详解 API 设计

API 设计在有效集成不同系统、组件或服务方面起着至关重要的作用。精心设计的 API 简化了开发人员访问和利用软件功能的过程，节省了时间和精力。

API 通常被设计为可重用的组件。设计良好的 API 是直观、易于理解且一致的，并且附带清晰简洁的文档，便于开发人员使用和集成。

API 作为服务提供者和消费者之间的契约，促进团队或组织之间的协作。优秀的 API 设计通过定义明确的接口和期望，确保协作顺畅。

API 还为创新和新应用程序的开发提供了机会，使开发人员能够在现有系统和服务的基础上构建增值功能和集成。

理解 API 及其目的

API（应用程序编程接口）作为软件应用程序之间的桥梁，实现了无缝通信和数据交换。通过抽象底层系统的复杂性，API 为开发人员提供了简化的接口。API 封装功能，促进模块化设计，使得组件能够独立开发和维护，同时增强了不同技术和平台之间的互操作性。常见的 API 类型包括 Web API、库 API 和操作系统 API。理解 API 的目的和特性对于设计有效的接口至关重要，这些接口能够促进模块化和互操作性，实现软件系统之间的无缝集成与协作。

良好的 API 设计原则

好的 API 设计应该遵循几个关键原则：

• 简单明了: API 应该易于理解，具有清晰的名称、函数和参数。简明的文档对于指导开发人员至关重要。
• 一致性和可预测性: API 应该保持一致的命名约定、参数顺序和响应结构。可预测的行为减少了认知负荷，增强了可用性。
• 可伸缩性和可扩展性: API 的设计应该能够适应未来的增长和变化。考虑到可能需要扩展 API 功能的开发人员的需求，设计时应留有余地。
• 健壮性和错误处理: API 应该优雅地处理错误，提供清晰的错误代码、消息和恢复策略。文档在帮助开发人员有效地排除问题方面起着至关重要的作用。

API 设计工具

几种流行的 API 设计工具可以简化 API 的设计、记录和测试过程。许多工具使用 OpenAPI 规范，这是一种广泛采用的行业标准格式，用于描述 API。使用 OpenAPI 规范描述的 API 可以机器生成 API 文档、客户端 SDK 和服务器存根。

• Postman: 一种流行的 API 开发和测试工具，提供了一个直观的界面，用于创建、组织和测试 API 请求。
• Insomnia: 另一个类似的工具，提供了用户友好的界面，用于设计、测试和记录 API。
• Stoplight Studio: 一个可视化 API 设计工具，支持 OpenAPI 规范，并促进团队之间的协作。
• Swagger UI: 由 SmartBear 提供，从 OpenAPI 规范文件生成交互式 API 文档，为开发人员探索和测试 API 提供了方便的接口。
• Toro Cloud 的 Martini: 采用了可视化 API 优先的设计方法来创建兼容 OpenAPI 的 RESTful API。可视化 API 设计器允许开发人员和其他涉众协作设计 API，经历设计、模拟和测试 API 响应的迭代过程。其他特性包括内置的 OAuth2 安全性和自动生成文档的能力、OpenAPI 模式和 Postman 集合，以增强 API 的可发现性。API 可以部署在 Martini 上，也可以与第三方 API 网关集成。

通用 API 设计最佳实践

错误处理和状态码

错误处理和状态码是 API 设计中的关键要素。为了确保一致性，API 应遵循标准化的错误处理方法，包括返回适当的 HTTP 状态码以指示每个请求的结果。需要建立一致的错误响应结构，其中包含错误代码、消息和相关细节。清晰且信息丰富的错误消息应帮助开发人员理解并解决问题。API 还应处理边缘情况，例如无效输入或缺失字段，并提供相应的状态码和错误消息。文档应涵盖预期的错误代码及其含义，并提供处理错误的指导方针和示例，以帮助开发人员集成 API。

分页和过滤

在处理大型结果集时，分页和过滤是 API 设计中的重要因素，能显著提高性能和可用性。分页允许 API 以较小的块返回结果，缩短响应时间并减少传输的数据量。使用一致的分页策略（如限制和偏移量参数或页面和大小参数）可以提高可预测性和易用性。在 API 响应中包含元数据，例如资源总数和页面导航链接，帮助客户端管理分页结果。过滤功能允许客户端根据特定标准检索资源子集，从而增强数据的相关性。API 应支持常见的过滤技术，提供关于可用过滤器和语法的清晰文档，并考虑性能优化以高效执行过滤操作。通过实现分页和过滤，API 可以为客户端提供更高效、更定制的体验。

缓存策略

缓存是 API 设计中提高性能和减少服务器负载的重要方面。API 可以利用缓存控制头，如 Cache-Control 和 Expires，来控制缓存行为。此外，实现 ETag 和 Last-Modified 标头支持基于资源版本的条件请求和缓存。内容分发网络（CDN）可用于全球范围内分发缓存响应，从而减少延迟并提高可用性。根据数据性质和更新频率，应考虑适当的缓存失效策略以维护数据一致性。文档应全面涵盖缓存策略、缓存控制头、推荐的缓存持续时间以及有效利用缓存的注意事项。

速率限制和节流

速率限制和节流是 API 设计中的重要实践，用于控制特定时间段内对 API 发出的请求数量。速率限制有助于防止滥用、确保公平使用并保护 API 资源不被淹没。节流机制可以实现速率限制，指定每秒、每分钟或每小时允许的请求数。速率限制头应包含在 API 响应中，以通告客户端速率限制状态，包括允许的最大请求数、剩余请求数和重置时间。当超过速率限制时，应实现优雅的错误处理，使用适当的状态码和错误消息进行响应。文档应明确解释速率限制和节流策略，为开发人员提供对允许限制、头信息以及任何特定条件或注意事项的清晰理解。

API 文档和版本控制

良好文档的重要性

好的文档对于 API 的成功至关重要。它作为清晰的沟通渠道，为开发人员提供如何有效使用 API 的基本信息。完善的文档使入门更容易，减少了学习曲线，并提升了整体开发人员体验。它不仅是支持和故障排除的宝贵资源，还为常见问题提供了指导，从而减少对大量支持请求的需求。文档提高了 API 的可发现性，使开发人员能够探索和理解 API 的功能。全面的文档促进了团队和组织之间的协作和集成，提供了对 API 行为和需求的共同理解。

记录 API 端点、参数和响应

好的API文档包括对API端点、参数和响应的清晰解释。每个API端点都应该记录其用途、URL和支持的HTTP方法。参数，比如查询参数和请求体参数，应该用它们的数据类型和任何验证规则来描述。应记录响应，包括状态码和数据格式，以及说明不同场景的示例。认证、速率限制和代码片段也应该包含在文档中。全面的文档帮助开发人员了解如何有效地与API交互，减少困惑和支持请求。

API 版本控制策略和最佳实践

API 版本控制的重要性

API 版本控制允许对 API 进行更改或更新，同时保持对现有客户机的向后兼容性。它确保在引入新特性或改进时，现有的集成继续正常工作而不会中断。有效的版本控制策略可以帮助管理 API 的演进，减少对现有集成的影响，并为开发人员提供清晰的更新路径。

版本控制策略

URI 版本控制:

• 示例: /api/v1/endpoint
• 优点: 提供了不同 API 版本之间的清晰分离。
• 缺点: 可能导致更长的 URI，影响可读性。

查询参数版本控制:

• 示例: /api/endpoint?v=1
• 优点: URI 更短，更具可读性。
• 缺点: 不如 URI 版本控制显式，可能被忽略。

报头版本控制:

• 示例: Accept-Version: 1
• 优点: URI 更干净，分离了版本信息。
• 缺点: 需要客户端额外处理。

媒体类型版本控制:

• 示例: application/vnd.myapp.v1+json
• 优点: 允许在响应内容中指定版本。
• 缺点: 需要仔细协商媒体类型，可能不被广泛采用。

最佳实践

• 在API文档中向开发人员清楚地传达版本控制方法和指导方针。
• 使用语义版本控制来指示变更的重要性(主要、次要、补丁)，并遵循已建立的版本控制约定。
• 避免在小版本或补丁版本中破坏更改以保持向后兼容性。
• 提供全面的发行说明和变更日志，告知开发人员每个版本中引入的变更。
• 支持已弃用的特性，并为它们的移除提供明确的时间表，以便为开发人员提供充足的时间来更新集成。
• 考虑实现版本协商机制，例如内容协商或版本发现，以允许客户端指定所需的API版本。
• 根据反馈、不断发展的需求和技术进步，定期审查和评估版本更新的需求。

API 版本控制对于管理 API 的更改同时确保向后兼容性至关重要。选择适当的版本控制策略并遵循最佳实践可以帮助维护稳定可靠的 API 生态系统，使开发人员能够顺利集成并过渡到新版本。

API 设计中的测试和安全

API 的测试方法

测试对于确保 API 的质量和可靠性至关重要。测试 API 的两种常用方法是单元测试和集成测试。单元测试侧重于隔离测试 API 的各个组件，以确保它们正确运行并满足需求。它包括测试具有不同输入的函数、方法或类，并验证预期的输出。另一方面，集成测试验证 API 与其集成的外部依赖项或服务之间的交互和通信。它确保 API 在与其他组件交互时正常工作。集成测试包括发送请求、验证响应、测试错误处理以及与外部服务的集成。同时实现单元测试和集成测试有助于及早识别和解决问题，从而生成更健壮、更可靠的 API 。

API 设计中的安全考虑

安全性是API设计中的一个关键考虑因素，有两个主要的安全性考虑因素需要记住。首先，身份验证和授权机制在确保对API的安全访问方面起着至关重要的作用。API应该采用健壮的身份验证方法，比如API密钥或令牌，来验证客户端身份。此外，应该实现授权机制，例如基于角色的访问控制或权限，以控制对特定资源或功能的访问。其次，输入验证和数据清理对于防止安全漏洞至关重要。API应该验证和清理所有用户输入，以防止常见的攻击，如注入攻击或跨站点脚本。同样，应该对API处理的数据进行清理，以避免泄露敏感信息。通过解决这些安全问题，API可以防止未经授权的访问和潜在的安全风险。

总结

API设计包括创建有效且对开发人员友好的API的几个关键点。它包括定义明确的目标，并坚持简单性、一致性、可伸缩性、可扩展性和健壮性等原则。REST体系结构为设计API提供了基础，强调无状态、基于资源的端点和标准HTTP方法。全面的文档非常重要，包括API端点、参数、响应和版本控制策略。错误处理、分页、过滤、安全考虑和测试方法确保了API的完整性和功能性。速率限制、缓存和使用流行的API设计工具有助于性能优化和开发效率。其他学习资源，包括在线教程、书籍、博客、会议和社区，有助于扩展人们对API设计最佳实践的知识。

原文链接：API Design