了解 API 技术：REST、GraphQL 和异步 API 的比较分析

API 在现代软件开发中发挥着关键作用，可以通过多种类型的 API 实现系统之间的通信和数据交换。REST 方法因其简单性和可扩展性而在行业中占据主导地位。然而，随着技术的发展，开发人员和企业的需求也发生了变化，GraphQL 和异步事件驱动的 API 等替代方案应运而生，这些新方法相较于传统的 REST API 具有明显的优势。

本文将研究这些 API 技术，并进行比较分析。

REST：面向资源的通信的开始

REST 架构围绕资源的概念展开，这些资源可以通过标准的 HTTP 方法（如 GET、POST、PUT 和 DELETE）进行管理。REST 的一个关键特征是其无状态性，即每个客户端请求都包含满足请求所需的所有信息，从而实现客户端和服务器的分离，使它们能够独立扩展。

REST 的优点和缺点

REST API 具有以下显著优点：

• REST 遵循基于标准 HTTP 方法的简单直观设计。
• 每个请求都是独立的，提高了可扩展性和可靠性。
• REST 利用 HTTP 缓存机制来提升性能，减少源服务器负载。
• 由于标准格式，REST 具有良好的互操作性，可与各种编程语言和平台配合使用。

但 REST 架构也存在一些缺点：

• REST API 可能导致超调，即客户端接收的数据多于所需，从而造成效率低下和网络带宽浪费。
• REST API 可能受到欠取的影响，即需要多个请求来满足复杂的数据需求，增加延迟。
• REST 遵循同步方法，在高负载情况下可能导致阻塞和性能问题。
• 对 API 数据架构的更改可能影响客户端，导致紧密耦合。

REST API 的用例

与其他类型的 API 相比，REST API 在一些理想的用例中更为适合，例如：

• 缓存密集型应用程序 – 读取量大的应用程序（如新闻网站或静态内容）可以利用 REST 的缓存机制，标准化的缓存指令使实现更为简便。
• 简单的 CRUD 操作 – 对于处理简单的 CRUD 操作，REST API 提供了简单性和可预测性。具有清晰静态数据模型的应用程序通常会发现 REST API 更为适合。

GraphQL：使用 API 获取声明性数据的兴起

GraphQL 是一种用于查询数据的开源语言以及实现这些查询的运行时系统的组合。其核心原则是通过层次结构定义数据查询，使客户端能够在单个请求中精确指定所需的数据。

在许多方面，GraphQL 直接回应了传统 REST API 架构的问题。

此外，GraphQL 推动了强类型架构，为开发人员提供了清晰的预期。它支持通过订阅进行实时数据更新，并且在 GraphQL Federation 等工具的帮助下，GraphQL API 在具有多个域区域的大型企业中也变得更具可扩展性。

GraphQL 的优点和缺点

GraphQL 提供了一些关键优势：

• 客户端只能请求所需的特定数据，消除了 REST API 的超重和欠重问题。
• 强类型模式提供了清晰的结构和验证，加快了开发和文档编制速度。
• 通常通过单个端点操作，客户端只需关注一个端点，即使有多个数据源。
• 内置自省功能允许客户端浏览架构，发现可用的数据和操作。

但 GraphQL 也有几个缺点：

• 实现 GraphQL 相较于传统 REST API 需要更多的努力和专业知识。
• 由于查询灵活，缓存数据可能面临挑战，需要自定义解决方案。
• 尽管减少了顶层超取，嵌套查询仍可能导致不必要的数据检索。
• 与 REST API 的明确边界不同，通用 GraphQL 层的所有权可能变得不清晰。

GraphQL 的用例

在某些特定场景中，GraphQL 相较于 REST API 更具优势，例如：

• 复杂和嵌套的数据需求 – GraphQL 允许客户端在单个查询中精确指定复杂关系的数据，从而更高效地获取所需信息。
• 实时数据更新 – GraphQL 的订阅功能支持处理实时数据更新，例如聊天应用程序或实时仪表板。客户端可以订阅特定数据的变化，实现实时更新，无需频繁轮询。
• 微服务架构 – 在数据分布在多个服务的情况下，GraphQL 提供了一个统一的接口来查询来自不同服务的数据，简化了客户端应用程序对多个 REST 端点的管理。

异步 API：向事件驱动架构的转变

多年来，采用或迁移到云原生架构的推动也催生了事件驱动架构，其优势在于组件之间实现无阻塞通信。使用异步 API，客户端可以在不等待响应的情况下继续操作，发送请求后可继续执行其他任务。这种方法非常适合需要高并发性、可伸缩性和响应能力的场景。

在事件驱动系统中，异步 API 处理事件和消息，借助 Apache Kafka 和 RabbitMQ 等技术，这些技术在消息生产者和消费者之间提供了通信媒介。

在典型的事件驱动 API 系统中，生产者将事件发布到主题，消费者订阅这些主题以异步接收和处理事件。这种方式支持无缝的可扩展性和容错性，因为生产者和消费者可以独立发展。下图显示了这样的系统：

异步 API 的优点和缺点

异步 API 具有一些关键优点：

• 高并发性和可伸缩性 – 适合处理多个请求的高并发性和可伸缩性要求。
• 实时数据处理 – 支持对事件的及时响应，实现实时数据处理。
• 系统资源利用 – 通过将任务卸载到后台进程，优化系统资源的利用。
• 容错能力 – 提高系统的总体容错能力，因为组件故障不会中断整个系统。

然而，异步 API 也有几个缺点：

• 复杂性 – 消息传递、排序和错误处理的复杂性增加。
• 调试和测试难度 – 异步 API 的调试和测试更具挑战性。
• 最终一致性 – 数据更新可能不会立即反映在所有组件中，导致最终一致性问题。
• 成本增加 – 需要额外的系统来处理消息，增加了成本。

异步 API 的使用案例

相比 REST 和 GraphQL API，异步 API 在以下几个用例中表现优异：

• 实时数据流 – 适合处理社交媒体源、金融市场更新和 IoT 传感器数据等实时数据流需求。这些应用生成大量数据，需要近乎实时地处理和交付给客户。
• 与第三方系统集成 – 适合与响应时间或可用性 SLA 不可预测的第三方系统集成。
• 后台任务 – 适用于需要执行后台任务的应用，例如发送电子邮件、通知或图像/视频处理。

REST、GraphQL 和异步 API 的比较

我们已经研究了 REST、GraphQL 和异步 API 三种类型的架构。现在，可以通过比较它们，以便更好地选择适合的架构。下表展示了多个参数的比较：

总结

本文探讨了不同 API 架构之间的主要区别：REST、GraphQL 和异步 API，并分析了在某些情况下特定类型的 API 可能更适合使用的场景。展望未来，API 开发格局有望进一步转型。随着机器学习、边缘计算和物联网等新兴技术的推动，API 方法的发展将变得更加重要。此外，随着分布式系统的快速增长，API 在实现系统间通信中将发挥关键作用。

对于开发人员而言，了解每种 API 架构的优势和局限性，并根据实际需求选择最适合的方法至关重要。这种思维方式将帮助开发人员更自信地驾驭不断变化的 API 生态系统。

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