互联网软件架构——RESTful架构

越来越多的人开始意识到，网站即软件，而且是一种新型的软件。

这种"互联网软件"采用客户端/服务器模式，建立在分布式体系上，通过互联网通信，具有高延时（high latency）、高并发等特点。

网站开发，完全可以采用软件开发的模式。但是传统上，软件和网络是两个不同的领域，很少有交集；软件开发主要针对单机环境，网络则主要研究系统之间的通信。互联网的兴起，使得这两个领域开始融合，现在我们必须考虑，如何开发在互联网环境中使用的软件。



RESTful架构，就是目前最流行的一种互联网软件架构。它结构清晰、符合标准、易于理解、扩展方便，所以正得到越来越多网站的采用。

但是，到底什么是RESTful架构，并不是一个容易说清楚的问题。下面，我就谈谈我理解的RESTful架构。

一、起源

REST这个词，是Roy Thomas Fielding在他2000年的博士论文中提出的。



Fielding是一个非常重要的人，他是HTTP协议（1.0版和1.1版）的主要设计者、Apache服务器软件的作者之一、Apache基金会的第一任主席。所以，他的这篇论文一经发表，就引起了关注，并且立即对互联网开发产生了深远的影响。

他这样介绍论文的写作目的：

"本文研究计算机科学两大前沿----软件和网络----的交叉点。长期以来，软件研究主要关注软件设计的分类、设计方法的演化，很少客观地评估不同的设计选择对系统行为的影响。而相反地，网络研究主要关注系统之间通信行为的细节、如何改进特定通信机制的表现，常常忽视了一个事实，那就是改变应用程序的互动风格比改变互动协议，对整体表现有更大的影响。我这篇文章的写作目的，就是想在符合架构原理的前提下，理解和评估以网络为基础的应用软件的架构设计，得到一个功能强、性能好、适宜通信的架构。"

(This dissertation explores a junction on the frontiers of two research disciplines in computer science: software and networking. Software research has long been concerned with the categorization of software designs and the development of design methodologies,
but has rarely been able to objectively evaluate the impact of various design choices on system behavior. Networking research, in contrast, is focused on the details of generic communication behavior between systems and improving the performance of particular
communication techniques, often ignoring the fact that changing the interaction style of an application can have more impact on performance than the communication protocols used for that interaction. My work is motivated by the desire to understand and evaluate
the architectural design of network-based application software through principled use of architectural constraints, thereby obtaining the functional, performance, and social properties desired of an architecture. )

二、名称

Fielding将他对互联网软件的架构原则，定名为REST，即Representational State Transfer的缩写。我对这个词组的翻译是"表现层状态转化"。

如果一个架构符合REST原则，就称它为RESTful架构。

要理解RESTful架构，最好的方法就是去理解Representational State Transfer这个词组到底是什么意思，它的每一个词代表了什么涵义。如果你把这个名称搞懂了，也就不难体会REST是一种什么样的设计。

三、资源（Resources）

REST的名称"表现层状态转化"中，省略了主语。"表现层"其实指的是"资源"（Resources）的"表现层"。

所谓"资源"，就是网络上的一个实体，或者说是网络上的一个具体信息。它可以是一段文本、一张图片、一首歌曲、一种服务，总之就是一个具体的实在。你可以用一个URI（统一资源定位符）指向它，每种资源对应一个特定的URI。要获取这个资源，访问它的URI就可以，因此URI就成了每一个资源的地址或独一无二的识别符。

所谓"上网"，就是与互联网上一系列的"资源"互动，调用它的URI。

四、表现层（Representation）

"资源"是一种信息实体，它可以有多种外在表现形式。我们把"资源"具体呈现出来的形式，叫做它的"表现层"（Representation）。

比如，文本可以用txt格式表现，也可以用HTML格式、XML格式、JSON格式表现，甚至可以采用二进制格式；图片可以用JPG格式表现，也可以用PNG格式表现。

URI只代表资源的实体，不代表它的形式。严格地说，有些网址最后的".html"后缀名是不必要的，因为这个后缀名表示格式，属于"表现层"范畴，而URI应该只代表"资源"的位置。它的具体表现形式，应该在HTTP请求的头信息中用Accept和Content-Type字段指定，这两个字段才是对"表现层"的描述。

五、状态转化（State Transfer）

访问一个网站，就代表了客户端和服务器的一个互动过程。在这个过程中，势必涉及到数据和状态的变化。

互联网通信协议HTTP协议，是一个无状态协议。这意味着，所有的状态都保存在服务器端。因此，如果客户端想要操作服务器，必须通过某种手段，让服务器端发生"状态转化"（State Transfer）。而这种转化是建立在表现层之上的，所以就是"表现层状态转化"。

客户端用到的手段，只能是HTTP协议。具体来说，就是HTTP协议里面，四个表示操作方式的动词：GET、POST、PUT、DELETE。它们分别对应四种基本操作：GET用来获取资源，POST用来新建资源（也可以用于更新资源），PUT用来更新资源，DELETE用来删除资源。

六、综述

综合上面的解释，我们总结一下什么是RESTful架构：

　　（1）每一个URI代表一种资源；

　　（2）客户端和服务器之间，传递这种资源的某种表现层；

　　（3）客户端通过四个HTTP动词，对服务器端资源进行操作，实现"表现层状态转化"。

七、误区

RESTful架构有一些典型的设计误区。

最常见的一种设计错误，就是URI包含动词。因为"资源"表示一种实体，所以应该是名词，URI不应该有动词，动词应该放在HTTP协议中。

举例来说，某个URI是/posts/show/1，其中show是动词，这个URI就设计错了，正确的写法应该是/posts/1，然后用GET方法表示show。

如果某些动作是HTTP动词表示不了的，你就应该把动作做成一种资源。比如网上汇款，从账户1向账户2汇款500元，错误的URI是：

　　POST /accounts/1/transfer/500/to/2

正确的写法是把动词transfer改成名词transaction，资源不能是动词，但是可以是一种服务：

　　POST /transaction HTTP/1.1

　　Host: 127.0.0.1

　　

　　from=1&to=2&amount=500.00

另一个设计误区，就是在URI中加入版本号：

　　http://www.example.com/app/1.0/foo

　　http://www.example.com/app/1.1/foo

　　http://www.example.com/app/2.0/foo

因为不同的版本，可以理解成同一种资源的不同表现形式，所以应该采用同一个URI。版本号可以在HTTP请求头信息的Accept字段中进行区分（参见Versioning REST Services）：

目前在三种主流的Web服务实现方案中，因为REST模式的Web服务与复杂的SOAP和XML-RPC相对比，更加简洁，越来越多的Web服务开始采用REST风格设计和实现。例如，Amazon.com提供接近REST风格的Web服务进行图书查找；雅虎提供的Web服务也是REST风格的。

让我们来思考一下：

Marcus是一个农民，他有4头牛，12只鸡和3头奶牛。他现在模拟一个RESTAPI，而我是客户端。如果我想用REST来请求当前的农场状态，我仅会问：“State？”Marcus会回答：“4头猪、12只鸡、3头奶牛”。

这是REST最简单的一个例子。Marcus使用表征来传输农场状态。表征的句子很简单：“4头猪、12只鸡、3头奶牛”。

再往下看，看我如何让Marcus用REST方式添加2头奶牛？

按照常理，可以会这样说：Marcus，请在农场你再添加2头奶牛。难道这就是REST方式吗？难道就是通过这样的表征来传输状态的吗？不是的！这是一个远程过程调用，过程是给农场添加2头奶牛。

Marcus很愤怒地响应到：“400，Bad Request”，你到底是什么意思？

所以，让我们重新来一次。我们怎样做到REST方式呢？该怎样重新表征呢？它应该是4头猪、12只鸡、3头奶牛。好，让我们再次重新表征……

我：“Marcus，……4头猪、12只鸡、5头奶牛！”

Marcus：“好的”。

我：“Marcus，现在是什么状态？”

Marcus：“4头猪、12只鸡、5头奶牛”。

我：“好！”

看到了吗？就这样简单。

为什么RPC也不够好？

从逻辑角度来看，为什么会更加青睐REST而不是RPC（Remote Procedure Call，远程过程调用 ），因为它极大的降低了我们沟通的复杂度，通过把表征作为唯一的沟通的方式。无需去讨论过程（添加一头牛？增加一种动物类型？给鸡的数量翻倍还是卖掉所有猪？）我们只需讨论表征，并且使用这个表征来达到我们想要的目标，很简单，不是吗？我不希望和Marcus的沟通失败，因为我们彼此的理解过程会不一样，所以只需要知道最后的状态就行。但这仅仅是创建RPC会产生许多问题之一。如果你使用RPC，你需要设计一些程序嵌入到某种结构中。这种结构需要存储参数、错误的代码、返回值等。我已经看到许多公司这样做，他们设计自己的RPC-结构来实现客户端与服务器端的交互，但却产生许多问题。你为什么要这么做？为什么要创建自己的RPC-结构？这样做的好处是？倘若我想要让应用程序使用许多WebService，并且这些WebService带有多个RPC-格式属性？那么我不得不去开发一些类似这样的东西：





如果你们真的需要RPC，至少要选择一个类似SOAP的标准。

但SOAP也很糟糕

即使RPC的标准真的很令人痛苦，但我不得不承认ACID事务，一个完整的标准化服务描述性语言SOAP（Simple Object Access Protocol，简单对象访问协议）在某些环境下表现的还不错。尽管如此，SOAP产品的性能开销很大，它是一个巨大的性能杀手。虽然REST不是一个标准，但在实现RESTful Web服务时可以使用其他各种标准（比如HTTP、URL、XML、PNG等）。

Session更邪恶

你无需Session！但有人会说：“我想要保存用户购物车里的商品，所以我必须要Session！”不，这样想是错误的！即使没有Session，你也可以做你任何你想做的事情。你可以只需在URL里封装购物车信息，或者为购物车创建另一个资源，比如“/carts/5235”。

不需要与客户端进行会话，通过这些操作（指在URL里封装购物车信息，或者为购物车创建另一个资源，比如“/carts/5235”）后，客户端向服务器发出请求后，哪怕你在服务器上执行卸载平台和操作系统、拆除服务器硬件、重新组装服务器、重新安装操作系统、平台、应用程序备份恢复操作，也不会影响客户端。

不要强迫客户端保存状态，这样做不仅复杂，而且还会带来许多问题，你应该从你的Web应用程序里删除有状态的东西。

不要重造超媒体

目前，超媒体已经相当普及，我提醒大家，不要再去重新造轮子。这里已经有许多，足够你使用了：

采用原子链接规范的超媒体，类似spring-hateoas和spring-data-rest。
JSON-HAL
JSON-LD
……