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开发REST API

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在上一节中,我们演示了如何在koa项目中使用REST。其实,使用REST和使用MVC是类似的,不同的是,提供REST的Controller处理函数最后不调用render()去渲染模板,而是把结果直接用JSON序列化返回给客户端。

使用REST虽然非常简单,但是,设计一套合理的REST框架却需要仔细考虑很多问题。

问题一:如何组织URL

在实际工程中,一个Web应用既有REST,还有MVC,可能还需要集成其他第三方系统。如何组织URL?

一个简单的方法是通过固定的前缀区分。例如,/static/开头的URL是静态资源文件,类似的,/api/开头的URL就是REST API,其他URL是普通的MVC请求。

使用不同的子域名也可以区分,但对于中小项目来说配置麻烦。随着项目的扩大,将来仍然可以把单域名拆成多域名。

问题二:如何统一输出REST

如果每个异步函数都编写下面这样的代码:

// 设置Content-Type:
ctx.response.type = 'application/json';
// 设置Response Body:
ctx.response.body = {
    products: products
};

很显然,这样的重复代码很容易导致错误,例如,写错了字符串'application/json',或者漏写了ctx.response.type = 'application/json',都会导致浏览器得不到JSON数据。

回忆我们集成Nunjucks模板引擎的方法:通过一个middleware给ctx添加一个render()方法,Controller就可以直接使用ctx.render('view', model)来渲染模板,不必编写重复的代码。

类似的,我们也可以通过一个middleware给ctx添加一个rest()方法,直接输出JSON数据。

由于我们给所有REST API一个固定的URL前缀/api/,所以,这个middleware还需要根据path来判断当前请求是否是一个REST请求,如果是,我们才给ctx绑定rest()方法。

我们把这个middleware先写出来,命名为rest.js

module.exports = {
    restify: (pathPrefix) => {
        // REST API前缀,默认为/api/:
        pathPrefix = pathPrefix || '/api/';
        return async (ctx, next) => {
            // 是否是REST API前缀?
            if (ctx.request.path.startsWith(pathPrefix)) {
                // 绑定rest()方法:
                ctx.rest = (data) => {
                    ctx.response.type = 'application/json';
                    ctx.response.body = data;
                }
                await next();
            } else {
                await next();
            }
        };
    }
};

这样,任何支持REST的异步函数只需要简单地调用:

ctx.rest({
    data: 123
});

就完成了REST请求的处理。

问题三:如何处理错误

这个问题实际上有两部分。

第一,当REST API请求出错时,我们如何返回错误信息?

第二,当客户端收到REST响应后,如何判断是胜利还是错误?

这两部分还必须统一考虑。

REST架构自身对错误处理并没有统一的规定。实际应用时,各种各样的错误处理机制都有。有的设计得比较合理,有的设计得分歧理,导致客户端尤其是手机客户端处理API简直就是噩梦。

在涉及到REST API的错误时,我们必须先意识到,客户端会遇到两种类型的REST API错误。

一类是类似403,404,500等错误,这些错误实际上是HTTP请求可能发生的错误。REST请求只是一种请求类型和响应类型均为JSON的HTTP请求,因此,这些错误在REST请求中也会发生。

针对这种类型的错误,客户端除了提示用户“出现了网络错误,稍后重试”以外,并无法获得具体的错误信息。

另一类错误是业务逻辑的错误,例如,输入了分歧法的Email地址,试图删除一个不存在的Product,等等。这种类型的错误完全可以通过JSON返回给客户端,这样,客户端可以根据错误信息提示用户“Email分歧法”等,以便用户修复后重新请求API。

问题的关键在于客户端必须能区分出这两种类型的错误。

第一类的错误实际上客户端可以识别,并且我们也无法操控HTTP服务器的错误码。

第二类的错误信息是一个JSON字符串,例如:

{
    "code": "10000",
    "message": "Bad email address"
}

但是HTTP的返回码应该用啥?

有的Web应用使用200,这样客户端在识别出第一类错误后,如果遇到200响应,则根据响应的JSON判断是否有错误。这种方式对于动态语言(例如,JavaScript,Python等)非常容易:

var result = JSON.parse(response.data);
if (result.code) {
    // 有错误:
    alert(result.message);
} else {
    // 没有错误
}

但是,对于静态语言(例如,Java)就比较麻烦,很多时候,不得不做两次序列化:

APIError err = objectMapper.readValue(jsonString, APIError.class);
if (err.code == null) {
    // 没有错误,还需要重新转换:
    User user = objectMapper.readValue(jsonString, User.class);
} else {
    // 有错误:
}

有的Web应用对正确的REST响应使用200,对错误的REST响应使用400,这样,客户端即是静态语言,也可以根据HTTP响应码判断是否出错,出错时直接把结果反序列化为APIError对象。

两种方式各有优劣。我们选择第二种,200表示胜利响应,400表示失败响应。

但是,要注意,绝不能混合其他HTTP错误码。例如,使用401响应“登录失败”,使用403响应“权限不够”。这会使客户端无法有效识别HTTP错误码和业务错误,其原因在于HTTP协议定义的错误码十分偏向底层,而REST API属于“高层”协议,不应该复用底层的错误码。

问题四:如何定义错误码

REST架构自身同样没有尺度的错误码定义一说,因此,有的Web应用使用数字10001001……作为错误码,例如Twitter和新浪微博,有的Web应用使用字符串作为错误码,例如YouTube。到底哪一种比较好呢?

我们强烈建议使用字符串作为错误码。原因在于,使用数字作为错误码时,API提供者需要掩护一份错误码代码说明表,并且,该文档必须时刻与API发布同步,否则,客户端开发者遇到一个文档上没有写明的错误码,就完全不知道发生了什么错误。

使用字符串作为错误码,最大的好处在于不必查表,根据字面意思也能猜个八九不离十。例如,YouTube API如果返回一个错误authError,基本上能猜到是因为认证失败。

我们定义的REST API错误格式如下:

{
    "code": "错误代码",
    "message": "错误描述信息"
}

其中,错误代码命名规范为大类:子类,例如,口令不匹配的登录错误代码为auth:bad_password,用户名不存在的登录错误代码为auth:user_not_found。这样,客户端既可以简单匹配某个类别的错误,也可以精确匹配某个特定的错误。

问题五:如何返回错误

如果一个REST异步函数想要返回错误,一个直观的想法是调用ctx.rest()

user = processLogin(username, password);
if (user != null) {
    ctx.rest(user);
} else {
    ctx.response.status = 400;
    ctx.rest({
        code: 'auth:user_not_found',
        message: 'user not found'
    });
}

这种方式不好,因为控制流程会混乱,而且,错误只能在Controller函数中输出。

更好的方式是异步函数直接用throw语句抛出错误,让middleware去处理错误:

user = processLogin(username, password);
if (user != null) {
    ctx.rest(user);
} else {
    throw new APIError('auth:user_not_found', 'user not found');
}

这种方式可以在异步函数的任何地方抛出错误,包含调用的子函数内部。

我们只需要稍稍改写一个middleware就可以处理错误:

module.exports = {
    APIError: function (code, message) {
        this.code = code || 'internal:unknown_error';
        this.message = message || '';
    },
    restify: (pathPrefix) => {
        pathPrefix = pathPrefix || '/api/';
        return async (ctx, next) => {
            if (ctx.request.path.startsWith(pathPrefix)) {
                // 绑定rest()方法:
                ctx.rest = (data) => {
                    ctx.response.type = 'application/json';
                    ctx.response.body = data;
                }
                try {
                    await next();
                } catch (e) {
                    // 返回错误:
                    ctx.response.status = 400;
                    ctx.response.type = 'application/json';
                    ctx.response.body = {
                        code: e.code || 'internal:unknown_error',
                        message: e.message || ''
                    };
                }
            } else {
                await next();
            }
        };
    }
};

这个错误处理的好处在于,岂但简化了Controller的错误处理(只需要throw,其他不管),并且,在遇到非APIError的错误时,自动转换错误码为internal:unknown_error

受益于async/await语法,我们在middleware中可以直接用try...catch捕获异常。如果是callback模式,就无法用try...catch捕获,代码结构将混乱得多。

最后,顺便把APIError这个对象export出去。

开发REST API

我们先根据rest-helloview-koa来创建一个rest-hello的工程,结构如下:

rest-koa/
|
+- .vscode/
|  |
|  +- launch.json <-- VSCode 配置文件
|
+- controllers/
|  |
|  +- api.js <-- REST API
|  |
|  +- index.js <-- MVC Controllers
|
+- products.js <-- 集中处理Product
|
+- rest.js <-- 支持REST的middleware
|
+- app.js <-- 使用koa的js
|
+- controller.js <-- 扫描注册Controller
|
+- static-files.js <-- 支持静态文件的middleware
|
+- templating.js <-- 支持Nunjucks的middleware
|
+- package.json <-- 项目描述文件
|
+- views/ <-- Nunjucks模板
|
+- static/ <-- 静态资源文件
|
+- node_modules/ <-- npm装置的所有依赖包

package.json中,我们需要如下依赖包:

"dependencies": {
    "koa": "2.0.0",
    "koa-bodyparser": "3.2.0",
    "koa-router": "7.0.0",
    "nunjucks": "2.4.2",
    "mime": "1.3.4",
    "mz": "2.4.0"
}

运行npm install装置依赖包。

我们在这个工程中约定了如下规范:

  1. REST API的返回值全部是object对象,而不是简单的number、boolean、null或者数组;
  2. REST API必须使用前缀/api/

第一条规则实际上是为了方便客户端处理结果。如果返回结果不是object,则客户端反序列化后还需要判断类型。以Objective-C为例,可以直接返回NSDictionary*

NSDictionary* dict = [NSJSONSerialization JSONObjectWithData:jsonData options:0 error:&err];

如果返回值可能是number、boolean、null或者数组,则客户端的工作量会大大增加。

Service

为了操作Product,我们用products.js封装所有操作,可以把它视为一个Service:

var id = 0;

function nextId() {
    id++;
    return 'p' + id;
}

function Product(name, manufacturer, price) {
    this.id = nextId();
    this.name = name;
    this.manufacturer = manufacturer;
    this.price = price;
}

var products = [
    new Product('iPhone 7', 'Apple', 6800),
    new Product('ThinkPad T440', 'Lenovo', 5999),
    new Product('LBP2900', 'Canon', 1099)
];

module.exports = {
    getProducts: () => {
        return products;
    },

    getProduct: (id) => {
        var i;
        for (i = 0; i < products.length; i++) {
            if (products[i].id === id) {
                return products[i];
            }
        }
        return null;
    },

    createProduct: (name, manufacturer, price) => {
        var p = new Product(name, manufacturer, price);
        products.push(p);
        return p;
    },

    deleteProduct: (id) => {
        var
            index = -1,
            i;
        for (i = 0; i < products.length; i++) {
            if (products[i].id === id) {
                index = i;
                break;
            }
        }
        if (index >= 0) {
            // remove products[index]:
            return products.splice(index, 1)[0];
        }
        return null;
    }
};

变量products相当于在内存中模拟了数据库,这里是为了简化逻辑。

API

紧接着,我们编写api.js,并放到controllers目录下:

const products = require('../products');

const APIError = require('../rest').APIError;

module.exports = {
    'GET /api/products': async (ctx, next) => {
        ctx.rest({
            products: products.getProducts()
        });
    },

    'POST /api/products': async (ctx, next) => {
        var p = products.createProduct(ctx.request.body.name, ctx.request.body.manufacturer, parseFloat(ctx.request.body.price));
        ctx.rest(p);
    },

    'DELETE /api/products/:id': async (ctx, next) => {
        console.log(`delete product ${ctx.params.id}...`);
        var p = products.deleteProduct(ctx.params.id);
        if (p) {
            ctx.rest(p);
        } else {
            throw new APIError('product:not_found', 'product not found by id.');
        }
    }
};

该API支持GET、POST和DELETE这三个请求。当然,还可以添加更多的API。

编写API时,需要注意:

如果客户端传递了JSON格式的数据(例如,POST请求),则async函数可以通过ctx.request.body直接造访已经反序列化的JavaScript对象。这是由bodyParser()这个middleware完成的。如果ctx.request.bodyundefined,说明缺少middleware,或者middleware没有正确配置。

如果API路径带有参数,参数必须用:表示,例如,DELETE /api/products/:id,客户端传递的URL可能就是/api/products/A001,参数id对应的值就是A001,要获得这个参数,我们用ctx.params.id

类似的,如果API路径有多个参数,例如,/api/products/:pid/reviews/:rid,则这两个参数分别用ctx.params.pidctx.params.rid获取。

这个功能由koa-router这个middleware提供。

请注意:API路径的参数永远是字符串!

MVC

有了API以后,我们就可以编写MVC,在页面上调用API完成操作。

先在controllers目录下创建index.js,编写页面入口函数:

module.exports = {
    'GET /': async (ctx, next) => {
        ctx.render('index.html');
    }
};

然后,我们在views目录下创建index.html,编写JavaScript代码读取Products:

$(function () {
    var vm = new Vue({
        el: '#product-list',
        data: {
            products: []
        }
    });

    $.getJSON('/api/products').done(function (data) {
        vm.products = data.products;
    }).fail(function (jqXHR, textStatus) {
        alert('Error: ' + jqXHR.status);
    });
});

与VM对应的HTML如下:

<table id="product-list" class="table table-hover">
    <thead>
        <tr>
            <th style="width:50px"></th>
            <th>Product</th>
            <th style="width:150px">Price</th>
        </tr>
    </thead>
    <tbody>
        <tr v-for="p in products">
            <td>
                <img class="media-object" style="width:40px; height:40px;" src="/static/images/icon.png">
            </td>
            <td>
                <h4 class="media-heading" v-text="p.name"></h4>
                <p><span v-text="p.manufacturer"></span></p>
            </td>
            <td>
                <p style="font-size:2em">¥ <span v-text="p.price"></span></p>
            </td>
        </tr>
    </tbody>
</table>

当products变更时,Vue会自动更新表格的内容。

类似的,可以添加创建和删除Product的功能,并且刷新变量products的内容,就可以实时更新Product列表。

最终的页面效果如下:

rest-web

右侧可以通过POST /api/products创建新的Product,左侧可以通过GET /api/products列出所有Product,并且还可以通过DELETE /api/products/<id>来删除某个Product。

参考源码

rest-koa


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