API-Architektur erklärt in 5 Minuten oder weniger

Eine API oder Anwendungsprogrammierschnittstelle ist ein wesentlicher Bestandteil der meisten Softwarearchitekturen. Sie ebnet den Weg dafür, dass verschiedene Software oder Dienste effizient miteinander kommunizieren können.

APIs bieten ein Gefühl der Abstraktion, indem sie eine Reihe von erforderlichen Funktionen offenlegen und sensible oder private Daten abstrahieren. Durch Authentifizierung und Autorisierung können Sie Ihre APIs vor unbefugtem Zugriff oder Datenmanipulationen schützen.

Softwareentwickler nutzen verschiedene APIs, um Softwaresysteme auf strukturierte Weise zu erstellen, zu testen und zu optimieren. Es ermöglicht ihnen die Interaktion mit einem Softwaresystem über eine Reihe von vordefinierten Regeln oder Protokollen.

Was sind API-Gateways?

In einem Softwaresystem gibt es in den meisten Fällen nicht nur eine einzige API, die jeden Dienst, den eine Software anbietet, abwickelt; vielmehr gibt es eine Reihe von APIs, die miteinander kommunizieren, um Daten an den Client zu senden.

Ein API-Gateway fungiert, wie der Name schon sagt, als Einstiegspunkt für verschiedene API-Anfragen und leitet sie an den jeweiligen API-Dienst oder einen Microservice weiter. Dadurch wird die Last, mehrere API-Anfragen zu senden, vom Client auf das API-Gateway übertragen, was die Client-Leistung verbessert.

Ein Beispiel: Eine Anwendung für die Lieferung von Lebensmitteln verfügt über eine Reihe von Microservices für Restaurants, Benutzer, Bewertungen von Lieferanten, Bewertungen von Lieferpartnern, Routing-Algorithmen, Kartendienste und vieles mehr. Es wäre also viel sinnvoller, wenn der Client, d.h. die Endbenutzeranwendung, eine einzige API anfordert und dieses API-Gateway dann die Anfragen an die entsprechenden Microservices weiterleitet.

Ein weiterer großer Vorteil, den die Implementierung eines API-Gateways mit sich bringt, ist die Sicherheit. Sie können mehrere Authentifizierungs- und Autorisierungssysteme einrichten, um Angreifer an der Ausnutzung von Ressourcen zu hindern.

Bausteine einer API-Architektur

Es gibt mehrere Bausteine einer API-Architektur, von denen einige hier aufgeführt sind:

#1. API-Schnittstelle

Eine API-Schnittstelle definiert eindeutig die Methoden oder Funktionalitäten, auf die zugegriffen werden kann, ohne deren Implementierungsdetails preiszugeben. Sie legt eine Reihe von Regeln und Methoden fest, die zum Abrufen oder Ändern von Ressourcen verwendet werden müssen.

In einer RESTful API stehen Ihnen beispielsweise HTTP-Methoden wie GET, PUT, POST, DELETE usw. zur Verfügung, um mit Ressourcen zu interagieren.

#2. Routen-Controller

Controller spielen eine Schlüsselrolle in API-Gateways, da sie den gesamten API-Verkehr von mehreren Clients verarbeiten und an einen entsprechenden API-Dienst weiterleiten.

Darüber hinaus können Controller auch die Validierung von Anfragen, die Bearbeitung von Antworten, die Authentifizierung usw. übernehmen.

#3. Modelle für den Datenzugriff

Jede Ressource in einer Datenbank hat eine bestimmte Art von Struktur oder Form, und es ist besser, diese Struktur zu Validierungszwecken im Voraus zu definieren. Sie wird auch als Schema bezeichnet. Die vom Client kommende Nutzlast kann anhand des Schemas validiert und dann der Datenbank hinzugefügt werden.

Dadurch wird verhindert, dass ungültige oder manipulierte Daten in die Datenbank gelangen.

Komponenten einer API-Architektur

• API-Dienste: Dies sind Dienste, die den Zugriff auf eine bestimmte Ressource oder eine Reihe von Ressourcen ermöglichen. In einer groß angelegten Anwendung sind mehrere API-Dienste erforderlich. Diese Dienste sind voneinander entkoppelt und verwalten die Ressourcen unabhängig.
• Dokumentation: Die API-Dokumentation ist notwendig, damit die Entwickler die effektive Nutzung der API und die von ihr bereitgestellten Methoden verstehen. Die Dokumentation kann eine Liste der Endpunkte, bewährte Verfahren, Anfrageformate, Fehlerbehandlung usw. enthalten.
• Analytik & Überwachung: Ein Analyse-Dashboard ist eine Schlüsselkomponente, da es neben vielen anderen Erkenntnissen auch Metriken wie API-Verkehr, Fehlerraten und Leistung liefert.

Häufig verwendete API-Design-Architekturen

REST – Repräsentative Zustandsübertragung

REST ist ein API-Architekturstil, der das HTTP-Protokoll verwendet und eine zustandslose Kommunikation zwischen dem Client und dem Server ermöglicht.

Bei REST werden die Ressourcen durch URLs identifiziert, die spezifische Endpunkte für jede Ressource haben. REST stützt sich auf HTTP-Methoden wie GET, PUT, POST usw. zum Ändern und Erstellen von Ressourcen. Die APIs, die die REST-Architektur implementieren, werden als RESTful APIs bezeichnet.

SOAP – Einfaches Objektzugriffsprotokoll

SOAP ist ein Messaging-Protokoll, das auf XML basiert. Nachrichten in SOAP sind in XML-Dokumenten kodiert und können von einem SOAP-Sender an einen SOAP-Empfänger übertragen werden. Es kann einen oder mehrere Dienste geben, die die Nachricht durchlaufen kann, bevor sie den Empfänger erreicht.

Der Hauptunterschied zwischen SOAP und REST besteht darin, dass REST eine Architektur ist, die sich auf HTTP stützt, während SOAP selbst ein Protokoll ist, das verschiedene zugrunde liegende Protokolle wie HTTP, SMTP usw. verwenden kann. Das Antwortdatenformat in SOAP ist XML.

gRPC – Google Remote Procedure Call

Remote Procedure Call (RPC) ist eine Technik, bei der eine Funktion auf einem entfernten Server von einem Client so aufgerufen wird, als ob sie lokal aufgerufen würde. gRPC ist ein von Google entwickeltes Open-Source-Framework. Es verwendet Proto-Puffer (Protokoll-Puffer), eine sprachunabhängige Methode zum Schreiben und Kodieren strukturierter Daten.

Die Daten in Proto-Puffern werden von einem gRPC-Compiler kompiliert, wodurch sie interoperabel werden. Wenn zum Beispiel der Client-Code in Java und der Server-Code in Go geschrieben ist, sind die in proto-buffers angegebenen Daten mit beiden Sprachen kompatibel.

GraphQL

GraphQL ist eine Open-Source-Abfragesprache und -Laufzeit für die Erstellung von APIs. Sie ermöglicht Clients den Zugriff auf mehrere Ressourcen, indem sie einen einzigen Einstiegspunkt oder Endpunkt ansteuern. Eine bestimmte Ressource ist nicht an einen bestimmten Endpunkt gebunden. Sie erhalten das, was Sie in der Abfrage angeben.

Sie müssen ein stark typisiertes Schema für eine bestimmte Abfrage und eine Resolver-Funktion definieren, die für diese Abfrage ausgeführt wird. Um Ressourcen zu ändern, müssen Sie eine Mutationsabfrage in GraphQL angeben.

Einsatz der API-Architektur – Best Practices

Egal, wie gut Sie Ihre API-Architektur entwerfen, wenn sie in der Produktion versagt, ist sie nutzlos. Sie muss sich an realen Szenarien orientieren. Hier sind einige wichtige Praktiken, um die API-Architektur produktionsreif zu machen:

✅ Verwenden Sie ein API-Gateway

Ein API-Gateway hilft bei der effektiven Weiterleitung von API-Abfragen. Ein API-Gateway kann auch die Sicherheit und Validierung übernehmen.

✅ Führen Sie API-Tests durch

Stellen Sie vor dem Start sicher, dass Ihre API umfassenden Funktions-, Integrations- und Leistungstests unterzogen wurde. Frameworks für automatisierte Tests können dabei helfen, dieses Verfahren zu rationalisieren.

✅ Fokus auf Skalierbarkeit

Schaffen Sie eine skalierbare API-Architektur, die steigende Verkehrsanforderungen bewältigen kann. Um die Anzahl der API-Instanzen je nach Bedarf dynamisch zu verändern, sollten Sie über den Einsatz von Techniken zur automatischen Skalierung nachdenken.

✅ Wählen Sie das Hosting mit Bedacht

Ziehen Sie Hosting-Anbieter in Betracht, die skalierbare Lösungen zur Bewältigung des steigenden Datenverkehrs und der Kundennachfrage anbieten. Achten Sie auf Funktionen wie Lastausgleich, automatische Skalierung und die Flexibilität, bei Bedarf mehr Ressourcen zuzuweisen.

Vergewissern Sie sich, dass der Hosting-Anbieter die Leistungsanforderungen Ihrer API erfüllen kann, insbesondere in Zeiten hoher Nachfrage. Prüfen Sie auch serverlose Optionen, wenn dies Ihren geschäftlichen Anforderungen entspricht.

Wie wählt man die geeignete API-Architektur?

Die Auswahl einer API-Architektur hängt von den folgenden Überlegungen ab:

• Geschäftliche Anforderungen: Analysieren Sie die Geschäftsziele, die mit der API erreicht werden sollen, und verstehen Sie den Anwendungsablauf.
• Anwendungsfälle: Wenn Sie sich die Frage stellen, warum Sie überhaupt eine API benötigen, hilft Ihnen das sehr. Wenn Sie verschiedene Anwendungsfälle herausfinden, können Sie eine API-Architektur besser entwerfen oder auswählen.
• Skalierbarkeit: Auch hier hilft Ihnen das Verständnis der geschäftlichen Anforderungen und der Anwendungsfälle bei der Entwicklung einer skalierbaren API-Architektur, die auch leistungsfähig ist.
• Erfahrung für Entwickler: Achten Sie darauf, dass die API-Architektur leicht verständlich ist, damit neue, hinzukommende Entwickler sie ohne Probleme verstehen können.
• Sicherheit: Der wohl wichtigste Aspekt der API-Architektur ist die Sicherheit. Stellen Sie sicher, dass Ihre API-Architektur sicher genug und mit den Datenschutzgesetzen konform ist.

Als Nächstes werden wir uns mit Lernressourcen befassen, mit denen Sie Ihre Fähigkeiten beim Entwurf der API-Architektur verbessern können.

Lernressourcen

#1. Beherrschung der API-Architektur: Entwerfen, Betreiben und Weiterentwickeln von API-basierten Systemen

Dieses Buch hilft Ihnen dabei, die API-Grundlagen zu erlernen und praktische Wege zu finden, APIs zu entwerfen, zu erstellen und zu testen.

Vorschau	Produkt	Bewertung	Preis
	Mastering API Architecture: Design, Operate, and Evolve API-Based Systems		$39.99	Buy on Amazon

Außerdem lernen Sie, wie Sie Ihr API-System betreiben, konfigurieren und einsetzen. Dieses Buch behandelt alles von API-Gateways, Service Mesh, Sicherheit, TLS und OAuth2 bis zur Weiterentwicklung bestehender Systeme.

#2. Software-Architektur: REST API Design – Der vollständige Leitfaden

Wenn Sie sich für RESTful APIs und deren Design interessieren, ist dieser Kurs über Softwarearchitektur genau das Richtige für Sie.

Er behandelt Authentifizierung, Autorisierung, die Dokumentation von REST-APIs und verschiedene Leistungstechniken zur weiteren Optimierung Ihres API-Designs. Das Tolle an diesem Kurs ist, dass er auch HTTP-Grundlagen und das API-Testtool Postman behandelt.

#3. REST API Design, Entwicklung & Verwaltung

Tutorien zu verschiedenen API-Verwaltungsplattformen wie Swagger, Apigee und Mulesoft sind das wichtigste Highlight dieses Kurses. Dieser Kurs richtet sich an diejenigen, die Anwendungen von REST-APIs erforschen möchten und sich für deren Architektur interessieren.

#4. Entwerfen von RESTful APIs: Lernen Sie, eine API von Grund auf zu entwerfen

In diesem Kurs über den Entwurf von RESTful-APIs lernen Sie, eine REST-API von Grund auf zu erstellen. Anfragen, Antworten, API-Design und Operationen sind einige der nützlichen Themen, die behandelt werden. Wenn Sie ein Anfänger sind, der noch die Grundlagen von REST lernt, dann sollten Sie diesen Kurs besuchen.

Abschließende Worte

Sie können die beste API-Architektur in Übereinstimmung mit Ihren geschäftlichen und technischen Zielen wählen, indem Sie den Integrationsbedarf, Leistungsüberlegungen, Sicherheitsanforderungen und die zukünftige Skalierbarkeit und Erweiterbarkeit berücksichtigen.

Starten Sie Ihre Karriere als Softwaretester mit diesen Kursen und Ressourcen.