学习 Restful HTTP API 设计

[pfan123]

学习 Restful HTTP API 设计

近几年提供 HTTP API 服务的公司越来越多，许多公司都把 API 作为产品重要的一部分，作为服务提供出去。而微服务的兴起，也让企业内部开始重视和频繁使用 HTTP API 。好的 HTTP API设计容易理解、符合 RFC 标准、提供使用者便利的功能，其中经常被拿来作为教科书典范的当属 Github API。这篇文章就通过 Github API 总结了一些非常好的设计原则，可以作为以后要编写 HTTP API 的参考。

注意：这篇文章只讨论设计原则，不是强制要求（API 设计者可以根据实际情况实现部分内容，甚至实现出和某些原则相反的内容），也不会给出实现的思路和细节。

1. 使用 HTTPS

这个和 Restful API 本身没有很大的关系，但是对于增加网站的安全是非常重要的。特别如果你提供的是公开 API，用户的信息泄露或者被攻击会严重影响网站的信誉。

NOTE：不要让非SSL的url访问重定向到SSL的url。

2. API 地址和版本

在 url 中指定 API 的版本是个很好地做法。如果 API 变化比较大，可以把 API 设计为子域名，比如 https://api.github.com/v4；也可以简单地把版本放在路径中，比如 https://example.com/api/v1。

3. schema

对于响应返回的格式，JSON 因为它的可读性、紧凑性以及多种语言支持等优点，成为了 HTTP API 最常用的返回格式。因此，最好采用 JSON 作为返回内容的格式。如果用户需要其他格式，比如 xml，应该在请求头部 Accept 中指定。对于不支持的格式，服务端需要返回正确的 status code，并给出详细的说明。

4. 以资源为中心的 URL 设计

资源是 Restful API 的核心元素，所有的操作都是针对特定资源进行的。而资源就是 URL（Uniform Resoure Locator）表示的，所以简洁、清晰、结构化的 URL 设计是至关重要的。Github 可以说是这方面的典范，下面我们就拿 repository 来说明。

/users/:username/repos
/users/:org/repos
/repos/:owner/:repo
/repos/:owner/:repo/tags
/repos/:owner/:repo/branches/:branch

我们可以看到几个特性：

• 资源分为单个文档和集合，尽量使用复数来表示资源，单个资源通过添加 id 或者 name 等来表示
• 一个资源可以有多个不同的 URL
• 资源可以嵌套，通过类似目录路径的方式来表示，以体现它们之间的关系

NOTE: 根据RFC3986定义，URL是大小写敏感的。所以为了避免歧义，尽量使用小写字母。

5. 使用正确的 Method

有了资源的 URL 设计，所有针对资源的操作都是使用 HTTP 方法指定的。比较常用的方法有：

VERB	描述
HEAD	只获取某个资源的头部信息。比如只想了解某个文件的大小，某个资源的修改日期等
GET	获取资源
POST	创建资源
PATCH	更新资源的部分属性。因为 PATCH 比较新，而且规范比较复杂，所以真正实现的比较少，一般都是用 POST 替代
PUT	替换资源，客户端需要提供新建资源的所有属性。如果新内容为空，要设置 Content-Length 为 0，以区别错误信息
DELETE	删除资源

比如：

GET /repos/:owner/:repo/issues
GET /repos/:owner/:repo/issues/:number
POST /repos/:owner/:repo/issues
PATCH /repos/:owner/:repo/issues/:number
DELETE /repos/:owner/:repo

NOTE：更新和创建操作应该返回最新的资源，来通知用户资源的情况；删除资源一般不会返回内容。

不符合 CRUD 的情况

在实际资源操作中，总会有一些不符合 CRUD（Create-Read-Update-Delete） 的情况，一般有几种处理方法。

使用 POST

为需要的动作增加一个 endpoint，使用 POST 来执行动作，比如 POST /resend 重新发送邮件。

增加控制参数

添加动作相关的参数，通过修改参数来控制动作。比如一个博客网站，会有把写好的文章“发布”的功能，可以用上面的 POST /articles/{:id}/publish 方法，也可以在文章中增加 published:boolean 字段，发布的时候就是更新该字段 PUT /articles/{:id}?published=true

把动作转换成资源

把动作转换成可以执行 CRUD 操作的资源， github 就是用了这种方法。

比如“喜欢”一个 gist，就增加一个 /gists/:id/star 子资源，然后对其进行操作：“喜欢”使用 PUT /gists/:id/star，“取消喜欢”使用 DELETE /gists/:id/star。

另外一个例子是 Fork，这也是一个动作，但是在 gist 下面增加 forks资源，就能把动作变成 CRUD 兼容的：POST /gists/:id/forks 可以执行用户 fork 的动作。

6. Query 让查询更自由

比如查询某个 repo 下面 issues 的时候，可以通过以下参数来控制返回哪些结果：

• state：issue 的状态，可以是 open，closed，all
• since：在指定时间点之后更新过的才会返回
• assignee：被 assign 给某个 user 的 issues
• sort：选择排序的值，可以是 created、updated、comments
• direction：排序的方向，升序（asc）还是降序（desc）
• ……

7. 分页 Pagination

当返回某个资源的列表时，如果要返回的数目特别多，比如 github 的 /users，就需要使用分页分批次按照需要来返回特定数量的结果。

分页的实现会用到上面提到的 url query，通过两个参数来控制要返回的资源结果：

• per_page：每页返回多少资源，如果没提供会使用预设的默认值；这个数量也是有一个最大值，不然用户把它设置成一个非常大的值（比如 99999999）也失去了设计的初衷
• page：要获取哪一页的资源，默认是第一页

返回的资源列表为 [(page-1)*per_page, page*per_page)。github API 文档中还提到一个很好的点，相关的分页信息还可以存放到 Link 头部，这样客户端可以直接得到诸如下一页、最后一页、上一页等内容的 url 地址，而不是自己手动去计算和拼接。

8. 选择合适的状态码

HTTP 应答中，需要带一个很重要的字段：status code。它说明了请求的大致情况，是否正常完成、需要进一步处理、出现了什么错误，对于客户端非常重要。状态码都是三位的整数，大概分成了几个区间：

• 2XX：请求正常处理并返回
• 3XX：重定向，请求的资源位置发生变化
• 4XX：客户端发送的请求有错误
• 5XX：服务器端错误

在 HTTP API 设计中，经常用到的状态码以及它们的意义如下表：

状态码	LABEL	解释
200	OK	请求成功接收并处理，一般响应中都会有 body
201	Created	请求已完成，并导致了一个或者多个资源被创建，最常用在 POST 创建资源的时候
202	Accepted	请求已经接收并开始处理，但是处理还没有完成。一般用在异步处理的情况，响应 body 中应该告诉客户端去哪里查看任务的状态
204	No Content	请求已经处理完成，但是没有信息要返回，经常用在 PUT 更新资源的时候（客户端提供资源的所有属性，因此不需要服务端返回）。如果有重要的 metadata，可以放到头部返回
301	Moved Permanently	请求的资源已经永久性地移动到另外一个地方，后续所有的请求都应该直接访问新地址。服务端会把新地址写在 Location 头部字段，方便客户端使用。允许客户端把 POST 请求修改为 GET。
304	Not Modified	请求的资源和之前的版本一样，没有发生改变。用来缓存资源，和条件性请求（conditional request）一起出现
307	Temporary Redirect	目标资源暂时性地移动到新的地址，客户端需要去新地址进行操作，但是不能修改请求的方法。
308	Permanent Redirect	和 301 类似，除了客户端不能修改原请求的方法
400	Bad Request	客户端发送的请求有错误（请求语法错误，body 数据格式有误，body 缺少必须的字段等），导致服务端无法处理
401	Unauthorized	请求的资源需要认证，客户端没有提供认证信息或者认证信息不正确
403	Forbidden	服务器端接收到并理解客户端的请求，但是客户端的权限不足。比如，普通用户想操作只有管理员才有权限的资源。
404	Not Found	客户端要访问的资源不存在，链接失效或者客户端伪造 URL 的时候回遇到这个情况
405	Method Not Allowed	服务端接收到了请求，而且要访问的资源也存在，但是不支持对应的方法。服务端必须返回 Allow 头部，告诉客户端哪些方法是允许的
415	Unsupported Media Type	服务端不支持客户端请求的资源格式，一般是因为客户端在 Content-Type 或者 Content-Encoding 中申明了希望的返回格式，但是服务端没有实现。比如，客户端希望收到 xml返回，但是服务端支持 Json
429	Too Many Requests	客户端在规定的时间里发送了太多请求，在进行限流的时候会用到
500	Internal Server Error	服务器内部错误，导致无法完成请求的内容
503	Service Unavailable	服务器因为负载过高或者维护，暂时无法提供服务。服务器端应该返回 Retry-After 头部，告诉客户端过一段时间再来重试

上面这些状态码覆盖了 API 设计中大部分的情况，如果对某个状态码不清楚或者希望查看更完整的列表，可以参考 HTTP Status Code 这个网站，或者 RFC7231 Response Status Codes 的内容。

9. 错误处理：给出详细的信息

如果出错的话，在 response body 中通过 message 给出明确的信息。

比如客户端发送的请求有错误，一般会返回 4XX Bad Request 结果。这个结果很模糊，给出错误 message 的话，能更好地让客户端知道具体哪里有问题，进行快速修改。

• 如果请求的 JSON 数据无法解析，会返回 Problems parsing JSON
• 如果缺少必要的 filed，会返回 422 Unprocessable Entity，除了 message 之外，还通过 errors 给出了哪些 field 缺少了，能够方便调用方快速排错

基本的思路就是尽可能提供更准确的错误信息：比如数据不是正确的 json，缺少必要的字段，字段的值不符合规定…… 而不是直接说“请求错误”之类的信息。

10. 验证和授权

一般来说，让任何人随意访问公开的 API 是不好的做法。验证和授权是两件事情：

• 验证（Authentication）是为了确定用户是其申明的身份，比如提供账户的密码。不然的话，任何人伪造成其他身份（比如其他用户或者管理员）是非常危险的
• 授权（Authorization）是为了保证用户有对请求资源特定操作的权限。比如用户的私人信息只能自己能访问，其他人无法看到；有些特殊的操作只能管理员可以操作，其他用户有只读的权限等等

如果没有通过验证（提供的用户名和密码不匹配，token 不正确等），需要返回 401 Unauthorized状态码，并在 body 中说明具体的错误信息；而没有被授权访问的资源操作，需要返回 403 Forbidden 状态码，还有详细的错误信息。

NOTE：Github API 对某些用户未被授权访问的资源操作返回 404 Not Found，目的是为了防止私有资源的泄露（比如黑客可以自动化试探用户的私有资源，返回 403 的话，就等于告诉黑客用户有这些私有的资源）。

11. 限流 rate limit

如果对访问的次数不加控制，很可能会造成 API 被滥用，甚至被 DDos 攻击。根据使用者不同的身份对其进行限流，可以防止这些情况，减少服务器的压力。

对用户的请求限流之后，要有方法告诉用户它的请求使用情况，Github API 使用的三个相关的头部：

• X-RateLimit-Limit: 用户每个小时允许发送请求的最大值
• X-RateLimit-Remaining：当前时间窗口剩下的可用请求数目
• X-RateLimit-Rest: 时间窗口重置的时候，到这个时间点可用的请求数量就会变成 X-RateLimit-Limit 的值

如果允许没有登录的用户使用 API（可以让用户试用），可以把 X-RateLimit-Limit 的值设置得很小，比如 Github 使用的 60。没有登录的用户是按照请求的 IP 来确定的，而登录的用户按照认证后的信息来确定身份。

对于超过流量的请求，可以返回 429 Too many requests 状态码，并附带错误信息。而 Github API 返回的是 403 Forbidden，虽然没有 429 更准确，也是可以理解的。

Github 更进一步，提供了不影响当然 RateLimit 的请求查看当前 RateLimit 的接口 GET /rate_limit。

12. Hypermedia API

Restful API 的设计最好做到 Hypermedia：在返回结果中提供相关资源的链接。这种设计也被称为 HATEOAS。这样做的好处是，用户可以根据返回结果就能得到后续操作需要访问的地址。

比如访问 api.github.com，就可以看到 Github API 支持的资源操作。

13. 编写优秀的文档

API 最终是给人使用的，不管是公司内部，还是公开的 API 都是一样。即使我们遵循了上面提到的所有规范，设计的 API 非常优雅，用户还是不知道怎么使用我们的 API。最后一步，但非常重要的一步是：为你的 API 编写优秀的文档。

对每个请求以及返回的参数给出说明，最好给出一个详细而完整地示例，提醒用户需要注意的地方……反正目标就是用户可以根据你的文档就能直接使用 API，而不是要发邮件给你，或者跑到你的座位上问你一堆问题。

参考资料

• Github API v4

• RESTful API 设计指南

• REST接口设计规范

• Restful API 首次被提出的论文：Architectural Styles and
  the Design of Network-based Software Architectures

• A RESTful Tutorial