如何构建REST风格的WEB地图服务

REST英文全称为Representational State Transfer（表述性状态迁移），是2000年Roy Thomas Fielding博士在他的毕业论文中首次提出的概念，国内一帮精英已经把Fielding的论文翻成了中文，但是看完论文还是很难搞清REST到底是什么。Leonard Richardson与Sam Ruby的新书《RESTful Web Services》对REST作了简单而具体的诠释，提出了面向资源架构（The Resource-Oriented Architecture）的设计方法。根据对书中内容的理解，我这里作一简单的总结，不一定对，仅供参考。

1 什么是REST

REST是一组设计原则，或说是一种风格，不是架构，Fielding在他的论文中表示符合REST原则的web服务将在可见性、可靠性与可伸缩性等方面获益，而且符合万维网创建的初衷。

Google map（http://maps.google.com/）就是REST风格的web服务一例，当光标热点移动时，左下角随之变化的URI可以看出它是根据URI在提供相应的web服务。

REST是一组广义的设计原则，REST本身并没有与Web、HTTP或URI绑定，REST设计原则包括客户-服务器、无状态、缓存、统一接口、分层系统等。既然原则中要求无状态，又何来表述性状态呢？REST原则的无状态指服务器端不保存客户应用状态，连接→请求→响应→断开，客户的上一次请求与下一个请求没有关系（这其实是HTTP的特征）。服务器端响应客户请求返回资源的表述及相关链接（想像一下google返回的页面），该表述的本身就是客户的当前状态，客户按照表述中提供的链接选择下一个表述，迁移到下一个状态。这是我从字面上对REST的解释，也就是服务器通过表述为状态迁移提供指导，而状态的迁移权掌控在用户手里，客户根据自己的需要选择链接，由当前状态迁移到下一个状态。这个解释很肤浅，下面的面向资源架构从根本上对REST作了技术上的诠释。

2 面向资源架构

面向资源架构是一种REST风格的架构，它以资源为研究对象，通过划分资源、定义资源，然后用超媒体将资源串起来，提供客户所需求的服务。面向资源架构包括四个组成元素，具有四个属性。四个组成元素是：资源、资源名、资源表述和链接。四个属性是：可寻址、无状态、连通和统一接口。

2.1 四个元素

（1） 资源

就象面向对象设计取决于问题域对象划分一样，面向资源设计的首要任务就是划分资源，实际上面向资源是极端的面向对象，因为REST中规定了统一接口约束，要求对资源的操作必须是可见的（如HTTP中标准的GET、PUT、DELETE、POST，带暗箱操作的POST不算），因此资源的操作方法是不能自行定义的。

在
面向资源设计中的资源可以是任何具有超文本链接价值的东西，资源可以是数据资源，也可以是物理对象，物理对象本身不能在网上传输，但物理对象的元数据可
以。当统一接口方法不能满足需求时，可以通过设计资源将操作名词化，例如你“订阅”某个栏目，统一接口中没有“订阅”操作，也不允许你自行定义“订阅”操
作，怎么办呢？你可以将“订阅”设计为资源“订阅关系”，“订阅关系”就可以用统一接口中的方法，如GET、PUT、DELETE进行操作了。同样，对于需要异步完成的操作，也可以通过资源将异步操作划分为多个同步操作来完成。总之，资源可以是任何东西，遇到困惑时可以设法通过资源来解决。

（2） 资源名

资源能成为资源的必要条件是：每个资源必须用URI唯一标识。这符合Tim Berners-Lee公理：Web上每一个资源由URL唯一确定。超文本系统、HTTP
和Internet分层协议之间是不能交流的，URI把所有这些协议集成到了web中。资源用URI命名，资源通过URI定位，URI中不仅包含资源的地
址，还包含对资源的操作指令，服务器端根据URI中的指令确定客户请求的处理方式。因此，这里的URI不是单纯的网址。

（3） 资源表述

资源是表述的数据源，表述是资源的当前状态（应客户请求返回的网页），对REST风格的服务来说表述是超媒体，表述中不仅包含着当前资源的信息，还包含了相关资源的链接。

因此，表述呈现了资源的当前状态，也链接着资源的其它状态。表述具体涉及资源的数据及数据格式。可用于表述的超媒体格式有多种，如： 应用/XHTML+XML、应用/ATOM+XML、图像/SVG+XML、应用/JSON、应用/WADL+XML。《RESTful Web Services》书中对WADL（Web Application Description Language，https://wadl.dev.java.net）较为推崇，WADL是用于描述HTTP资源特征的XML格式定义（词汇表），书中认为WADL剥离了HTTP请求和响应（表述的建造与解析）的细节，支持URI模板及HTTP统一接口，可以特定符合XML Schema定义的XML表述格式，可简化web服务的客户端编程，与其它超媒体格式相比，WADL有其独特的优点。

（4） 资源链接

资源不是孤立的，是可以连通的，资源通过Link或Form链接，Link与Form本身就是资源表述的一种，因此说表述是超媒体。

2.2 四个属性

（1） 可寻址

每个资源由唯一的URI标识，使资源可定位，也因此使缓存成为可能。

（2） 无状态

客户请求与服务响应通过HTTP
通信，HTTP本身是无状态的，HTTP请求在完全封闭的过程中完成，请求中包含了服务器完成请求所必需的全部信息，请求与请求之间没有关联。这样，服务
器端无需等待、无需追踪，它只需要关心客户发送请求时的应用状态就足够了。服务器端的服务之间也不需要分工协作，服务扩展只是将服务插入负载均衡器就行
了，这样就增强了服务的伸缩性能。

REST
中的无状态是指仅有一种状态，该状态不在服务器端而在客户端。其实，从资源角度来说，服务器端也有状态，那就是资源状态。服务器应客户请求返回资源的表
述，资源通过HTTP由资源状态迁移到客户应用状态；客户向服务器上传资源表述（例如Amazon的S3服务），客户应用状态通过HTTP迁移到服务器变
成了资源状态，这是不是应该是REST的真正含义？

（3） 连通

资源应该以某种方式连通，也就是资源是链接的，不需要用户在浏览器中键入URI执行跳转。Link或Form链接是资源连通的超媒体。

（4） 统一接口

面向资源架构利用了HTTP的统一接口，HTTP统一接口提供了四种基本操作方法GET、PUT、DELETE和POST，面向资源架构要求所有服务按HTTP标准方式使用GET、PUT、DELETE和POST，这样安全性好，没有副作用产生，其次响应结果具幂等性（数学上术语），即同一请求返回的结果总是相同的（如：任何数不管乘零多少次结果总是零），除非底层资源发生变化。

3 以一个Web地图服务为例

这是《RESTful Web Services》书中一个最简单的例子，因为Web地图是只读的服务。我只是简单总结，以便大家对REST风格的架构有一个直观的认识。

设计步骤如下：

l 分析数据集

l 将数据集划分为资源

对每一个资源

l 用URI给资源定名

l 选择统一接口方法

l 设计客户端→服务器的表述

l 设计服务器→客户端的表述

l 用超媒体链接或表单将资源挂接到现有资源链中

l 正面设想一下该发生什么

l 反面设想一下什么可能发生

（1） 分析数据集

本数据集为各大星球二维平面图，可以通过地理坐标及地名在地图上定位，并展示以点为中心的平面图。

（2） 将数据集划分为资源

资源大体分三类：

l 预定义的一次性资源，如同一个web主页，充当其它资源的顶级入口。你能GET它，但不能DELETE或PUT它。

l 每个对象的资源，每个对象有自己的资源集合，你可以GET、DELETE或PUT对象的资源。

l 经数据处理后获取的资源，例如根据查询条件返回的结果。

本web地图服务资源划分如下：

（1）所有星球列表

（2）某星球上某一个地方（包括整个星球），通过地名识别

（3）某星球上某地理位置，通过经纬度识别

（4）某星球上满足查询条件的地名列表

（5）以某点为中心的某星球地图

这些资源是可以连通的，星球列表中包含每个星球，每个星球包含无数个地方或地理位置，每个地方或地理位置对应以其为中心的地图。

（3） 用URI给资源定名

在面向资源架构中，URI包含了客户请求的所有目标信息，有地址有操作指令。URI是具有语义的。

命名规则如下：

l 继承关系采用路径变量编码，如：/parent/child

l 无继承关系的，用标点符号区分，并列关系用分号，先后关系用逗号，如：/parent/child1；child2，或/parent/child1,child2

l 有处理请求的采用查询变量表示，如：/search?q=earch&start=20

本web地图服务资源命名如下：

资源	URI举例
（1）所有星球列表	http://maps.example.com/
（2）某星球上某一个地方（包括整个星球），通过地名识别	http://maps.example.com/Earth http://maps.example.com/Earth/China/Qingdao
（3）某星球上某地理位置，通过经纬度识别	http://maps.example.com/Earth/36.08,120.35
（4）某星球上满足查询条件的地名列表	http://maps.example.com/Earth?show=craters+bigger+then+1km http://maps.example.com/Earth/China/Qingdao?show=hotel
（5）以某点为中心的某星球地图	http://maps.example.com/satellite/Earth/36.08,120.35 http://maps.example.com/road/Earth/36.08,120.35 大比例尺图 http://maps.example.com/ road.10/Earth/36.08,120.35 小比例尺图 http://maps.example.com/ road.1/Earth/36.08,120.35

（4） 选择统一接口方法

HTTP提供了四种基本操作方法

l GET：取一个资源的表述

l PUT：创建一个新资源，或修改已有的资源

l DELETE：删除已有资源

l POST：创建已有资源的子资源

本web地图服务是只读的，只需要GET就够了。可以通过HTTP的Last-Modified和Etag，实施条件GET操作。

（5） 设计客户端→服务器的表述（以XHTML为例）

是客户需要填写的表单，如：

<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml" xml:lang="en">

<form id="searchplace" method="get" action="">

<p>

Show place,feature,or business:

<input id="term" repeat="template" name="show"/>

<input class="submit"/>

</p>

</form>

</html>

（6） 设计服务器→客户端的表述（以XHTML为例）

l 所有星球列表

<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml" xml:lang="en">

<head>

<title>Planet List</title>

</head>

<body>

<ul class="planets">

<li><a herf="/Earth">Earth</a></li>

<li><a herf="/Earth">Venus</a></li>

<li><a herf="/Earth">Mars</a></li>

</ul>

</body>

</html>

表述呈现了资源的当前状态，也链接着资源的其它状态，但表述并非必须呈现资源的全部状态，可以显示资源的部分状态，同时提供链接，客户可以通过链接转向剩余部分的状态。Google Map在web地图服务中将地图分割成256*256pixels的图块，按客户请求一部分、一部分地显示资源的状态。这里的web地图服务也可以这样。

l 以点为中心的图

<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml" xml:lang="en">

<head>

<title>Road Mao of Earth</title>

</head>

<body>

<img class="map" src="/road.2/Earth/images/37.0,-95.8.png" alt="Map tile">

<a class="map_nav" herf="46.0518,-95.8">North</a>

<a class="map_nav" herf="41.3776,-89.7698">Northeast</a>

<a class="map_nav" herf="36.4642,-84.5187">East</a>

<a class="map_nav" herf="32.3513,-90.4459">Southeast</a>

<a class="zoom_out" herf="/road.1/Earth/37.0,-95.8">Zoom out</a>

<a class="zoom_in" herf="/road.3/Earth/37.0,-95.8">Zoom in</a>

</body>

</html>

（7） 用超媒体链接或表单将资源挂接到现有资源链中

星球--(Link)-→地球--(Form)-→地球上叫青岛的地方--(Link)-→青岛--(Form)-→青岛某酒店位置--(Link)-→丽晶大酒店

（8） 正面设想一下该发生什么

（9） 反面设想一下什么可能发生

如：

l 客户请求的图不存在，响应代码404（Not Found）, 或响应代码200（OK）附以一个表述，表述中有相关链接，可能可以找到客户请求的图。

l 客户输入的地名不存在，响应代码404（Not Found），或响应代码303（See Other），附以一组相近的地名供选择

l 客户输入不合理的经纬度，如300，181，响应代码400（Bad Request）

l 服务器问题，返回503（Service Unavailable）或500（Internal Server Error）

4 结语

REST
风格的面向资源架构基于三个基本的技术：HTTP，URI和XML，但注意它并没有与HTTP绑定，它只是利用了HTTP的统一接口。该架构以资源为中
心，服务器端的状态是资源状态，客户端的状态是资源的表述状态，服务器端应客户请求返回资源的表述，资源通过HTTP由资源状态迁移为客户端的表述状态；
客户向服务器端上传资源表述，资源由客户端的表述状态通过HTTP迁移为服务器端的资源状态。资源用URI唯一标识、用XML超媒体表述并链接，由
HTTP统一接口执行资源操作。这样使得REST风格的面向资源web服务是可见的、可靠的、可伸缩的。