Alle Unterschiede zwischen zustandslosen und zustandsbehafteten APIs

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Wenn Webentwickler ihre Anwendungen entwerfen, müssen viele Faktoren berücksichtigt werden. APIs (Application Programming Interfaces) sind eine von vielen Variablen, die eine funktionierende App ausmachen. Es gibt jedoch verschiedene Klassifizierungen von APIs, eine davon basiert darauf, wie sie Informationen speichern. Diese APIs werden in zwei Typen unterteilt: zustandslose und zustandsbehaftete APIs.

Einer der beliebtesten API-Architekturstile fällt in eine der beiden Kategorien zwischen zustandsbehafteten und zustandslosen APIs – die RESTful (Representational State Transfer) API. Wenn Sie sich nicht sicher sind, in welche Klassifizierung von Zustand RESTful APIs fallen, lesen Sie diesen Artikel:

Was sind zustandslose APIs?

Zustandslose APIs sind APIs, die jede Anfrage von einem Client an einen Server als unabhängige Transaktion behandeln und bei denen der Server keine Informationen über die vorherige Interaktion des Clients speichert.

Hauptmerkmale zustandsloser APIs

1. Unabhängigkeit von Anfragen: Jede Anfrage, die von einem Client an den Server gesendet wird, enthält alle notwendigen Informationen, damit der Server sie verarbeiten kann, und wird weder durch frühere Anfragen beeinflusst noch beeinflusst sie zukünftige Anfragen.
2. Keine Sitzungsverwaltung: Zustandslose APIs erfordern nicht, dass der Server Clientsitzungen verwaltet oder sitzungsbezogene Daten speichert. Daher werden keine Sitzungsverfolgungsmechanismen wie Cookies oder serverseitige Sitzungen benötigt.
3. Skalierbarkeit: Zustandslose APIs sind hochgradig skalierbar, da Server Anfragen unabhängig verarbeiten können, ohne den Client-Zustand verwalten zu müssen. Load Balancer können eingehende Anfragen auf mehrere Server verteilen, ohne sich um die Sitzungsaffinität kümmern zu müssen.
4. Einfachheit: Zustandslose APIs sind im Allgemeinen einfacher zu implementieren und zu verstehen als zustandsbehaftete APIs. Da jede Anfrage alle notwendigen Informationen enthält, sind keine komplexen Sitzungsverwaltungen oder Zustandsynchronisierungen zwischen Client und Server erforderlich.
5. Fehlertoleranz: Zustandslose APIs sind von Natur aus fehlertolerant, da Server sich nicht auf die Aufrechterhaltung des Client-Zustands verlassen. Wenn ein Server ausfällt, können eingehende Anfragen auf andere Server weitergeleitet werden, ohne Auswirkungen auf die Client-Interaktionen.

Vorteile zustandsloser APIs

1. Flexibilität: Zustandslose APIs bieten Flexibilität bei der Skalierung und Bereitstellung. Da Server keinen Client-Zustand verwalten, können neue Serverinstanzen dem Pool hinzugefügt oder daraus entfernt werden, ohne die Client-Interaktionen zu beeinträchtigen. Diese Flexibilität ermöglicht eine dynamische Skalierung basierend auf der Nachfrage und ermöglicht eine effiziente Ressourcenauslastung in Cloud-Umgebungen.
2. Leistung: Zustandslose APIs bieten oft eine bessere Leistung im Vergleich zu zustandsbehafteten APIs. Da jede Anfrage alle notwendigen Informationen zur Verarbeitung enthält, können Server schnell antworten, ohne den Overhead der Verwaltung des Sitzungszustands oder der Durchführung zusätzlicher Suchvorgänge. Dies führt zu geringerer Latenz und schnelleren Reaktionszeiten, insbesondere unter hoher Auslastung.

Nachteile zustandsloser APIs

1. Schwierigkeiten bei der Implementierung komplexer Workflows: Zustandslose APIs können Schwierigkeiten haben, komplexe Workflows oder Transaktionsprozesse zu handhaben, die die Aufrechterhaltung des Zustands zwischen mehreren Anfragen erfordern. Die Implementierung von Funktionen wie mehrstufigen Transaktionen oder langwierigen Prozessen kann mit zustandslosen APIs im Vergleich zu zustandsbehafteten Alternativen schwieriger sein.
2. Begrenzte Unterstützung für Echtzeit-Interaktionen: Zustandslose APIs sind in erster Linie für Anforderungs-Antwort-Interaktionen konzipiert und möglicherweise nicht gut für Echtzeit-Kommunikations- oder Kollaborationsszenarien geeignet. Die Implementierung von Funktionen wie Echtzeit-Updates oder -Benachrichtigungen erfordert möglicherweise zusätzliche Problemumgehungen oder Kompromisse.

Beispiele für beliebte zustandslose APIs

1. RESTful APIs: Representational State Transfer (REST) ist ein Architekturstil für die Gestaltung von Netzwerkanwendungen. RESTful APIs sind von Natur aus zustandslos, wobei jede Anfrage von einem Client an den Server alle notwendigen Informationen enthält, damit der Server sie verarbeiten kann. Beispiele für RESTful APIs sind die von Social-Media-Plattformen wie Twitter und Facebook, E-Commerce-Plattformen wie Amazon und Cloud-Diensten wie AWS (Amazon Web Services) und Azure bereitgestellten.
2. HTTP APIs: Hypertext Transfer Protocol (HTTP) APIs folgen den Prinzipien der Zustandslosigkeit, wobei jede HTTP-Anfrage unabhängig und in sich geschlossen ist. Diese APIs werden häufig für die Kommunikation zwischen Webclients (z. B. Browsern oder mobilen Apps) und Webservern verwendet. Beispiele sind öffentliche APIs, die von Diensten wie Google Maps, OpenWeatherMap und GitHub bereitgestellt werden.
3. GraphQL APIs: GraphQL ist eine Abfragesprache für APIs, die es Clients ermöglicht, nur die Daten anzufordern, die sie benötigen. Während GraphQL selbst zustandslos ist, wird es oft zustandslos über HTTP implementiert. GraphQL APIs stellen typischerweise einen einzelnen Endpunkt für die Ausführung von Abfragen, Mutationen und Abonnements bereit, wobei jede Anfrage die spezifischen Datenanforderungen enthält. Beispiele für GraphQL APIs sind die von GitHub, Shopify und Yelp bereitgestellten.
4. Microservices APIs: Die Microservices-Architektur zerlegt komplexe Anwendungen in kleinere, unabhängig bereitstellbare Dienste. Jeder Microservice kann seine API verfügbar machen, die typischerweise als zustandslose APIs unter Verwendung von Protokollen wie HTTP oder gRPC implementiert werden. Beispiele für Microservices APIs sind die von Netflix für Streaming, Uber für Ride-Hailing und Spotify für Musik-Streaming verwendeten.
5. Serverless APIs: Serverless-Computing-Plattformen wie AWS Lambda und Google Cloud Functions ermöglichen es Entwicklern, Code bereitzustellen, ohne Server zu verwalten. Serverless APIs werden oft als zustandslose Funktionen implementiert, die durch HTTP-Anfragen oder andere Ereignisse ausgelöst werden. Diese APIs sind ideal für leichte, ereignisgesteuerte Anwendungen und Backend-Dienste. Beispiele sind Serverless APIs für die Verarbeitung von Benutzer-Uploads, das Senden von Benachrichtigungen und die Durchführung von Datenverarbeitungsaufgaben.

Was sind zustandsbehaftete APIs?

Zustandsbehaftete APIs sind APIs, die den Zustand oder Kontext der Client-Interaktion mit Servern zwischen Anfragen beibehalten. Dies ist das genaue Gegenteil von dem, was zustandslose APIs sind – zustandsbehaftete APIs können Ressourcen verfolgen und nachfolgende Anfragen verarbeiten, die vom selben Client stammen.

Hauptmerkmale zustandsbehafteter APIs

1. Sitzungsbasierte Sicherheit: Zustandsbehaftete APIs bieten robuste sitzungsbasierte Sicherheitsmechanismen zur Authentifizierung und Autorisierung von Clients. Durch die Einrichtung von Sitzungen mit Clients und die Verwaltung von Sitzungstoken oder Cookies können diese APIs Zugriffskontrollen, Berechtigungen und Sicherheitsrichtlinien konsistent über mehrere Anfragen hinweg durchsetzen.
2. Konsistenz und Zuverlässigkeit: Zustandsbehaftete APIs gewährleisten Konsistenz und Zuverlässigkeit, indem sie den Client-Zustand zwischen Client und Server synchronisieren. Dies hilft, Dateninkonsistenzen, Race Conditions und Parallelitätsprobleme zu vermeiden, die in verteilten Systemen mit gemeinsam genutzten Zuständen oder Ressourcen auftreten können.
3. Effiziente Ressourcenauslastung: Zustandsbehaftete APIs können die Ressourcenauslastung optimieren, indem sie etablierte Sitzungen oder Verbindungen zwischen Client und Server wiederverwenden. Dies reduziert den Overhead der wiederholten Authentifizierung und des Aufbaus von Verbindungen für jede Anfrage, was zu einer verbesserten Leistung und einer geringeren Netzwerklatenz führt.
4. Echtzeit-Updates: Zustandsbehaftete APIs erleichtern die Echtzeit-Kommunikation und -Updates zwischen Clients und Servern, indem sie kontinuierliche Verbindungen aufrechterhalten. Dies ermöglicht es Servern, Updates, Benachrichtigungen oder Datenänderungen sofort an Clients zu pushen, wodurch Echtzeit-Zusammenarbeit, Messaging und Streaming-Anwendungen ermöglicht werden.
5. Kontextbezogene Erkenntnisse: Zustandsbehaftete APIs ermöglichen es Servern, im Laufe der Zeit kontextbezogene Erkenntnisse über das Client-Verhalten, die Präferenzen und Nutzungsmuster zu gewinnen. Durch die Analyse von Sitzungsdaten und Client-Interaktionen können Anwendungen wertvolle Erkenntnisse für Personalisierung, Optimierung und Entscheidungsfindung ableiten.

Vorteile zustandsbehafteter APIs

1. Sitzungsverwaltung: Zustandsbehaftete APIs ermöglichen die Einrichtung und Verwaltung von Sitzungen zwischen Clients und Servern. Dies ermöglicht es dem Server, den Client-Kontext und -Zustand zwischen Anfragen beizubehalten, was für Anwendungen von Vorteil sein kann, die kontinuierliche Interaktionen und personalisierte Erlebnisse erfordern.
2. Komplexe Geschäftslogik: Zustandsbehaftete APIs eignen sich gut für Anwendungen mit komplexer Geschäftslogik oder Workflows, die die Aufrechterhaltung des Kontexts über mehrere Anfragen hinweg erfordern. Der Server kann den Zustand von langwierigen Transaktionen, Workflows oder Zustandsautomaten verwalten, was eine effizientere Verarbeitung und Koordination ermöglicht.

Nachteile zustandsbehafteter APIs

1. Parallelitätsprobleme: Die Verwaltung des gleichzeitigen Zugriffs auf den gemeinsam genutzten Zustand kann in zustandsbehafteten APIs eine Herausforderung darstellen. Race Conditions, Dateninkonsistenzen und Parallelitätsprobleme können auftreten, wenn mehrere Clients gleichzeitig auf gemeinsam genutzte Ressourcen zugreifen oder diese ändern, was eine sorgfältige Synchronisierung und Sperrmechanismen erfordert, um die Datenintegrität zu gewährleisten.
2. Schwierigkeiten bei der horizontalen Skalierung: Zustandsbehaftete APIs können aufgrund der Notwendigkeit, den Sitzungszustand aufrechtzuerhalten, vor Herausforderungen bei der horizontalen Skalierung über mehrere Serverinstanzen hinweg stehen. Die Verteilung von Sitzungen auf mehrere Server und die Gewährleistung von Konsistenz und Synchronisierung zwischen ihnen kann komplex sein und zusätzliche Infrastruktur oder Middleware erfordern.

Beispiele für beliebte zustandsbehaftete APIs

1. WebSocket APIs: WebSocket ist ein Kommunikationsprotokoll, das Vollduplex-Kommunikationskanäle über eine einzelne TCP-Verbindung bereitstellt. WebSocket APIs unterhalten persistente Verbindungen zwischen Clients und Servern und ermöglichen so eine bidirektionale Echtzeit-Kommunikation. Sie werden häufig in Anwendungen verwendet, die Instant Messaging, Online-Gaming, kollaboratives Bearbeiten, Live-Updates und andere Echtzeit-Interaktionen erfordern.
2. Remote Procedure Call (RPC) APIs: RPC APIs ermöglichen es Clients, Prozeduren oder Methoden auf einem Remote-Server aufzurufen und Antworten zu erhalten. Während RPC selbst zustandslos ist, behalten einige Implementierungen den Client-Zustand zwischen Anfragen bei, insbesondere in Fällen, in denen Sitzungen oder Verbindungen langlebig sind. RPC APIs werden häufig in verteilten Systemen, Microservices-Architekturen und Client-Server-Anwendungen verwendet.
3. Sitzungsbasierte APIs: Einige Legacy-APIs verlassen sich auf die sitzungsbasierte Authentifizierung und verwalten den Client-Zustand mithilfe von Mechanismen wie Cookies oder Sitzungstoken. Diese APIs erfordern, dass sich Clients authentifizieren und eine Sitzung mit dem Server einrichten, und der Server verwaltet den Sitzungszustand für die Dauer der Sitzung. Sitzungsbasierte APIs werden häufig in Webanwendungen, E-Commerce-Plattformen und Unternehmenssystemen verwendet.
4. Echtzeit-Daten-Streaming-APIs: Echtzeit-Daten-Streaming-APIs unterhalten persistente Verbindungen zwischen Clients und Servern, um Daten in Echtzeit zu streamen. Diese APIs werden häufig in Anwendungen verwendet, die kontinuierliche Datenaktualisierungen erfordern, wie z. B. Finanzhandelsplattformen, IoT (Internet of Things)-Systeme, Echtzeit-Analysen und Überwachungs-Dashboards.
5. Kollaborative Anwendungen: Kollaborative Anwendungen, wie z. B. kollaborative Dokumentbearbeitungsplattformen, kollaborative Zeichenwerkzeuge und kollaborative Projektmanagement-Tools, verwenden häufig zustandsbehaftete APIs, um die Echtzeit-Zusammenarbeit zwischen mehreren Benutzern zu ermöglichen. Diese APIs verwalten einen gemeinsam genutzten Zustand zwischen Clients und Servern, sodass Benutzer die Änderungen der anderen in Echtzeit sehen können.

Unterschiede beim Codieren zwischen zustandslosen und zustandsbehafteten APIs

Das Codebeispiel beinhaltet die Verwendung des Python Flask-Webframeworks. Beachten Sie, dass in der zustandsbehafteten API-Codierung eine zusätzliche session-Bibliothek implementiert ist.

Zustandslose APIs:

from flask import Flask, request, jsonify

app = Flask(__name__)

@app.route('/stateless', methods=['GET'])
def stateless_endpoint():
    # Get data from request
    data = request.args.get('data')
    
    # Process the request (e.g., perform a calculation)
    result = int(data) * 2
    
    # Return the result
    return jsonify({'result': result})

if __name__ == '__main__':
    app.run(debug=True)

Zustandsbehaftete API:

from flask import Flask, request, jsonify, session

app = Flask(__name__)
app.secret_key = 'your_secret_key'  # Secret key for session management

@app.route('/stateful', methods=['GET'])
def stateful_endpoint():
    # Get data from request
    data = request.args.get('data')
    
    # Check if session exists
    if 'result' in session:
        # If session exists, update the result with new data
        session['result'] += int(data)
    else:
        # If session doesn't exist, initialize the result with data
        session['result'] = int(data)
    
    # Return the current result stored in the session
    return jsonify({'result': session['result']})

if __name__ == '__main__':
    app.run(debug=True)

Vergleich:

• Das zustandslose API-Codebeispiel nimmt nur den Abfrageparameter data und führt die Operation des Codes aus, gefolgt von der Rückgabe des Ergebnisses als JSON.
• Im zustandsbehafteten API-Codebeispiel werden die data des Abfrageparameters verwendet und der Wert mithilfe der session-Verwaltung von Flask gespeichert. Der gespeicherte Wert kann dann in derselben Clientsitzung verwendet werden, wobei er jedes Mal aktualisiert wird, wenn eine Anfrage gestellt wird.

Tabellarische Zusammenfassung des Vergleichs zwischen zustandslosen und zustandsbehafteten APIs

Apidog – Perfektionieren Sie Ihre zustandslosen und zustandsbehafteten APIs

Um nützliche APIs für andere Entwickler zu entwickeln, die sie in ihre Anwendungen implementieren können, benötigen Sie ein geeignetes API-Tool, um Ihre API-Entwicklungsprozesse zu unterstützen. Wir empfehlen Apidog, eine All-in-One-API-Entwicklungsplattform, die Entwickler mit Funktionen für den gesamten API-Lebenszyklus unterstützen kann.

Initialisieren des Designs für eine neue API mit Apidog

Mit Apidog ist das Erstellen einer neuen API nur ein paar Klicks und Fingerspitzen entfernt!

Klicken Sie zunächst auf die Schaltfläche Neue API, um mit der Erstellung einer neuen API zu beginnen.

Als Nächstes können Sie die erforderlichen Eigenschaften Ihrer neuen API auswählen. Sie können die entsprechende HTTP-Methode auswählen, Ihren eigenen API-Endpunkt (oder API-URL) erstellen und alle relevanten Parameter und Beschreibungen angeben, die Ihrer Meinung nach für Sie und andere Entwickler, die Ihre API möglicherweise verwenden, nützlich sein könnten.

Nachdem Sie Ihre allererste API auf Apidog erstellt haben, können Sie mit dem Testen Ihrer APIs fortfahren! Ja, Apidog erleichtert das Testen, Debuggen und auch das Dokumentieren von Funktionen, sodass Sie Ihre Dateien nicht exportieren müssen, nur um zu testen, ob Ihre API funktioniert oder nicht!

Testen von APIs mithilfe der Test-Szenario-Funktion auf Apidog

Klicken Sie zunächst auf die Schaltfläche Testen, gefolgt von der Schaltfläche + Neues Testszenario.

Apidog fordert Sie auf, die Details für Ihr neues Testszenario auszufüllen. Stellen Sie sicher, dass Sie ihm einen geeigneten Namen geben, damit seine Funktion vorhersehbar ist.

Fahren Sie fort, indem Sie Ihrem Testszenario einen Schritt (oder viele weitere Schritte) hinzufügen, indem Sie auf den Abschnitt Schritt hinzufügen klicken. Sie sollten das Bild unten sehen können.

Wählen Sie "Aus API importieren" aus dem Dropdown-Menü.

Wählen Sie als Nächstes alle APIs aus, die Sie in Ihr Testszenario aufnehmen möchten. Im obigen Beispiel wurde die API namens NumberConversionSOAP aufgenommen.

Bevor Sie auf die Schaltfläche Ausführen klicken, um Ihr Testszenario zu starten, stellen Sie sicher, dass Sie die Testszenario-Umgebung ändern, die Testumgebung sein sollte, wie durch Pfeil 1 hervorgehoben.

Mit Apidog können Sie präzise und detaillierte Analysen für Ihre Testszenarien genießen. Mithilfe der Statistiken können Sie entscheiden, welcher Teil der API weiter verfeinert werden muss und welche Teile Sie perfekt erledigt haben!

Fazit

Die Wahl zwischen zustandslosen und zustandsbehafteten APIs hängt wirklich von den spezifischen Anforderungen der Anwendung und den damit verbundenen Kompromissen ab, da sie keine All-in-One-Lösung für Webentwicklungsprobleme sind.

Die wichtigste Erkenntnis, die Sie verstehen sollten, ist, dass sowohl zustandslose als auch zustandsbehaftete APIs hervorragend sind, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind.

Zustandslose APIs werden häufig in verteilten Systemen und Microservice-Architekturen verwendet, in denen Daten gesendet werden und Anfragen unabhängig voneinander sind.

Zustandsbehaftete APIs eignen sich für Anwendungen, die eine konstante Verbindung der Clients mit dem Server erfordern, z. B. Live-Videostreams und Online-Kollaborationsanwendungen.

Im Gegensatz zu zustandsbehafteten und zustandslosen APIs ist Apidog ein All-in-One-API-Tool für Entwickler, die APIs erstellen, ändern und verwalten möchten. Mit der Erleichterung aller notwendigen Funktionen und Spezifikationen für den gesamten API-Lebenszyklus können sich Entwickler auf Apidog verlassen, um ihnen die Dienste bereitzustellen, die zur Erstellung von APIs von höchster Qualität erforderlich sind.

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