RESTful API 设计和使用

先了解一下RESTful架构

越来越多的人开始意识到，网站即软件，而且是一种新型的软件。

这种"互联网软件"采用客户端/服务器模式，建立在分布式体系上，通过互联网通信，具有高延时（high latency）、高并发等特点。

网站开发，完全可以采用软件开发的模式。但是传统上，软件和网络是两个不同的领域，很少有交集；软件开发主要针对单机环境，网络则主要研究系统之间的通信。互联网的兴起，使得这两个领域开始融合，现在我们必须考虑，如何开发在互联网环境中使用的软件。

RESTful架构，就是目前最流行的一种互联网软件架构。它结构清晰、符合标准、易于理解、扩展方便，所以正得到越来越多网站的采用。

但是，到底什么是RESTful架构，并不是一个容易说清楚的问题。下面，我就谈谈我理解的RESTful架构。

一、起源

REST这个词，是Roy Thomas Fielding在他2000年的博士论文中提出的。

Fielding是一个非常重要的人，他是HTTP协议（1.0版和1.1版）的主要设计者、Apache服务器软件的作者之一、Apache基金会的第一任主席。所以，他的这篇论文一经发表，就引起了关注，并且立即对互联网开发产生了深远的影响。

他这样介绍论文的写作目的：

"本文研究计算机科学两大前沿----软件和网络----的交叉点。长期以来，软件研究主要关注软件设计的分类、设计方法的演化，很少客观地评估不同的设计选择对系统行为的影响。而相反地，网络研究主要关注系统之间通信行为的细节、如何改进特定通信机制的表现，常常忽视了一个事实，那就是改变应用程序的互动风格比改变互动协议，对整体表现有更大的影响。我这篇文章的写作目的，就是想在符合架构原理的前提下，理解和评估以网络为基础的应用软件的架构设计，得到一个功能强、性能好、适宜通信的架构。"

(This dissertation explores a junction on the frontiers of two research disciplines in computer science: software and networking. Software research has long been concerned with the categorization of software designs and the development of design methodologies, but has rarely been able to objectively evaluate the impact of various design choices on system behavior. Networking research, in contrast, is focused on the details of generic communication behavior between systems and improving the performance of particular communication techniques, often ignoring the fact that changing the interaction style of an application can have more impact on performance than the communication protocols used for that interaction. My work is motivated by the desire to understand and evaluate the architectural design of network-based application software through principled use of architectural constraints, thereby obtaining the functional, performance, and social properties desired of an architecture. )

二、名称

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。

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：

　　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：

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：

　　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）：

　　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

RESTful 使用规范

RESTful 是目前最流行的 API 设计规范，用于 Web 数据接口的设计。

它的大原则容易把握，但是细节不容易做对。本文总结 RESTful 的设计细节，介绍如何设计出易于理解和使用的 API。

一、URL 设计

1.1 动词 + 宾语

RESTful 的核心思想就是，客户端发出的数据操作指令都是"动词 + 宾语"的结构。比如，GET /articles这个命令，GET是动词，/articles是宾语。

动词通常就是五种 HTTP 方法，对应 CRUD 操作。

GET：读取（Read）
POST：新建（Create）
PUT：更新（Update）
PATCH：更新（Update），通常是部分更新
DELETE：删除（Delete）
根据 HTTP 规范，动词一律大写。

1.2 动词的覆盖

有些客户端只能使用GET和POST这两种方法。服务器必须接受POST模拟其他三个方法（PUT、PATCH、DELETE）。

这时，客户端发出的 HTTP 请求，要加上X-HTTP-Method-Override属性，告诉服务器应该使用哪一个动词，覆盖POST方法。

POST /api/Person/4 HTTP/1.1  
X-HTTP-Method-Override: PUT
上面代码中，X-HTTP-Method-Override指定本次请求的方法是PUT，而不是POST。

1.3 宾语必须是名词

宾语就是 API 的 URL，是 HTTP 动词作用的对象。它应该是名词，不能是动词。比如，/articles这个 URL 就是正确的，而下面的 URL 不是名词，所以都是错误的。

/getAllCars
/createNewCar
/deleteAllRedCars

1.4 复数 URL

既然 URL 是名词，那么应该使用复数，还是单数？

这没有统一的规定，但是常见的操作是读取一个集合，比如GET /articles（读取所有文章），这里明显应该是复数。

为了统一起见，建议都使用复数 URL，比如GET /articles/2要好于GET /article/2。

1.5 避免多级 URL

常见的情况是，资源需要多级分类，因此很容易写出多级的 URL，比如获取某个作者的某一类文章。

GET /authors/12/categories/2

这种 URL 不利于扩展，语义也不明确，往往要想一会，才能明白含义。

更好的做法是，除了第一级，其他级别都用查询字符串表达。

GET /authors/12?categories=2

下面是另一个例子，查询已发布的文章。你可能会设计成下面的 URL。

GET /articles/published

查询字符串的写法明显更好。

GET /articles?published=true

二、状态码 2.1 状态码必须精确 客户端的每一次请求，服务器都必须给出回应。回应包括 HTTP 状态码和数据两部分。

HTTP 状态码就是一个三位数，分成五个类别。

1xx：相关信息
2xx：操作成功
3xx：重定向
4xx：客户端错误
5xx：服务器错误

这五大类总共包含100多种状态码，覆盖了绝大部分可能遇到的情况。每一种状态码都有标准的（或者约定的）解释，客户端只需查看状态码，就可以判断出发生了什么情况，所以服务器应该返回尽可能精确的状态码。

API 不需要1xx状态码，下面介绍其他四类状态码的精确含义。

2.2 2xx 状态码 200状态码表示操作成功，但是不同的方法可以返回更精确的状态码。

GET: 200 OK
POST: 201 Created
PUT: 200 OK
PATCH: 200 OK
DELETE: 204 No Content

上面代码中，POST返回201状态码，表示生成了新的资源；DELETE返回204状态码，表示资源已经不存在。

此外，202 Accepted状态码表示服务器已经收到请求，但还未进行处理，会在未来再处理，通常用于异步操作。下面是一个例子。

HTTP/1.1 202 Accepted

{
  "task": {
    "href": "/api/company/job-management/jobs/2130040",
    "id": "2130040"
  }
}

2.3 3xx 状态码 API 用不到301状态码（永久重定向）和302状态码（暂时重定向，307也是这个含义），因为它们可以由应用级别返回，浏览器会直接跳转，API 级别可以不考虑这两种情况。

API 用到的3xx状态码，主要是303 See Other，表示参考另一个 URL。它与302和307的含义一样，也是"暂时重定向"，区别在于302和307用于GET请求，而303用于POST、PUT和DELETE请求。收到303以后，浏览器不会自动跳转，而会让用户自己决定下一步怎么办。下面是一个例子。

HTTP/1.1 303 See Other
Location: /api/orders/12345
2.4 4xx 状态码
4xx状态码表示客户端错误，主要有下面几种。

400 Bad Request：服务器不理解客户端的请求，未做任何处理。

401 Unauthorized：用户未提供身份验证凭据，或者没有通过身份验证。

403 Forbidden：用户通过了身份验证，但是不具有访问资源所需的权限。

404 Not Found：所请求的资源不存在，或不可用。

405 Method Not Allowed：用户已经通过身份验证，但是所用的 HTTP 方法不在他的权限之内。

410 Gone：所请求的资源已从这个地址转移，不再可用。

415 Unsupported Media Type：客户端要求的返回格式不支持。比如，API 只能返回 JSON 格式，但是客户端要求返回 XML 格式。

422 Unprocessable Entity ：客户端上传的附件无法处理，导致请求失败。

429 Too Many Requests：客户端的请求次数超过限额。

2.5 5xx 状态码 5xx状态码表示服务端错误。一般来说，API 不会向用户透露服务器的详细信息，所以只要两个状态码就够了。

500 Internal Server Error：客户端请求有效，服务器处理时发生了意外。

503 Service Unavailable：服务器无法处理请求，一般用于网站维护状态。

三、服务器回应 3.1 不要返回纯本文 API 返回的数据格式，不应该是纯文本，而应该是一个 JSON 对象，因为这样才能返回标准的结构化数据。所以，服务器回应的 HTTP 头的Content-Type属性要设为application/json。

客户端请求时，也要明确告诉服务器，可以接受 JSON 格式，即请求的 HTTP 头的ACCEPT属性也要设成application/json。下面是一个例子。

GET /orders/2 HTTP/1.1 
Accept: application/json

3.2 发生错误时，不要返回 200 状态码 有一种不恰当的做法是，即使发生错误，也返回200状态码，把错误信息放在数据体里面，就像下面这样。

HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: application/json

{
  "status": "failure",
  "data": {
    "error": "Expected at least two items in list."
  }
}

上面代码中，解析数据体以后，才能得知操作失败。

这张做法实际上取消了状态码，这是完全不可取的。正确的做法是，状态码反映发生的错误，具体的错误信息放在数据体里面返回。下面是一个例子。

HTTP/1.1 400 Bad Request
Content-Type: application/json

{
  "error": "Invalid payoad.",
  "detail": {
     "surname": "This field is required."
  }
}

3.3 提供链接 API 的使用者未必知道，URL 是怎么设计的。一个解决方法就是，在回应中，给出相关链接，便于下一步操作。这样的话，用户只要记住一个 URL，就可以发现其他的 URL。这种方法叫做 HATEOAS。

举例来说，GitHub 的 API 都在 api.github.com 这个域名。访问它，就可以得到其他 URL。

{
  ...
  "feeds_url": "https://api.github.com/feeds",
  "followers_url": "https://api.github.com/user/followers",
  "following_url": "https://api.github.com/user/following{/target}",
  "gists_url": "https://api.github.com/gists{/gist_id}",
  "hub_url": "https://api.github.com/hub",
  ...
}

上面的回应中，挑一个 URL 访问，又可以得到别的 URL。对于用户来说，不需要记住 URL 设计，只要从 api.github.com 一步步查找就可以了。

HATEOAS 的格式没有统一规定，上面例子中，GitHub 将它们与其他属性放在一起。更好的做法应该是，将相关链接与其他属性分开。

HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: application/json

{
  "status": "In progress",
   "links": {[
    { "rel":"cancel", "method": "delete", "href":"/api/status/12345" } ,
    { "rel":"edit", "method": "put", "href":"/api/status/12345" }
  ]}
}