Thiết kế API tạo nên xương sống của kiến trúc phần mềm hiện đại. Dù bạn đang xây dựng một microservice, backend ứng dụng di động hay tích hợp bên thứ ba, một API được thiết kế tốt sẽ quyết định khả năng mở rộng, khả năng bảo trì và trải nghiệm của nhà phát triển đối với hệ thống của bạn.
Tìm hiểu các nguyên tắc cơ bản về thiết kế API
Thiết kế API bao gồm việc lập kế hoạch chiến lược và triển khai các giao diện lập trình ứng dụng. Quá trình này bao gồm việc xác định cách các thành phần phần mềm khác nhau giao tiếp, trao đổi dữ liệu và tương tác với nhau. Thiết kế API hiệu quả đòi hỏi sự cân bằng giữa chức năng, hiệu suất, bảo mật và khả năng sử dụng.
Nền tảng của thiết kế API tốt dựa trên một số nguyên tắc cốt lõi. Thứ nhất, tính nhất quán đảm bảo rằng các nhà phát triển có thể dự đoán cách API của bạn hoạt động trên các điểm cuối khác nhau. Thứ hai, sự đơn giản giúp giảm đường cong học tập và giảm thiểu lỗi triển khai. Thứ ba, tính linh hoạt cho phép API của bạn phát triển mà không làm hỏng các tích hợp hiện có.
Các API hiện đại thường tuân theo các mẫu kiến trúc REST (Representational State Transfer), mặc dù các lựa chọn thay thế như GraphQL và gRPC đang ngày càng phổ biến. API REST sử dụng các phương thức HTTP và mã trạng thái tiêu chuẩn, giúp chúng trở nên trực quan đối với các nhà phát triển quen thuộc với các công nghệ web.
Lập kế hoạch kiến trúc API của bạn
Trước khi viết bất kỳ đoạn mã nào, thiết kế API thành công bắt đầu bằng việc lập kế hoạch kỹ lưỡng. Giai đoạn này bao gồm việc hiểu các trường hợp sử dụng của bạn, xác định đối tượng mục tiêu và lập bản đồ luồng dữ liệu mà API của bạn sẽ xử lý.
Bắt đầu bằng cách lập tài liệu về mục đích và phạm vi của API của bạn. Nó giải quyết những vấn đề gì? Ai sẽ sử dụng nó? Nó cần xử lý dữ liệu nào? Những câu hỏi này hướng dẫn các quyết định thiết kế của bạn và giúp bạn tránh được tình trạng phát triển tính năng vượt quá giới hạn ban đầu (feature creep).
Tiếp theo, phân tích mô hình dữ liệu của bạn. Xác định các thực thể cốt lõi mà API của bạn sẽ thao tác và các mối quan hệ của chúng. Phân tích này ảnh hưởng đến cấu trúc URL, định dạng yêu cầu/phản hồi và yêu cầu xác thực của bạn. Hãy xem xét cách mô hình dữ liệu của bạn có thể phát triển theo thời gian để đảm bảo API của bạn có thể đáp ứng các thay đổi trong tương lai.
Tiếp theo là xác định tài nguyên. Trong thiết kế API REST, tài nguyên đại diện cho các danh từ trong hệ thống của bạn—người dùng, đơn hàng, sản phẩm hoặc bất kỳ thực thể nào khác mà ứng dụng của bạn quản lý. Mỗi tài nguyên nên có một cấu trúc URL rõ ràng, hợp lý phản ánh hệ thống phân cấp và mối quan hệ của nó.
Chọn mẫu thiết kế API phù hợp
Có nhiều mẫu thiết kế API tồn tại, mỗi mẫu đều có những ưu điểm và trường hợp sử dụng riêng biệt. API RESTful chiếm ưu thế trong phát triển web nhờ sự đơn giản và được áp dụng rộng rãi. API REST được tổ chức xung quanh các tài nguyên và sử dụng các phương thức HTTP tiêu chuẩn (GET, POST, PUT, DELETE) để thực hiện các thao tác.
GraphQL cung cấp một cách tiếp cận thay thế, cho phép máy khách yêu cầu chính xác dữ liệu mà họ cần. Mẫu này giảm thiểu các vấn đề về việc lấy quá nhiều (over-fetching) và lấy không đủ (under-fetching) dữ liệu thường gặp trong API REST. Tuy nhiên, GraphQL làm tăng sự phức tạp trong việc lưu trữ bộ nhớ đệm (caching) và yêu cầu các công cụ chuyên biệt.
gRPC cung cấp giao tiếp hiệu suất cao bằng cách sử dụng Protocol Buffers để tuần tự hóa. Mẫu này vượt trội trong các kiến trúc microservice nơi hiệu suất và an toàn kiểu dữ liệu là rất quan trọng. gRPC hỗ trợ truyền trực tuyến (streaming) và giao tiếp hai chiều nhưng yêu cầu thiết lập nhiều hơn so với REST.
Đối với hầu hết các ứng dụng, REST vẫn là lựa chọn tối ưu. Nó tận dụng cơ sở hạ tầng HTTP hiện có, cung cấp hỗ trợ công cụ tuyệt vời và mang lại đường cong học tập nhẹ nhàng cho các nhà phát triển. Các công cụ như Apidog đơn giản hóa thiết kế API REST bằng cách cung cấp giao diện trực quan để định nghĩa các điểm cuối, kiểm thử yêu cầu và tạo tài liệu.
Thiết kế cấu trúc URL của bạn
Cấu trúc URL ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng sử dụng và tính trực quan của API của bạn. Các URL được thiết kế tốt hoạt động như một hợp đồng giữa API của bạn và người dùng, truyền đạt rõ ràng những tài nguyên nào có sẵn và cách truy cập chúng.
Sử dụng danh từ cho tên tài nguyên, không phải động từ. Thay vì /getUser/123, hãy sử dụng /users/123. Phương thức HTTP (GET, POST, PUT, DELETE) đã chỉ ra hành động đang được thực hiện. Cách tiếp cận này tạo ra các URL sạch hơn, dễ dự đoán hơn.
Triển khai các quy ước đặt tên nhất quán trong toàn bộ API của bạn. Chọn camelCase hoặc snake_case và tuân thủ nó. Hầu hết các API REST sử dụng chữ thường với dấu gạch ngang cho các tài nguyên có nhiều từ: /user-profiles thay vì /userProfiles.
Thiết kế các URL phân cấp phản ánh mối quan hệ tài nguyên. Ví dụ, /users/123/orders chỉ rõ các đơn hàng thuộc về người dùng 123. Cấu trúc này làm cho API của bạn trực quan và giảm nhu cầu về các tham số truy vấn phức tạp.
Tránh lồng sâu quá hai cấp. Các URL như /users/123/orders/456/items/789/details trở nên cồng kềnh và khó bảo trì. Thay vào đó, hãy xem xét làm phẳng cấu trúc của bạn hoặc sử dụng các tham số truy vấn để lọc phức tạp.
Các phương thức HTTP và mã trạng thái
Các phương thức HTTP cung cấp ý nghĩa ngữ nghĩa cho các hoạt động API của bạn. Mỗi phương thức phục vụ một mục đích cụ thể và nên được sử dụng nhất quán trong toàn bộ API của bạn.
GET truy xuất dữ liệu mà không gây ra tác dụng phụ. Nó phải là bất biến (idempotent), nghĩa là nhiều yêu cầu giống hệt nhau sẽ tạo ra cùng một kết quả. Sử dụng GET để lấy một tài nguyên (/users/123) hoặc các tập hợp (/users).
POST tạo tài nguyên mới hoặc thực hiện các hoạt động không bất biến. Khi tạo tài nguyên, POST thường trả về tài nguyên đã tạo với mã trạng thái 201. Đối với các hoạt động khác, POST có thể trả về các mã trạng thái khác nhau tùy thuộc vào kết quả.
PUT cập nhật các tài nguyên hiện có hoặc tạo chúng nếu chúng chưa tồn tại. Các hoạt động PUT phải là bất biến—gửi cùng một yêu cầu PUT nhiều lần sẽ có cùng hiệu quả như gửi một lần. Phương thức này thường thay thế toàn bộ tài nguyên.
PATCH cập nhật một phần các tài nguyên hiện có. Không giống như PUT, PATCH chỉ sửa đổi các trường được chỉ định, để các trường khác không thay đổi. Phương thức này hữu ích để cập nhật các tài nguyên lớn khi chỉ cần sửa đổi một vài trường.
DELETE xóa tài nguyên khỏi hệ thống của bạn. Giống như các phương thức khác, DELETE phải là bất biến—cố gắng xóa một tài nguyên không tồn tại sẽ không gây ra lỗi.
Mã trạng thái HTTP truyền đạt kết quả của các yêu cầu API. Sử dụng các mã trạng thái thích hợp để giúp máy khách hiểu điều gì đã xảy ra và cách phản hồi.
200 OK cho biết các hoạt động GET, PUT hoặc PATCH thành công. 201 Created xác nhận tạo tài nguyên thành công qua POST. 204 No Content báo hiệu các hoạt động DELETE thành công hoặc các hoạt động thành công mà không có nội dung phản hồi.
400 Bad Request cho biết lỗi của máy khách trong định dạng yêu cầu hoặc tham số. 401 Unauthorized báo hiệu lỗi xác thực. 403 Forbidden cho biết lỗi ủy quyền. 404 Not Found báo hiệu rằng tài nguyên được yêu cầu không tồn tại.
500 Internal Server Error cho biết các vấn đề phía máy chủ. 503 Service Unavailable gợi ý các vấn đề máy chủ tạm thời. Việc sử dụng mã trạng thái nhất quán giúp máy khách triển khai xử lý lỗi đúng cách.
Thiết kế yêu cầu và phản hồi
Định dạng yêu cầu và phản hồi ảnh hưởng đáng kể đến trải nghiệm nhà phát triển và khả năng chấp nhận API. JSON đã trở thành tiêu chuẩn thực tế cho API REST nhờ sự đơn giản và hỗ trợ ngôn ngữ rộng rãi.
Thiết kế nội dung yêu cầu sao cho trực quan và tối thiểu. Chỉ bao gồm các trường cần thiết và sử dụng tên rõ ràng, mô tả. Tránh các từ viết tắt có thể gây nhầm lẫn cho nhà phát triển. Ví dụ, sử dụng firstName thay vì fName.
Triển khai các định dạng phản hồi nhất quán trong toàn bộ API của bạn. Hãy xem xét việc sử dụng các mẫu 'envelope' (bao bọc) dữ liệu của bạn trong một cấu trúc tiêu chuẩn:
{
"success": true,
"data": {
"id": 123,
"name": "John Doe"
},
"meta": {
"timestamp": "2024-01-15T10:30:00Z"
}
}
Tuy nhiên, nhiều API thành công trả về dữ liệu trực tiếp mà không cần bao bọc để dễ dàng sử dụng hơn. Chọn một cách tiếp cận và duy trì tính nhất quán trong toàn bộ API của bạn.
Xử lý các tập hợp một cách cẩn thận. Bao gồm siêu dữ liệu như thông tin phân trang, tổng số lượng và các tùy chọn lọc. Thông tin này giúp máy khách triển khai xử lý dữ liệu hiệu quả:
{
"data": [...],
"pagination": {
"page": 1,
"per_page": 20,
"total": 150,
"total_pages": 8
}
}
Xác thực và ủy quyền
Bảo mật là một khía cạnh quan trọng của thiết kế API. Triển khai xác thực để xác minh danh tính người dùng và ủy quyền để kiểm soát quyền truy cập vào tài nguyên và hoạt động.
Khóa API cung cấp xác thực đơn giản cho giao tiếp giữa các máy chủ. Tuy nhiên, khóa API thiếu cơ chế hết hạn và có thể khó xoay vòng. Sử dụng chúng cho các dịch vụ nội bộ hoặc khi sự đơn giản quan trọng hơn các vấn đề bảo mật.
OAuth 2.0 cung cấp xác thực và ủy quyền mạnh mẽ cho các ứng dụng hướng người dùng. Nó hỗ trợ nhiều luồng khác nhau (mã ủy quyền, ngầm định, thông tin đăng nhập máy khách) cho các trường hợp sử dụng khác nhau. OAuth cung cấp xác thực dựa trên token với các cơ chế hết hạn và làm mới tích hợp sẵn.
JSON Web Tokens (JWT) cho phép xác thực không trạng thái bằng cách mã hóa thông tin người dùng trong các token đã ký. JWT loại bỏ nhu cầu lưu trữ phiên phía máy chủ nhưng yêu cầu triển khai cẩn thận để tránh các lỗ hổng bảo mật.
Triển khai kiểm soát truy cập dựa trên vai trò (RBAC) để quản lý quyền một cách có hệ thống. Xác định các vai trò với các quyền cụ thể và gán người dùng vào các vai trò thích hợp. Cách tiếp cận này mở rộng tốt hơn so với quyền của từng người dùng và đơn giản hóa việc quản lý quyền truy cập.
Luôn sử dụng HTTPS trong môi trường sản xuất để mã hóa dữ liệu đang truyền. Sự bảo vệ này ngăn chặn các cuộc tấn công man-in-the-middle và đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu. Hầu hết các nền tảng triển khai hiện đại đều hỗ trợ HTTPS theo mặc định.
Xử lý lỗi và xác thực
Xử lý lỗi hiệu quả cải thiện trải nghiệm nhà phát triển và giảm gánh nặng hỗ trợ. Thiết kế phản hồi lỗi sao cho cung cấp thông tin, có thể thực hiện và nhất quán trong toàn bộ API của bạn.
Trả về các mã trạng thái HTTP thích hợp cho các loại lỗi khác nhau. Sử dụng mã 4xx cho lỗi máy khách và mã 5xx cho lỗi máy chủ. Bao gồm các thông báo lỗi chi tiết giúp nhà phát triển hiểu và khắc phục sự cố.
Cấu trúc phản hồi lỗi một cách nhất quán. Hãy xem xét việc sử dụng một định dạng tiêu chuẩn như:
{
"error": {
"code": "VALIDATION_ERROR",
"message": "Invalid request parameters",
"details": [
{
"field": "email",
"message": "Email format is invalid"
}
]
}
}
Triển khai xác thực đầu vào toàn diện để ngăn chặn các lỗ hổng bảo mật và hỏng dữ liệu. Xác thực kiểu dữ liệu, định dạng, phạm vi và các quy tắc nghiệp vụ. Trả về các lỗi xác thực cụ thể hướng dẫn nhà phát triển đến việc triển khai đúng.
Sử dụng thông báo xác thực cấp trường cho các đầu vào giống như biểu mẫu. Cách tiếp cận này giúp các nhà phát triển giao diện người dùng hiển thị các thông báo lỗi có ý nghĩa cho người dùng. Nhóm các lỗi xác thực liên quan lại với nhau để giảm số lần gửi đi gửi lại cần thiết để sửa lỗi.
Các chiến lược lập phiên bản API
API phát triển theo thời gian và việc lập phiên bản cho phép tương thích ngược trong khi giới thiệu các tính năng mới. Có nhiều chiến lược lập phiên bản tồn tại, mỗi chiến lược đều có sự đánh đổi về độ phức tạp và tính linh hoạt.
Lập phiên bản URL nhúng thông tin phiên bản vào đường dẫn URL: /v1/users hoặc /v2/users. Cách tiếp cận này cung cấp nhận dạng phiên bản rõ ràng và logic định tuyến đơn giản. Tuy nhiên, nó có thể dẫn đến sự gia tăng URL và làm phức tạp các mối quan hệ tài nguyên.
Lập phiên bản header sử dụng các header HTTP để chỉ định phiên bản API mong muốn: Accept: application/vnd.myapi.v1+json. Phương pháp này giữ cho URL sạch sẽ nhưng có thể ít hiển thị hơn đối với các nhà phát triển và khó kiểm thử hơn trong trình duyệt.
Lập phiên bản tham số truy vấn thêm thông tin phiên bản vào URL yêu cầu: /users?version=1. Cách tiếp cận này mang lại sự đơn giản và khả năng hiển thị nhưng có thể làm lộn xộn URL và làm phức tạp việc lưu trữ bộ nhớ đệm.
Thương lượng nội dung sử dụng các loại phương tiện để chỉ định phiên bản: Accept: application/vnd.myapi+json;version=1. Phương pháp này tuân thủ chặt chẽ các tiêu chuẩn HTTP nhưng yêu cầu triển khai phức tạp hơn.
Bất kể chiến lược được chọn là gì, hãy duy trì khả năng tương thích ngược bất cứ khi nào có thể. Thêm các trường mới dưới dạng tham số tùy chọn và tránh thay đổi các kiểu trường hiện có hoặc xóa các trường. Khi cần có các thay đổi gây phá vỡ, hãy cung cấp hướng dẫn di chuyển và thông báo ngừng sử dụng.
Kiểm thử và lập tài liệu
Kiểm thử kỹ lưỡng đảm bảo API của bạn hoạt động chính xác và xử lý các trường hợp ngoại lệ một cách khéo léo. Triển khai nhiều lớp kiểm thử để phát hiện các loại vấn đề khác nhau.
Kiểm thử đơn vị xác minh các thành phần riêng lẻ hoạt động chính xác một cách độc lập. Kiểm thử logic nghiệp vụ, quy tắc xác thực và các kịch bản xử lý lỗi của bạn. Giả lập các phụ thuộc bên ngoài để đảm bảo các kiểm thử chạy nhanh chóng và đáng tin cậy.
Kiểm thử tích hợp xác minh rằng các thành phần khác nhau hoạt động cùng nhau một cách chính xác. Kiểm thử các chu kỳ yêu cầu/phản hồi hoàn chỉnh, tương tác cơ sở dữ liệu và tích hợp dịch vụ bên thứ ba. Những kiểm thử này phát hiện các vấn đề mà kiểm thử đơn vị có thể bỏ sót.
Kiểm thử đầu cuối mô phỏng các luồng công việc của người dùng thực để đảm bảo API của bạn đáp ứng các yêu cầu nghiệp vụ. Những kiểm thử này thường liên quan đến nhiều lời gọi API và các kịch bản phức tạp nhưng mang lại sự tin cậy cao về chức năng của API của bạn.
Tài liệu đóng vai trò là giao diện chính giữa API của bạn và người dùng. Tài liệu toàn diện giúp giảm gánh nặng hỗ trợ và cải thiện khả năng chấp nhận của nhà phát triển.
Bao gồm các hướng dẫn bắt đầu giúp nhà phát triển thực hiện lời gọi API thành công đầu tiên một cách nhanh chóng. Cung cấp các ví dụ xác thực, mẫu yêu cầu/phản hồi cơ bản và các kịch bản trường hợp sử dụng phổ biến.
Lập tài liệu tất cả các điểm cuối với các tham số, định dạng yêu cầu/phản hồi và các mã lỗi có thể xảy ra. Bao gồm các ví dụ thực tế mà nhà phát triển có thể sao chép và sửa đổi. Các công cụ như Apidog tự động tạo tài liệu tương tác từ các đặc tả API của bạn.
Duy trì tài liệu cập nhật bằng cách tích hợp nó vào quy trình phát triển của bạn. Sử dụng các đặc tả OpenAPI để đảm bảo tài liệu luôn đồng bộ với việc triển khai API thực tế của bạn.
Tối ưu hóa hiệu suất
Hiệu suất API ảnh hưởng trực tiếp đến trải nghiệm người dùng và khả năng mở rộng của hệ thống. Triển khai các chiến lược tối ưu hóa ngay từ giai đoạn thiết kế thay vì thêm vào sau này.
Thiết kế các cấu trúc dữ liệu hiệu quả giúp giảm thiểu chi phí xử lý. Tránh các vòng lặp lồng nhau trong logic nghiệp vụ của bạn và sử dụng các cấu trúc dữ liệu thích hợp cho các hoạt động khác nhau. Hãy xem xét các ảnh hưởng về hiệu suất của định dạng tuần tự hóa đã chọn của bạn.
Triển khai lưu trữ bộ nhớ đệm ở nhiều cấp độ để giảm thời gian phản hồi và tải máy chủ. Sử dụng các header lưu trữ bộ nhớ đệm HTTP để bật tính năng lưu trữ bộ nhớ đệm của trình duyệt và CDN. Triển khai lưu trữ bộ nhớ đệm cấp ứng dụng cho các hoạt động tốn kém như truy vấn cơ sở dữ liệu hoặc lời gọi API bên ngoài.
Hãy xem xét việc phân trang cho các điểm cuối trả về tập dữ liệu lớn. Triển khai phân trang dựa trên con trỏ để có hiệu suất tốt hơn với các tập dữ liệu lớn, hoặc phân trang dựa trên offset cho các trường hợp sử dụng đơn giản hơn. Luôn bao gồm siêu dữ liệu phân trang trong các phản hồi của bạn.
Sử dụng nén để giảm mức sử dụng băng thông và cải thiện thời gian phản hồi. Hầu hết các máy chủ web đều hỗ trợ nén gzip tự động, nhưng hãy đảm bảo các điểm cuối API của bạn được hưởng lợi từ việc tối ưu hóa này.
Triển khai giới hạn tốc độ (rate limiting) để bảo vệ API của bạn khỏi bị lạm dụng và đảm bảo sử dụng công bằng giữa các máy khách. Sử dụng các thuật toán như token bucket hoặc sliding window để kiểm soát tốc độ yêu cầu. Trả về các header thích hợp (X-RateLimit-Limit, X-RateLimit-Remaining) để giúp máy khách triển khai các chiến lược lùi lại (backoff) phù hợp.
Công cụ và các thực hành tốt nhất
Thiết kế API hiện đại được hưởng lợi từ các công cụ chuyên biệt giúp tinh giản các quy trình phát triển, kiểm thử và lập tài liệu. Những công cụ này giảm công việc thủ công và cải thiện tính nhất quán trong toàn bộ API của bạn.
Apidog cung cấp các khả năng thiết kế API toàn diện trên một nền tảng duy nhất. Nó cho phép thiết kế API cộng tác, kiểm thử tự động và tạo tài liệu tương tác. Các nhóm có thể thiết kế API trực quan, kiểm thử các điểm cuối với dữ liệu thực tế và tự động tạo SDK máy khách.
Sử dụng các định dạng đặc tả API như OpenAPI (trước đây là Swagger) để mô tả API của bạn một cách chính thức. Những đặc tả này cho phép tích hợp công cụ, tự động tạo tài liệu và tạo SDK máy khách. Chúng cũng đóng vai trò là hợp đồng giữa các nhóm frontend và backend.
Triển khai các đường ống tích hợp liên tục tự động kiểm thử API của bạn. Bao gồm kiểm thử đơn vị, kiểm thử tích hợp và kiểm thử hợp đồng trong đường ống của bạn. Sử dụng các công cụ như Postman Collections hoặc Newman để tự động hóa kiểm thử API.
Giám sát API của bạn trong môi trường sản xuất để xác định các nút thắt cổ chai về hiệu suất và các mẫu sử dụng. Theo dõi thời gian phản hồi, tỷ lệ lỗi và các chỉ số sử dụng. Dữ liệu này giúp bạn tối ưu hóa hiệu suất và lập kế hoạch mở rộng dung lượng.
Hãy xem xét các cổng API (API gateways) cho các triển khai sản xuất. Các cổng cung cấp các tính năng như giới hạn tốc độ, xác thực, định tuyến yêu cầu và phân tích. Chúng cũng cho phép bạn phát triển kiến trúc backend của mình mà không cần thay đổi các tích hợp máy khách.
Kết luận
Thiết kế API hiệu quả đòi hỏi sự cân bằng nhiều yếu tố: chức năng, hiệu suất, bảo mật và trải nghiệm nhà phát triển. Bắt đầu với các yêu cầu rõ ràng và câu chuyện người dùng, sau đó áp dụng các mẫu nhất quán trong toàn bộ quá trình triển khai của bạn.
Tập trung vào sự đơn giản và các mẫu thiết kế trực quan giúp giảm gánh nặng nhận thức cho người dùng API. Sử dụng các phương thức HTTP và mã trạng thái tiêu chuẩn, triển khai xử lý lỗi toàn diện và cung cấp tài liệu kỹ lưỡng.