST架构风格的基本要求。
这个API应该对于HTTP缓存是友好的
充分利用好HTTP缓存是RESTful API可伸缩性的根本。HTTP协议是一个分层的架构，从两端的user agent到origin server之间，可以插入很多中间组件。而在整个HTTP通信链条的很多位置，都可以设置缓存。HTTP协议内建有很好的缓存机制，可以分成过期模型和验证模型两套缓存机制。如果API设计者完全没有考虑过如何利用HTTP缓存，那么这个API的可伸缩性会有很多问题。
李建业：首先说明一下，对REST这个概念，我一般把它理解为REST风格的架构，但是现在实践中最为广泛认知的是HTTP，而它是REST的一个实现，所以RESTful API也可以不太严格的指基于HTTP的API——当然，即使是不严格的时候，API本身也应该力求遵循REST架构风格。
我认为，一个RESTful API最重要的一点应该是——“尽可能少的先验信息”，这一条也同时是我判断一个好的RESTful API的标准。
比如HTTP动词，在实践中，大家可能会常常纠结于有效利用 HTTP 动词，但这却并不是特别重要的事情——除非你理解这么做的价值。HTTP 动词最重要的地方在于它是标准阐明了的行为，也就是说，如果我们的“客户端”遵循约定，那么就不必要发明新的动词，也就不必增加“先验信息”；但是，所谓“先验信息”，针对的是客户端——对API来说就是调用者，对于一些企业内部系统，或者一些传统系统，由于“资源”很稳定，对资源的操作也很稳定，这些系统的“调用客户端”不是浏览器而是另一个系统，此时如果强制对应到HTTP动词，反而会变成额外的“先验信息”，这时我就不会太拘泥HTTP动词，自己制定一套动词放在参数中也可以接受——只要动词不变化，这个系统依然是REST风格的。
再比如Response里面的Content-Type，这个有时会被新手忽略，但这其实很重要，因为一般涉及到系统间协同的API，往往不会使用普通的文本，比较常见的是使用json表达复杂结构，而这与通常的缺省理解不同（缺省一般会认为是text/plain和text/html），所以如果在API中忘记用Content-Type进行区分的话，后续对多种类型的客户端接入的支持就会变成陷阱（我们多次遇到过这个问题）。而如果一开始就检查是否增加先验知识（缺省Content-Type为plain或者允许指定Content-Type），那这一困难就可以避免了。
丁雪丰：首先，应该正确地使用HTTP的统一接口，比如HTTP的动词，如果不分青红皂白清一色POST那显然还有改进的余地；
其次，资源有合适的粒度，可以从三个方面来评判资源的粒度是否合理——网络的效率、表述的大小以及客户端使用时的易用程度；
最后，是表述的设计，除了表述的正文内容，还有其中的URI和链接，这些都是评判一个RESTful API好坏的标准。
马钧：在我看来，一个好的API标准，就是能尽量利用到HTTP协议的特性，将HTTP当成一种转移协议，而不是传输协议。包括但不限于：利用HTTP的各种动词来明确操作；包含有内容协商，可以根据请求头提供的参数选择一个资源最合适的媒体类型、语言、字符集和编码的表现；使用不同的返回代码来描述各种状态。但实际上见到过的很多声称RESTful API，包括国内的和国外的，能符合这些条件的并不多。parse.com提供的API是我见到过的较为不错的RESTful API，可以作为范例参考。
InfoQ：安全是恒久的话题，对于基于WSDL和SOAP的Web Service，我们有WS-Security这样的安全规范来指导实现认证、授权、身份管理等安全需求。那么，RESTful API有无成熟可用规范或实现框架呢？如何保证RESTful API的安全性呢？
李锟：保证RESTful API的安全性，主要包括三大方面：
a) 对客户端做身份认证
b) 对敏感的数据做加密，并且防止篡改
c) 身份认证之后的授权
对客户端做身份认证，有几种常见的做法：
在请求中加签名参数
为每个接入方分配一个密钥，并且规定一种签名的计算方法。要求接入方的请求中必须加上签名参数。这个做法是最简单的，但是需要确保接入方密钥的安全保存，另外还要注意防范replay攻击。其优点是容易理解与实现，缺点是需要承担安全保存密钥和定期更新密钥的负担，而且不够灵活，更新密钥和升级签名算法很困难。
使用标准的HTTP身份认证机制
HTTP Basic身份认证安全性较低，必须与HTTPS配合使用。HTTP Digest身份认证可以单独使用，具备中等程度的安全性。
HTTP Digest身份认证机制还支持插入用户自定义的加密算法，这样可以进一步提高API的安全性。不过插入自定义加密算法在面向互联网的API中用的不是很多。
这个做法需要确保接入方“安全域-用户名-密码”三元组信息的安全保存，另外还要注意防范replay攻击。
优点：基于标准，得到了广泛的支持（大量HTTP服务器端、客户端库）。在服务器端做HTTP身份认证的职责可以由Web Server（例如nginx）、App Server（例如Tomcat）、安全框架（例如Spring Security）来承担，对应用开发者来说是透明的。HTTP身份认证机制（RFC 2617）非常好地体现了“分离关注点”的设计原则，而且保持了操作语义的可见性。
缺点：这类基于简单用户名+密码机制的安全性不可能高于基于非对称密钥的机制（例如数字证书）。
使用OAuth协议做身份认证
OAuth协议适用于为外部应用授权访问本站资源的情况。其中的加密机制与HTTP Digest身份认证相比，安全性更高。需要注意，OAuth身份认证与HTTP Digest身份认证之间并不是相互取代的关系，它们的适用场景是不同的。OAuth协议更适合于为面向最终用户维度的API提供授权，例如获取隶属于用户的微博信息等等。如果API并不是面向最终用户维度的，例如像七牛云存储这样的存储服务，这并非是OAuth协议的典型适用场景。
对敏感的数据做加密，并且防止篡改，常见的做法有：
部署SSL基础设施（即HTTPS），敏感数据的传输全部基于SSL。
仅对部分敏感数据做加密（例如预付费卡的卡号+密码），并加入某种随机数作为加密盐，以防范数据被篡改。
身份认证之后的授权，主要是由应用来控制。通常应该实现某种基于角色+用户组的授权机制，这方面的框架有不少（例如Spring Security），不过大多数开发团队还是喜欢自己来实现相关功能。
李建业：我不认为安全是RESTful API需要考虑的问题，事实上我觉得这是两个正交的问题。当然，如果使用RESTful API来提供认证、授权和身份管理，那也算是双方有关系，但是这和其它风格的API设计所要考虑的问题似乎没什么区别，不值得特别注意。
但是在具体设计层面，这两者的“正交点”上似乎确实有些问题，因为REST是一个推崇状态无关原则的架构风格，而认证和授权通常基于第三方解决方案，所以往往会出现违背有状态约束的问题，这个地方我也没有特别的想法，当然这个困难和原问题关系不大。
至于WS-族的协议，我不太了解，不太能参与讨论。
丁雪丰：对于RESTful API，常见的安全措施都是可以继续使用的。例如，为了防篡改，可以对全部参数进行签名；为了防范重放攻击可以在请求中增加一次性的Token，或者短时间内有效的Token；对内容加密可以实现数据防泄露……；对于DDoS攻击，各种HTTP流量清洗策略，都可以继续发挥作用，因为这就是基本的HTTP请求。
在授权和认证方面，OAuth 2.0已经基本成熟了，并且得到了广泛地应用。如果可以，接入第三方账户体系是个不错的选择，比如Google和Facebook的，国内的当然也有几个候选。
马钧：个人认为RESTful的安全性分为几个层次，在安全要求较高的场合，可以通过HTTPs这样的加密协议来保证网络层的安全，应用层的安全可以通过OAuth实现认证，而对于资源的访问授权，则只能依靠应用程序来实现了。
InfoQ：如何对RESTful API进行版本控制，请分享您认为实用的做法？
李锟：一个比较简单实用的做法是直接在URI中插入版本号，这样做允许多个版本的API并行运行。
另一个做法是在HTTP请求中加入自定义头信息，标明使用的版本号。不过这个做法其实对浏览器不够友好，简单地使用浏览器+HTML无法测试。
李建业：目前比较好的方式还是在uri设计中添加版本信息，其它方法都不如这个实用。
丁雪丰：个人认为最好的版本化，就是没有明显的版本。在对已发布的服务进行变更时，要尽量做到兼容，其中包括URI、链接和各种不同的表述的兼容，最关键的就是在扩展时不能破坏现有的客户端。例如，要变更一个参数，可以选择同时兼容新旧两种输入，或者保持老参数不动，提供一个新的参数，在文档中必须做出说明，不推荐新用户再继续使用之前的参数。
如果必须要进行不兼容的变更，那么可以选择标记不同的版本号，这时可以选择在路径或参数中增加版本信息。也有做法是增加HTTP标头，只是在调用时会稍有不便，推荐前两种方法。
马钧：RESTfulAPI的版本升级，尽量兼容之前的版本，保证原有的API都能正常工作，可以通过HTTP 301转跳到新的资源。另外一种实用的做法就是在url中保留版本号，同时提供多个版本供客户端使用，如 v1.rest.com 或者 rest.com/v1/ 这样。
InfoQ：HTTP1.1规范中给出的动词对于设计RESTful API够用吗？您在实际项目中会扩展自己的动词吗？在什么情况下需要扩展？
李锟：这个问题取决于设计者如何看待和设计资源。如果资源抽象做的很好，对于某个资源的任何操作，通常都能够映射到CRUD四个类别中。CRUD四个类别对于操作资源来说，绝大多数情况下是完备的。HTTP的GET/POST/PUT/DELETE四个方法，对于CRUD四个类别的操作来说是足够的，映射关系是Create-POST/Retrieve-GET/Update-PUT/Delete-DELETE。
我们通常不会选择创建自己的动词，这样做对于客户端开发者来说，需要更多的学习成本。如果在资源上定义的操作过多，我们会选择拆分出更多的资源。
李建业：一般是够用的，有时一些“不够用”的场景是由于我们没有设计出合理的资源，比如批量操作。但是，正如之前所说的那样，对于某些内部的、传统的（因此模型稳定且已知）系统，API提供者和调用者会有自已的固定动词表，此时没必要拘泥。另外，我不建议扩展动词，一旦扩展了动词，其实已经破坏了我之前说的*“尽可能少的先验信息”*，那么，扩展动词和重新设计动词的成本差别不大。基于这个考虑，我建议尽可能保持动词不变，除非你想重新设计动词表。
丁雪丰：一般情况下，常用的HTTP动词是够用的，并没有出现一定要自己扩展动词的情况。其实，最常用的也就是GET、POST、DELETE和PUT，而HEAD、OPTIONS、TRACE则基本用不太到。如果出现一时找不到合适的动词，安全幂等的操作用GET，其他都可以用POST，在设计资源时稍加考虑即可。
马钧：在我的实际项目中，只用到了POST，PUT，DELETE，GET这四个动词。
InfoQ：今年5月份发布的JAX-RS 2.0规范对于RSTfulAPI的设计最有价值的特性是哪个（些）? 它（们）用于解决什么问题？
李锟：REST开发框架RESTEasy项目负责人Bill Burke，去年写了一篇文章介绍JAX-RS 2.0。
我同意Bill在文章中的观点，在JAX-RS 2.0增加的内容中，最重要的三部分为：
a) Client API——用来规范化JAX-RS客户端的开发方式。
b) Server-side Asynchronous HTTP——用来实现服务器端推送功能，而不需要依靠低效的轮询方式。
c) Filters and Interceptors——用来分离关注点，将鉴权、日志等逻辑与业务逻辑分离开，更好地实现代码重用。
这三部分的内容对于开发者来说都很有用。遵循JAX-RS规范做开发，可以确保服务器端以及客户端代码的可移植性。
李建业：我个人关注异步API这部分，主要是因为流式服务将会越来越多，那将大量需要这类支持。
InfoQ：能否为InfoQ的读者推荐一款实用的RESTful API开发框架，并说明您的推介理由。
李锟：这个问题我就不详细回答了。不同的编程语言有不同的REST开发框架，对于REST的支持程度也不同。开发RESTful API的需求范围很广，可选择的开发框架的范围也很广。保持多样性是繁荣生态环境的基础。像Java就有支持JAX-RS规范的Jersey、RESTEasy、Restlet、Apache CXF，和不支持JAX-RS规范的Spring MVC等等很多框架。这些框架目前都做的不错。我对框架的选择没有倾向性。RESTful API设计的最佳实践应该是通用的，而不是必须依赖某种特定的开发框架。
李建业：不好意思，这个我不太重视，没法推荐，不过我可以解释一下为什么对RESTful API框架不感冒的原因。
REST作为一个架构风格，对我们的系统开发有很大影响，但是这些影响一般是针对架构（例如状态无关）或者设计（例如资源识别）上的，所以一旦涉及到具体实现，主要工作就基本结束了，此时开发框架能做的事也就只有简化编程了（相较而言，有的框架还能起到引导设计的作用），而由于RESTful会抽象动词，所以实现层面中和API规范相关的工作本来就不多，那么框架的价值就更小了。
当然，我们也不可能直接基于servlet/rakc/wsgi来开发，不过一般的编程语言都会提供一些简单的url route/match策略，我们使用这些就足够了。另外，有些框架能帮我们生成全部的动词支持，但这也未必是好事，我一般倾向于按需实现——用到了再支持，这就更不需要太关注开发框架对RESTful的支持了。
丁雪丰：由于本人是Spring的拥护者，工作中也一直在使用Spring，所以在选择框架时会更多地倾向Spring MVC（并不是说别的框架不好，这里有些个人主观的成份）。如果一定要选择其他框架，也要选择能够方便与Spring集成的框架。如果在项目中已经使用了Spring，那么没有什么理由不选择Spring MVC，鉴于目前Spring在各种项目中的高出镜率，相信一般情况下都会选择Spring MVC。
REST的成熟度模型中，第三层就是HATEOAS，Spring目前还提供了Spring Hateoas子项目，对链接、资源等方面的支持都做了一定的增强。
马钧：我目前在实际项目中使用的是Spray，这是一个开源的 REST/HTTP 工具包和底层网络 IO 包，基于 Scala 和 Akka 构建。轻量级、异步、非堵塞、基于 actor 模式、模块化和可测试是Spray的特点。
InfoQ：HTTP2.0规范正在制定当中，您对它的期待是什么？
李锟：我的期待包括两个方面：应该做的和不应该做的。
HTTP/2.0规范应该做的：
与HTTP/1.1协议保持兼容。兼容的含义是说两者可以并存，客户端应用可以根据服务器端的能力，自由地选择使用HTTP/2.0还是HTTP/1.1，而且选择过程对应用来说是透明的。
改进HTTP协议（作为资源的统一接口）之中操作语义表达方式的语法，提高网络传输效率。
更好地模块化，这样HTTP/2.0协议的实现能够更好地模块化。应用程序可根据需要选择适当的模块，而不是要么全有、要么全无。
废弃掉HTTP/1.1协议中一些很少有人用到的部分，例如采用管道（pipelining）方式发送请求。
增加更多的动词，以适应除CRUD之外的其他场景。
HTTP/2.0规范不应该做的：
HTTP/2.0协议不应该把底层的数据加密机制（即SSL）作为必选项。
HTTP/2.0协议不应该背离REST架构风格的约束，尤其是要确保操作语义对于中间组件的可见性。
在上面这两个方面，Roy Fileidng曾经与SPDY协议设计者Mike Belshe发生过激烈争论，详情请看：Roy Fielding谈Google SPDY协议
李建业：对此规范关注不多，不知道会不会有对于流的支持，目前我所知道的只有chunk方式进行简单的支持，但是真正的流需要区分数据通道和控制通道——哪怕是逻辑上的区分，这样就直接对REST风格产生了很大冲击，考虑到流式服务在未来的发展潜力，我特别期待业界在这方面有所进展。
丁雪丰：HTTP 2.0很大程度上是借鉴了Google的SPDY，就我而言，首先，希望这个规范能做到与HTTP 1.1的兼容，使用者如果只认识1.1，那么2.0能优雅“降级”；其次，希望2.0能带来更好的性能，SPDY在这方面还是有所改进的，希望HTTP 2.0能再接再厉；最后，希望这个规范能在最终定稿时附带一个最佳实践，正确引导人们合理地使用HTTP 2.0。
马钧：没研究过，估计即使出来，1.1还有很长的生命周期，不会很快被取代。