四种主流的API风格介绍与对比

一、引言

API（Application Programming Interface）是现代软件的构建块之一，它允许不同的应用程序之间进行通信和协作，进而使得开发者能够创建出更为动态、灵活且具有扩展性的软件。随着互联网技术的不断发展，各种API规范也随之涌现，其中最常见的API风格包括：RESTful API、GraphQL API、RPC API和SOAP API。

本文将介绍这几种主流的API风格，并就它们的优缺点进行对比分析，以及哪种规范更加适合不同的应用程序场景。了解API规范的差异性和各自的优点，能够帮助开发者更好地理解如何构建高性能、高可靠、易扩展、易维护的服务。

二、RESTful API

RESTful API 简介

• 官网：https://restfulapi.net/

RESTful API是最常见的API风格之一，REST 指的是 Representational State Transfer，即表述性状态转移。

RESTful API的核心是：使数据作为资源可用。

下面是RESTful的一些关键的设计原则和约束

基于资源： RESTful API 的设计应该以资源为中心。所有的服务都应该被表示成资源，例如用户、订单、商品等等。
基于 HTTP 协议： RESTful API 设计依赖于 HTTP 协议，使用常见的 HTTP 动词（方法），例如 GET、POST、PUT 和 DELETE。
无状态（Stateless）： RESTful API 是一种无状态的 API 设计。这意味着服务不会存储客户端的状态，而是通过客户端发送的请求来判断如何响应。
缓存： RESTful API 支持缓存机制，以提高响应时间和降低网络延迟。
统一接口： RESTful API 定义了一套统一的接口，使得客户端和服务端之间可以以统一的方式进行通信和交互。

RESTful API 遵循 HTTP 协议，使用 HTTP 方法（GET、POST、PUT、DELETE）对资源进行操作，这些方法对应着资源的不同操作类型，使得客户端和服务器之间可以以统一的方式进行通信和交互，实现了应用程序之间的数据传递和交互。开发者可以根据实际需求设计出符合规范的 RESTful API 接口。

RESTful API 示例

获取资源（GET）获取一个资源。例如，获取 ID 为 1 的用户：GET /users/1
创建资源（POST）创建一个资源。例如，创建一个新的用户：

POST /users

{

  "name": "windeal",

  "age": 25,

  "email": "xxxx@163.com"

}

更新资源（PUT）

更新一个资源。例如，将 ID 为 1 的用户信息更新为：

PUT /users/1

{

  "name": "Jane",

  "age": 30,

  "email": "jane@example.com"

}

删除资源（DELETE）

删除一个资源。例如，删除 ID 为 1 的用户：

DELETE /users/1

RESTful API的优缺点

RESTful API的优点
1. 简单易用：RESTful API遵循HTTP协议，使开发人员能够快速而简单地构建API。资源的设计和URL表示形式简单直观，易于理解和使用。
2. 可扩展和灵活。RESTful API 的设计原则和约束能够保证 API 可扩展性和灵活性，能够轻松地组织序列化、版本控制和多种数据格式等。
3. 易于维护和测试。RESTful API 的设计使得客户端和服务器之间的交互变得清晰有序，易于调试和测试。
4. 解耦合和分离性。RESTful API 通过资源标识符和状态转移等概念，将客户端和服务器之间的关注点分离，从而提高了系统的解耦合和可维护性。
5. 跨平台和跨语言。RESTful API 作为一种基于 Web 标准的规范，支持基于不同平台和编程语言的互操作性。
RESTful API的缺点
1. 缺乏标准化：虽然RESTful API遵循了一系列的架构约束和原则，但它本身并没有一个完整的标准或规范来描述API应该如何设计。这种非标准化使得不同的开发人员设计API版本之间的兼容性存在挑战。
2. 安全性危险：RESTful API的HTTP方法可以只由URL进行控制，这也使得攻击者更容易通过更改URL或执行脚本攻击系统。同时，由于RESTful API本身只针对Web资源进行设计，对于授权和身份验证等安全问题需要进行增强。
3. 性能瓶颈：虽然RESTful API并不是不高效，但在需要处理大量和复杂业务逻辑和高流量系统中，使用RESTful API可能会遇到性能瓶颈，因为每个请求都必须打开和关闭HTTP连接，这会产生较大的性能开销。
4. 可靠性差：由于RESTful API主要是基于HTTP协议实现，当网络不稳定或出现故障时，可能会导致网络通信中断、连接错误等问题，并可能导致服务不可用或响应缓慢。
5. 语义歧义：RESTful API的设计需要精心考虑，需要遵循资源命名、URI设计以及HTTP动词的语义等一系列规则，如果该设计不当可能造成语义混乱或歧义，导致API的不正确使用。

三、GraphQL API

GraphQL API 简介

GraphQL API官网： https://graphql.org/

GraphQL API的基本概念是使用GraphQL语言来描述API的查询能力。客户端通过GraphQL语言来描述所需的数据，而无需知道底层的数据结构和存储方式。然后，服务器会根据客户端的请求生成响应，并将数据发送回客户端。

GraphQL API遵循以下设计原则：

强类型：GraphQL是一种强类型的查询语言，它的类型系统有严格的约束、具备清晰的层次关系。
单一端点：所有的GraphQL API都从同一个端点获取相应的数据。
可组合性：客户端可以通过组合不同的查询来获取所需的数据。
可预测性：GraphQL查询语句在语法上是非常明确的，因此对于客户端来说是可以预测的。
客户端驱动：GraphQL API由客户端发起，客户端控制数据传输和终端的兼容性。
自我描述的API：GraphQL API使用类型系统来描述其功能和数据类型，因而具有自我描述特性。

GraphQL API 示例

示例一：查询博客文章列表

query {

  posts {

    id

    title

    author {

      id

      name

    }

  }

}

在这个示例中，我们查询了博客文章列表，每篇文章都有一个 ID、标题和作者。作者包括 ID 和名字。这个查询对于一个显示所有博客文章的列表的应用程序非常有用。

示例二：创建新的博客文章

mutation {

  createPost(input: {

    title: "My new blog post"

    content: "This is the content of my new blog post."

    authorId: "123"

  }) {

    id

    title

    content

    author {

      id

      name

    }

  }

}

在这个示例中，我们创建了一个新的博客文章。我们提供了文章的标题、内容和作者 ID。查询返回了新创建的文章的 ID、标题、内容和作者。这个查询对于创建新的博客文章的应用程序非常有用。

GraphQL API 的优缺点

GraphQL API的优点：

高度定制化：GraphQL API允许客户端请求特定的数据，从而减少了不必要的数据传输，提高了性能。这使得客户端能够根据其需求选择所需的数据，从而提高了效率。
单一的入口点：GraphQL API通过一个单一的入口点提供所有数据，这使得客户端更容易理解和使用API。这有助于简化客户端的开发和维护工作。
更好的可扩展性：GraphQL API的可扩展性更强，因为它允许开发人员轻松地添加新的字段和类型，而无需更改现有的API。这使得API更容易适应不断变化的需求。

GraphQL API的缺点：

学习曲线：虽然GraphQL API具有许多优点，但它也有一个学习曲线。开发人员需要花费一些时间学习如何使用GraphQL API，以及如何有效地使用它。
实现复杂性：虽然GraphQL API提供了很多优势，但实现它可能会增加开发人员的工作量。例如，开发人员需要编写自定义解析器和验证器，以确保API的正确性和安全性。
缺乏标准化：虽然REST API已经成为Web开发的事实标准，但GraphQL API仍然是一个相对较新的技术。这意味着它可能没有那么多现有的工具和资源可供开发人员使用。

四、RPC API

RPC API 简介

RPC API官网 https://grpc.io/

RPC（Remote Procedure Call）API 是一种远程调用协议，它允许客户端在不了解服务端实现细节的情况下，调用服务端上的函数或方法。RPC API 的主要特点是它可以跨越网络，实现不同计算机之间的通信和数据交换。

gRPC 是一个高性能、开源的 RPC 框架，它可以在多种环境中运行，包括云端、数据中心和本地计算机。gRPC 使用 HTTP/2 协议进行通信，并利用 Protocol Buffers 作为接口定义语言和消息交换格式，以实现高效的数据传输和低延迟。

gRPC 的特点包括：

高性能：gRPC 使用 HTTP/2 协议和 Protocol Buffers 序列化技术，能够实现高效的数据传输和低延迟。
跨平台：gRPC 支持多种编程语言和平台，包括 C++、Java、Python、Go、C#、Node.js 等。
可扩展性：gRPC 支持在多种环境中运行，包括云端、数据中心和本地计算机。
安全性：gRPC 支持 SSL/TLS 加密，能够保护数据传输的安全性。
易用性：gRPC 提供了简单易用的 API，使得开发者可以轻松地实现远程调用功能。

RPC API示例

一个用户信息查询的示例：

定义接口：

syntax = "proto3";



service UserService {

  rpc GetUserInfo (UserRequest) returns (UserResponse);

}



message UserRequest {

  int32 user_id = 1;

}



message UserResponse {

  string username = 1;

  int32 age = 2;

  bool gender = 3;

}

基于这个proto文件，可以生成客户端和服务端的桩代码。

在服务端，需要定义转代码中的handler接口。

在客户端，可以通过桩代码像调用本地函数一样调用接口。

RPC API 的优缺点

RPC API的优点：

易于使用：RPC API通常提供了简单的接口，使得开发人员可以轻松地调用远程服务，而无需关心底层通信和数据序列化的细节。
跨平台兼容性：RPC API允许不同平台和编程语言之间的通信，实现了代码的复用和模块化。
高性能：RPC API通常采用了高效的数据传输和通信机制，能够提供较高的处理速度和响应时间。

RPC API的缺点：

通信延迟：由于RPC API通常依赖于网络通信，因此可能会受到网络延迟和不稳定的影响，从而导致较高的响应时间和可用性风险。
安全性问题：RPC API需要在网络上传输敏感数据，因此可能会受到网络攻击和数据泄露的风险。
调试困难：当RPC API调用出现问题时，调试可能会变得非常困难，因为错误信息可能分布在多个组件和服务中。

五、SOAP API

SOAP API 简介

SOAP（Simple Object Access Protocol，简单对象访问协议）是一种基于 XML 的通信协议，它定义了用于 Web 上的应用程序之间通信的标准格式。 SOAP API 是基于 SOAP 协议的一种 API 设计方式，用于实现应用程序之间的数据交互和通信。

在 SOAP API 中，通信双方都需要遵循一定的协议格式，以实现数据的传递和解析。SOAP API 由以下几个关键概念组成：

SOAP 消息：SOAP 消息是指基于 XML 的数据格式，用来在调用者和服务端之间传递信息。SOAP 消息包含 SOAP 头（header）和 SOAP 体（body）两个部分。
SOAP 头（Header）：SOAP 头是可选的，它用于传递一些用于处理消息的上下文信息，例如身份验证信息、编码信息、事务处理信息等。
SOAP 体（Body）：SOAP 体是必需的，它包含了具体的方法调用和参数信息。
SOAP 动作（Action）：SOAP 动作定义了在 SOAP 消息中所包含方法的名称。
SOAP 协议绑定（Protocol Binding）：SOAP 协议绑定定义了 SOAP 消息如何映射到底层传输协议（如 HTTP、SMTP、TCP、UDP等）。SOAP 协议绑定使得 SOAP 协议可以适配不同的传输协议。

SOAP API 的特点包括：

基于 XML：SOAP API 的数据格式基于 XML，使得数据交互具备更好的可读性和可维护性。
统一标准：SOAP API 定义了一套统一的标准，使得应用程序之间的通信更具有规范性和可互操作性。
支持多种传输协议： SOAP 协议绑定允许 SOAP API 适配大多数的底层传输协议，以满足不同应用层之间的交互需求。
广泛应用：SOAP API 作为一种通用的 API 设计规范，广泛应用于多个领域，例如企业集成、Web 服务、移动应用等。

SOAP API 示例

以下是一个基于 Amazon 的 Product Advertising API，使用 SOAP API 调用获取某个关键词的商品信息的示例。

SOAP 请求消息示例：

<soapenv:Envelope xmlns:soapenv="http://schemas.xmlsoap.org/soap/envelope/" xmlns:api="http://soap.amazon.com">

   <soapenv:Header/>

   <soapenv:Body>

      <api:ItemSearch>

         <api:AssociateTag>Your_Associate_Tag</api:AssociateTag>

         <api:Author>Stephen King</api:Author>

         <api:Keywords>Carrie</api:Keywords>

         <api:SearchIndex>Books</api:SearchIndex>

         <api:ResponseGroup>Medium</api:ResponseGroup>

         <api:Availability>Available</api:Availability>

         <api:Sort>Title</api:Sort>

         <api:Power><api:BrowseNode>17</api:BrowseNode>

      </api:ItemSearch>

   </soapenv:Body>

</soapenv:Envelope>

SOAP 相应消息示例

<soapenv:Envelope xmlns:soapenv="http://schemas.xmlsoap.org/soap/envelope/" xmlns:api="http://soap.amazon.com">

   <soapenv:Header/>

   <soapenv:Body>

      <api:ItemSearchResponse>

         <api:Items>

            <api:Request>

               <api:ValidRequest>true</api:ValidRequest>

            </api:Request>

            <api:Item>

               <api:ASIN>B0000ZD9PC</api:ASIN>

               <api:DetailPageURL>http://www.amazon.com/Carrie-Stephen-King/dp/B0000ZD9PC</api:DetailPageURL>

               <api:ItemAttributes>

                  <api:Title>Carrie: A Novel</api:Title>

                  <api:Author>Stephen King</api:Author>

                  <api:ListPrice>

                     <api:Amount>699</api:Amount>

                     <api:CurrencyCode>USD</api:CurrencyCode>

                  </api:ListPrice>

               </api:ItemAttributes>

            </api:Item>

         </api:Items>

      </api:ItemSearchResponse>

   </soapenv:Body>

</soapenv:Envelope>

在上面的示例中，我们使用 ItemSearch 方法，向 Amazon 发送一个查询关键词“Carrie”的 SOAP 请求，并包含关键词、搜索目录、响应类型、排序等参数。服务器返回查找结果，并在 SOAP 响应消息中返回 Amazon 的商品信息。开发者可以按照 SOAP 响应消息中的结构，解析并处理 Amazon 的商品信息。

SOAP API 优缺点

SOAP API 优点：

安全性高：SOAP API 提供了诸如 WS-Security、HTTPS 等安全机制，提供了可靠、安全的通信。可在 SOAP 消息中包含签名和加密，确保数据安全。
可扩展性高：SOAP API 是基于 XML 标准设计的，SOAP 消息可以通过 XML Schema 定义数据类型和结构，并支持复杂的数据结构和嵌套对象。
支持异构平台：由于SOAP API使用通用的 XML 语言，所以支持跨不同的平台、应用程序和编程语言之间的数据传输和通信。

SOAP API 缺点：

繁琐的数据格式: SOAP API 能够处理XML的复杂性和强大的扩展性使其变得非常繁琐。
性能比 RESTful API 低：SOAP API 要求数据格式必须为 XML，相较于 JSON 格式的 RESTful API，数据量会比较大，且该格式要求的数据解析和序列化会更加耗时。
需要更复杂协议：SOAP 协议需要使用许多的协议层，如 HTTP、XML、SOAP、WSDL 等，以确保协议可靠，也需要更多的开发时间和经验。所以在 API 技术选择时不建议考虑 SOAP API，因为使用 SOAP 的开销非常大，特别是在资源有限的系统上。

六、对比分析

下表列出了四种主流的API风格在使用场景、数据格式和接口性能等方面的比较：

API风格	使用场景	数据格式	接口性能
SOAP API	企业级应用、大规模数据请求与查询、跨平台应用	XML	低
RESTful API	互联网Web应用、处理实时数据、与前端结合	JSON/XML	高
GraphQL	需要控制返回的数据字段、精细定制查询	自定义查询语言	高
gRPC	对内应用程序、处理大量数据传输请求	protobufs	高