api-design

# API 设计模式（API Design Patterns） 用于设计一致且开发者友好的 REST API 的约定与最佳实践。 ## 何时激活（When to Activate） - 设计新的 API 端点（Endpoint） - 审查现有的 API 合约 - 添加分页、过滤或排序功能 - 为 API 实现错误处理 - 规划 API 版本化策略 - 构建公开或面向合作伙伴的 API ## 资源设计（Resource Design） ### URL 结构 ``` # 资源应为名词、复数、小写、短横线命名法（kebab-case） GET /api/v1/users GET /api/v1/users/:id POST /api/v1/users PUT /api/v1/users/:id PATCH /api/v1/users/:id DELETE /api/v1/users/:id # 关系的子资源 GET /api/v1/users/:id/orders POST /api/v1/users/:id/orders # 不符合 CRUD 的操作（谨慎使用动词） POST /api/v1/orders/:id/cancel POST /api/v1/auth/login POST /api/v1/auth/refresh ``` ### 命名规则 ``` # 推荐（GOOD） /api/v1/team-members # 多词资源使用短横线命名法（kebab-case） /api/v1/orders?status=active # 使用查询参数进行过滤 /api/v1/users/123/orders # 嵌套资源表示归属关系 # 错误（BAD） /api/v1/getUsers # URL 中包含动词 /api/v1/user # 使用单数（应使用复数） /api/v1/team_members # URL 中使用蛇形命名法（snake_case） /api/v1/users/123/getOrders # 嵌套资源中包含动词 ``` ## HTTP 方法与状态码（HTTP Methods and Status Codes） ### 方法语义 | 方法 | 幂等性（Idempotent） | 安全性（Safe） | 用途 | |--------|-----------|------|---------| | GET | 是 | 是 | 获取资源 | | POST | 否 | 否 | 创建资源，触发操作 | | PUT | 是 | 否 | 完整替换资源 | | PATCH | 否* | 否 | 部分更新资源 | | DELETE | 是 | 否 | 删除资源 | *通过正确的实现，PATCH 也可以设计为幂等。 ### 状态码参考 ``` # 成功（Success） 200 OK — GET, PUT, PATCH（包含响应体） 201 Created — POST（需包含 Location 响应头） 204 No Content — DELETE, PUT（不含响应体） # 客户端错误（Client Errors） 400 Bad Request — 校验失败，JSON 格式错误 401 Unauthorized — 缺失或无效的身份验证 403 Forbidden — 已验证身份但未获得授权 404 Not Found — 资源不存在 409 Conflict — 重复条目，状态冲突 422 Unprocessable Entity — 语义错误（JSON 正确但数据非法） 429 Too Many Requests — 超出速率限制 # 服务端错误（Server Errors） 500 Internal Server Error — 意外错误（绝不要暴露详细堆栈） 502 Bad Gateway — 上游服务失败 503 Service Unavailable — 暂时性过载，需包含 Retry-After ``` ### 常见错误 ``` # 错误：所有响应都返回 200 { "status": 200, "success": false, "error": "Not found" } # 推荐：语义化地使用 HTTP 状态码 HTTP/1.1 404 Not Found { "error": { "code": "not_found", "message": "User not found" } } # 错误：校验错误返回 500 # 推荐：返回 400 或 422 并提供字段级详情 # 错误：创建资源返回 200 # 推荐：返回 201 并附带 Location 响应头 HTTP/1.1 201 Created Location: /api/v1/users/abc-123 ``` ## 响应格式（Response Format） ### 成功响应 ```json { "data": { "id": "abc-123", "email": "alice@example.com", "name": "Alice", "created_at": "2025-01-15T10:30:00Z" } } ``` ### 集合响应（含分页） ```json { "data": [ { "id": "abc-123", "name": "Alice" }, { "id": "def-456", "name": "Bob" } ], "meta": { "total": 142, "page": 1, "per_page": 20, "total_pages": 8 }, "links": { "self": "/api/v1/users?page=1&per_page=20", "next": "/api/v1/users?page=2&per_page=20", "last": "/api/v1/users?page=8&per_page=20" } } ``` ### 错误响应 ```json { "error": { "code": "validation_error", "message": "Request validation failed", "details": [ { "field": "email", "message": "Must be a valid email address", "code": "invalid_format" }, { "field": "age", "message": "Must be between 0 and 150", "code": "out_of_range" } ] } } ``` ### 响应封装变体 ```typescript // 方案 A：包含 data 包装器的信封模式（推荐用于公开 API） interface ApiResponse<T> { data: T; meta?: PaginationMeta; links?: PaginationLinks; } interface ApiError { error: { code: string; message: string; details?: FieldError[]; }; } // 方案 B：扁平化响应（更简单，常用于内部 API） // 成功：直接返回资源对象 // 失败：返回错误对象 // 通过 HTTP 状态码进行区分 ``` ## 分页（Pagination） ### 基于偏移量（Offset-Based，简单） ``` GET /api/v1/users?page=2&per_page=20 # 实现 SELECT * FROM users ORDER BY created_at DESC LIMIT 20 OFFSET 20; ``` **优点：** 易于实现，支持“跳转到第 N 页”。 **缺点：** 在大偏移量时速度慢（OFFSET 100000），且在并发插入时可能出现数据重复或遗漏。 ### 基于游标（Cursor-Based，可扩展） ``` GET /api/v1/users?cursor=eyJpZCI6MTIzfQ&limit=20 # 实现 SELECT * FROM users WHERE id > :cursor_id ORDER BY id ASC LIMIT 21; -- 多获取一个以确定是否有下一页（has_next） ``` ```json { "data": [...], "meta": { "has_next": true, "next_cursor": "eyJpZCI6MTQzfQ" } } ``` **优点：** 无论在什么位置性能都保持一致，在并发插入时保持稳定。 **缺点：** 无法跳转到任意页，游标是不透明的（不可读）。 ### 选型建议 | 使用场景 | 分页类型 | |----------|----------------| | 管理后台、小型数据集 (<10K) | 偏移量（Offset） | | 无限滚动、Feed 流、大型数据集 | 游标（Cursor） | | 公开 API | 默认游标，可选支持偏移量 | | 搜索结果 | 偏移量（用户通常期望看到页码） | ## 过滤、排序与搜索（Filtering, Sorting, and Search） ### 过滤 ``` # 简单相等 GET /api/v1/orders?status=active&customer_id=abc-123 # 比较操作符（使用括号标记法） GET /api/v1/products?price[gte]=10&price[lte]=100 GET /api/v1/orders?created_at[after]=2025-01-01 # 多个值（逗号分隔） GET /api/v1/products?category=electronics,clothing # 嵌套字段（点标记法） GET /api/v1/orders?customer.country=US ``` ### 排序 ``` # 单字段（前缀 - 表示降序） GET /api/v1/products?sort=-created_at # 多字段（逗号分隔） GET /api/v1/products?sort=-featured,price,-created_at ``` ### 全文搜索 ``` # 搜索查询参数 GET /api/v1/products?q=wireless+headphones # 字段特定搜索 GET /api/v1/users?email=alice ``` ### 稀疏字段集（Sparse Fieldsets） ``` # 仅返回指定字段（减小负载） GET /api/v1/users?fields=id,name,email GET /api/v1/orders?fields=id,total,status&include=customer.name ``` ## 身份验证与授权（Authentication and Authorization） ### 基于令牌的认证 ``` # Authorization 标头中的 Bearer 令牌 GET /api/v1/users Authorization: Bearer eyJhbGciOiJIUzI1NiIs... # API 密钥（用于服务间调用） GET /api/v1/data X-API-Key: sk_live_abc123 ``` ### 授权模式 ```typescript // 资源级：检查所有权 app.get("/api/v1/orders/:id", async (req, res) => { const order = await Order.findById(req.params.id); if (!order) return res.status(404).json({ error: { code: "not_found" } }); if (order.userId !== req.user.id) return res.status(403).json({ error: { code: "forbidden" } }); return res.json({ data: order }); }); // 基于角色：检查权限 app.delete("/api/v1/users/:id", requireRole("admin"), async (req, res) => { await User.delete(req.params.id); return res.status(204).send(); }); ``` ## 速率限制（Rate Limiting） ### 响应头 ``` HTTP/1.1 200 OK X-RateLimit-Limit: 100 X-RateLimit-Remaining: 95 X-RateLimit-Reset: 1640000000 # 超过限制时 HTTP/1.1 429 Too Many Requests Retry-After: 60 { "error": { "code": "rate_limit_exceeded", "message": "Rate limit exceeded. Try again in 60 seconds." } } ``` ### 速率限制分层 | 层级 | 限制 | 窗口（Window） | 使用场景 | |------|-------|--------|----------| | 匿名用户 | 30/min | 按 IP | 公开端点 | | 已验证用户 | 100/min | 按用户 | 标准 API 访问 | | 高级用户 | 1000/min | 按 API 密钥 | 付费 API 套餐 | | 内部调用 | 10000/min | 按服务 | 服务间通信 | ## 版本控制（Versioning） ### URL 路径版本化（推荐） ``` /api/v1/users /api/v2/users ``` **优点：** 显式、易于路由、可缓存。 **缺点：** 版本间 URL 发生变化。 ### Header 版本化 ``` GET /api/users Accept: application/vnd.myapp.v2+json ``` **优点：** URL 保持整洁。 **缺点：** 难以测试，容易遗忘。 ### 版本化策略 ``` 1. 从 /api/v1/ 开始 —— 在确实需要前不要进行版本化 2. 最多维护 2 个活跃版本（当前版本 + 上一版本） 3. 弃用时间表： - 宣布弃用（对公开 API 提前 6 个月通知） - 添加 Sunset 标头：Sunset: Sat, 01 Jan 2026 00:00:00 GMT - 在 Sunset 日期后返回 410 Gone 4. 非破坏性变更不需要新版本： - 在响应中添加新字段 - 添加新的可选查询参数 - 添加新的端点 5. 破坏性变更需要新版本： - 移除或重命名字段 - 更改字段类型 - 更改 URL 结构 - 更改身份验证方式 ``` ## 实现模式（Implementation Patterns） ### TypeScript (Next.js API 路由) ```typescript import { z } from "zod"; import { NextRequest, NextResponse } from "next/server"; const createUserSchema = z.object({ email: z.string().email(), name: z.string().min(1).max(100), }); export async function POST(req: NextRequest) { const body = await req.json(); const parsed = createUserSchema.safeParse(body); if (!parsed.success) { return NextResponse.json({ error: { code: "validation_error", message: "Request validation failed", details: parsed.error.issues.map(i => ({ field: i.path.join("."), message: i.message, code: i.code, })), }, }, { status: 422 }); } const user = await createUser(parsed.data); return NextResponse.json( { data: user }, { status: 201, headers: { Location: `/api/v1/users/${user.id}` }, }, ); } ``` ### Python (Django REST Framework) ```python from rest_framework import serializers, viewsets, status from rest_framework.response import Response class CreateUserSerializer(serializers.Serializer): email = serializers.EmailField() name = serializers.CharField(max_length=100) class UserSerializer(serializers.ModelSerializer): class Meta: model = User fields = ["id", "email", "name", "created_at"] class UserViewSet(viewsets.ModelViewSet): serializer_class = UserSerializer permission_classes = [IsAuthenticated] def get_serializer_class(self): if self.action == "create": return CreateUserSerializer return UserSerializer def create(self, request): serializer = CreateUserSerializer(data=request.data) serializer.is_valid(raise_exception=True) user = UserService.create(**serializer.validated_data) return Response( {"data": UserSerializer(user).data}, status=status.HTTP_201_CREATED, headers={"Location": f"/api/v1/users/{user.id}"}, ) ``` ### Go (net/http) ```go func (h *UserHandler) CreateUser(w http.ResponseWriter, r *http.Request) { var req CreateUserRequest if err := json.NewDecoder(r.Body).Decode(&req); err != nil {