Hier sind einige Fragen für Sie: Wie melden Sie sich mit Ihrem Google-, Apple- oder Microsoft-Konto bei Apps an? Wie funktionieren Online-Zahlungen mit Paystack oder PayPal? Wie teilen Apps wie Facebook und Instagram Informationen und Benachrichtigungen?

Die Antwort ist: Sie verwenden APIs. Dies sind leistungsstarke Werkzeuge, die die Entwicklung von mobilen und Web-Anwendungen sowie eine Vielzahl von Anwendungen, einschließlich Cloud-Diensten, IoT-Geräten, Desktop-Software und mehr, vorantreiben.

APIs ermöglichen die Kommunikation zwischen Anwendungen und erleichtern den Datenaustausch und die Verifizierung.

In diesem Artikel erfahren Sie alles über APIs: die verschiedenen Typen, ihre Architektur und die Kompromisse zwischen den unterschiedlichen Architekturen.

Hier ist, was wir behandeln werden:

Dieser Artikel eignet sich gut für Anfänger in der Web- und mobilen Entwicklung sowie für Entwickler, die ein prägnantes Verständnis von APIs und deren Funktionsweise suchen.

Was ist eine API?

API steht für Application Programming Interface. Es handelt sich um eine Reihe von Regeln und Protokollen, die es verschiedenen Softwaresystemen ermöglichen, miteinander zu kommunizieren. Eine API definiert, wie Anwendungen Dienste anfordern und Daten austauschen. Sie fungiert als klarer Vertrag zwischen Client und Server.

APIs vereinfachen komplexen Code zu einfachen Befehlen, wodurch Entwickler Systeme verbinden und integrierte Funktionen nutzen können, ohne alle internen Abläufe zu kennen.

Wie funktionieren APIs?

Stellen Sie sich ein Restaurant vor: Der Kunde (Client) bestellt über den Kellner (API) Essen, der die Bestellung an die Küche (Server) weitergibt. Die Küche bereitet das Essen zu und schickt es über den Kellner zurück zum Kunden. Genau wie der Kellner bearbeitet die API Anfragen und Antworten, sodass der Kunde das Essen genießen kann, ohne die Details des Küchenbetriebs zu kennen.

Ein praktischeres Beispiel ist, wenn Sie online ein Abonnement kaufen und Ihre Zahlungsinformationen sicher über die Zahlungs-API von Paystack gesendet werden. Die API fungiert als Vermittler, der Ihre Anfrage entgegennimmt, Ihre Zahlungsdetails mit der Bank überprüft und verarbeitet und dann eine Bestätigung an die Website zurückgibt, ohne sensible Daten direkt preiszugeben.

Technisch gesehen initiiert ein Client eine Anfrage an einen Server, die entweder auf Datenabruf oder auf die Ausführung von Verfahren abzielt. Nach dem Empfang und der Authentifizierung dieser Anfrage führt die API die erforderlichen Operationen aus. Anschließend sendet die API eine Antwort an den Client, die das Ergebnis der Anfrage (Erfolg oder Misserfolg) und alle angeforderten Datenelemente enthält.

Warum sind APIs wichtig?

APIs sind in der Softwareentwicklung entscheidend, da sie die Verbindung verschiedener Anwendungen und Dienste erleichtern. Sie ermöglichen die Integration externer Funktionen, ohne alles von Grund auf neu erstellen zu müssen, was Zeit spart und die Komplexität durch standardisierte Befehle reduziert.

Für Benutzer verbessern APIs auch die Sicherheit und Benutzererfahrung. Sie dienen als sichere Gateways, die den Datenaustausch zwischen Apps und externen Diensten filtern, sensible Informationen schützen und gleichzeitig reibungslose, zuverlässige Interaktionen gewährleisten.

Arten von APIs

APIs werden hauptsächlich nach ihrer Zugänglichkeit und Nutzung kategorisiert. Es gibt vier Arten von APIs, nämlich:

  1. Offene (Öffentliche) APIs

  2. Partner-APIs

  3. Interne (Private) APIs

  4. Komposite-APIs

Offene APIs

Offene APIs sind APIs, die der Allgemeinheit zur Verfügung gestellt werden. Dies ermutigt Entwickler, Organisationen und andere Personen, sie zu nutzen, um Anwendungen zu entwickeln, sie in ihre Dienste zu integrieren und sie zu verbessern. Offene APIs bieten standardisierten Zugang zu Daten oder Diensten über das Internet.

Einige sehr nützliche Open APIs sind:

Partner-APIs

Partner-APIs werden mit bestimmten Geschäftspartnern geteilt und erfordern häufig Authentifizierung und Vereinbarungen. Sie erfüllen wesentliche Funktionen für Unternehmen und Anwendungen.

Zum Beispiel kommuniziert eine Zahlungs-API wie Paystack direkt mit Dienstleistern und Bankplattformen, um Zahlungen für Produkte und Dienstleistungen zu verarbeiten.

Interne APIs

Interne APIs werden für die interne Kommunikation innerhalb einer Organisation verwendet. Sie ermöglichen eine Integration und optimieren interne Abläufe. Interne Teams nutzen die API, um Daten zwischen ihren Anwendungen abzurufen und zu teilen. Die API ist nicht öffentlich zugänglich, um sicherzustellen, dass sensible Geschäftslogik geschützt bleibt.

Ein Beispiel ist die interne API eines Unternehmens, die seine HR-, Gehalts- und Projektmanagement-Systeme verbindet.

Zusammengesetzte APIs

Zusammengesetzte APIs kombinieren mehrere API-Aufrufe in einer einzigen Anfrage. Sie sind in Mikroservices-Architekturen wichtig, wo eine einzige Operation Daten von mehreren Diensten erfordern kann. Ein einzelner API-Aufruf löst Anfragen an mehrere zugrunde liegende APIs aus, und die zusammengesetzte API kombiniert dann die Antworten und gibt ein vereinheitlichtes Ergebnis zurück.

Zum Beispiel könnte eine E-Commerce-Plattform eine zusammengesetzte API verwenden, um Produktinformationen, Preise und Lagerbestandsinformationen auf einmal abzurufen, um die Latenz zu reduzieren und den Integrationsprozess zu vereinfachen.

Arten von API-Architektur

APIs sind je nach Anwendungsfall, Skalierbarkeit, Sicherheit und Zugänglichkeit unterschiedlich strukturiert. Es gibt mehrere Möglichkeiten, eine API zu strukturieren, aber wir werden uns nur auf die am weitesten verbreiteten Architekturstile konzentrieren, die in der Webentwicklung verwendet werden. Dazu gehören:

  1. REST

  2. SOAP

  3. GraphQL

  4. gRPC

REST-APIs

Representational State Transfer (REST) ist ein Architekturstil, der HTTP-Methoden (POST, GET, PUT, DELETE) verwendet, um CRUD (Create, Read, Update, Delete)-Operationen auf ressourcenbasierten URIs durchzuführen.

REST-APIs werden mit Frameworks wie Express.js (Node.js), Django/Flask (Python) und Spring Boot (Java) erstellt.

Schlüsselkomponenten

  1. Ressourcen und Endpunkte:

    • Die von der API bereitgestellten Entitäten können alles umfassen: Benutzer, Produkte, Dokumente usw.

      • Jede Ressource wird durch eine eindeutige URI (Uniform Resource Identifier) identifiziert.

  1. HTTP-Methoden:

    • GET: Ruft eine Ressource ab.

    • POST: Erstellt eine neue Ressource.

    • PUT: Aktualisiert eine vorhandene Ressource.

    • DELETE: Entfernt eine Ressource.

    • PATCH: Aktualisiert eine vorhandene Ressource teilweise.

  1. Datenrepräsentation:

    • Ressourcen können mehrere Darstellungen haben (zum Beispiel JSON, XML).

    • Die API antwortet mit der angeforderten Darstellung, sodass Daten leicht strukturiert und analysiert werden können.

  1. HTTP-Header und Abfrageparameter:

    • HTTP-Header bieten zusätzliche Informationen zur Anfrage oder Antwort.

    • Sie können für Authentifizierung, Inhaltsverhandlung und andere Zwecke verwendet werden.

  1. Zustandslosigkeit:

    • Jede Anfrage eines Clients an einen Server muss alle Informationen enthalten, die zur Verständnis und Bearbeitung der Anfrage benötigt werden.

    • Der Server speichert keinen Client-Zustand zwischen den Anfragen.

Weitere wichtige Komponenten sind die Cache-Fähigkeit, HTTP-Status und HATEOAS. Zusammen definieren diese Komponenten die Struktur und das Verhalten von RESTful-Systemen und ermöglichen eine nahtlose und effiziente Kommunikation zwischen Clients und Servern.

Operationsübersicht

REST APIs stellen Ressourcen über eindeutige URIs zur Verfügung und ermöglichen es Clients, Operationen mithilfe von HTTP-Methoden wie GET, POST, PUT, DELETE und PATCH durchzuführen. Clients können Daten in verschiedenen Formaten wie JSON oder XML anfordern und zusätzliche Details über HTTP-Header und Abfragenparameter angeben.

Jede Anfrage ist zustandslos und enthält alle Informationen, die für die Verarbeitung erforderlich sind, ohne auf gespeicherte Client-Daten angewiesen zu sein. Die API verwendet auch HTTP-Statuscodes, Cache-Fähigkeit und HATEOAS, um Antworten zu verwalten und weitere Interaktionen zu steuern und so ein nahtloses und effizientes Kommunikationsframework zwischen Clients und Servern zu gewährleisten.

Praktisches Beispiel und Anwendungsfälle in der realen Welt

Um zu veranschaulichen, wie REST-APIs in der Praxis funktionieren, betrachten wir eine Buch-API, die es Benutzern ermöglicht, eine Sammlung von Büchern zu verwalten. Unsere Beispiel-API wurde mit den Frameworks NodeJS und ExpressJS erstellt. Hier werde ich nicht erklären, wie diese Frameworks tatsächlich funktionieren, da dies den Rahmen dieses Artikels übersteigt. Wenn Sie also die Syntax im folgenden Code nicht verstehen, machen Sie sich keine Sorgen – konzentrieren Sie sich einfach auf die Logik der Anfragen und Antworten.

Diese API folgt REST-Prinzipien, indem sie standardmäßige HTTP-Methoden verwendet, um CRUD (Erstellen, Lesen, Aktualisieren, Löschen) -Operationen durchzuführen:

const express = require("express"); const bodyParser = require("body-parser");
const app = express(); app.use(bodyParser.json());

const app = express();
app.use(bodyParser.json());

// Dumme Datenbank
let books = [
  { id: 1, title: "The Pragmatic Programmer", author: "Andy Hunt" },
  { id: 2, title: "Clean Code", author: "Robert C. Martin" },
];

// Alle Bücher abrufen (Client-Anfrage, Server antwortet)
app.get("/books", (req, res) => res.json(books));

// Ein einzelnes Buch anhand der ID abrufen
app.get("/books/:id", (req, res) => {
  const book = books.find((b) => b.id === parseInt(req.params.id));
  book ? res.json(book) : res.status(404).json({ message: "Not found" });
});

// Ein neues Buch erstellen (Client sendet Daten, Server aktualisiert Datenbank)
app.post("/books", (req, res) => {
  const newBook = { id: books.length + 1, ...req.body };
  books.push(newBook);
  res.status(201).json(newBook);
});

// Ein Buch aktualisieren (PUT)
app.put("/books/:id", (req, res) => {
  const book = books.find((b) => b.id === parseInt(req.params.id));
  if (book) {
    Object.assign(book, req.body);
    res.json(book);
  } else {
    res.status(404).json({ message: "Not found" });
  }
});

// Ein Buch löschen (DELETE)
app.delete("/books/:id", (req, res) => {
  const index = books.findIndex((b) => b.id === parseInt(req.params.id));
  if (index !== -1) {
    books.splice(index, 1);
    res.json({ message: "Deleted" });
  } else {
    res.status(404).json({ message: "Not found" });
  }
});

app.listen(3000, () => console.log("API running on port 3000"));

Hier ist, was in diesem Code passiert:

  • Der Client sendet eine Anfrage: Ein Benutzer (oder eine Frontend-App) fordert Daten mit Hilfe von HTTP-Methoden wie GET, POST, PUT oder DELETE an. Beispiel: GET /books fordert alle Bücher an oder POST /books fügt ein neues Buch in die Datenbank ein.

  • Der Server verarbeitet die Anfrage: Der Server empfängt die Anfrage, sucht die Daten (zum Beispiel aus einer Datenbank oder einem in-Memory-Array) und verarbeitet sie.

  • Der Server sendet eine Antwort: Der Server sendet eine JSON-Antwort zurück, die die angeforderten Daten oder eine Bestätigungsnachricht enthält. Hier ist ein Beispiel:

[
  { "id": 1, "title": "The Pragmatic Programmer", "author": "Andy Hunt" },
  { "id": 2, "title": "Clean Code", "author": "Robert C. Martin" }
]
  • Der Client empfängt und verwendet die Daten: Das Frontend oder ein anderer Dienst nimmt die API-Antwort entgegen und zeigt oder verarbeitet sie entsprechend.

Teams nutzen REST-APIs für Webdienste, mobile Apps und Cloud-Integrationen. Soziale Medien Plattformen rufen Beiträge ab, während E-Commerce-Seiten Produktdetails abrufen. Zahlungsgateways verarbeiten Transaktionen und Wetter-Apps greifen auf Echtzeitvorhersagen zu. Die Einfachheit und Skalierbarkeit von REST machen es zur bevorzugten Wahl für öffentliche und interne APIs.

SOAP-APIs

Das Simple Object Access Protocol (SOAP) verwendet XML für die Kommunikation und enthält integrierte Standards für Sicherheit, Transaktionen und Fehlerbehandlung. Sein formaler Vertrag wird durch eine WSDL (Web Services Description Language) definiert.

Diese Architektur priorisiert Sicherheit und Zuverlässigkeit durch Funktionen wie WS-Security und Transaktionsmanagement, was sie für komplexe Unternehmensanwendungen geeignet macht, die strenge Standards und robuste Fehlerbehandlung erfordern.

SOAP-APIs werden mit Frameworks oder Tools wie Apache CXF, .NET WCF und JAX-WS (Java) erstellt.

Wichtige Komponenten

  1. SOAP-Umschlag:

    • Dies ist das Wurzelelement einer SOAP-Nachricht und definiert die gesamte Struktur des XML-Dokuments.

    • Es enthält den SOAP-Header und den SOAP-Body.

  1. SOAP-Body:

    • Dieser Abschnitt enthält die tatsächlichen Daten, die zwischen dem Client und dem Server ausgetauscht werden.

    • Er umfasst die Anforderungs- oder Antwortnachrichten, die typischerweise als XML-Elemente strukturiert sind.

  1. WSDL (Web Services Description Language):

    • Dies ist ein XML-Dokument, das den Webdienst beschreibt, einschließlich seiner Operationen, Nachrichtenformaten und Datentypen.

    • Es fungiert als Vertrag zwischen dem Client und dem Server und legt fest, wie mit der API interagiert werden soll.

  1. SOAP-Prozessor:

    • Dies ist die Softwarekomponente, die SOAP-Nachrichten verarbeitet.

    • Er analysiert das XML-Dokument, extrahiert die relevanten Daten und führt die angeforderte Operation aus.

Es gibt auch den SOAP-Endpunkt, der die URL ist, unter der der SOAP-Dienst aufgerufen werden kann, und das XML-Schema (XSD), das die Struktur und Datentypen definiert, die in der XML-Nachricht des SOAP verwendet werden.

Betriebsübersicht

SOAP-APIs funktionieren, indem Daten in einer XML-basierten Struktur eingekapselt werden, die von einem SOAP-Envelope definiert ist und sowohl einen Header für Metadaten als auch einen Body für die tatsächliche Anfrage- oder Antwortinformation enthält. Der Body enthält die Austauschdaten, während ein WSDL-Dokument als Vertrag dient, der die Operationen des Dienstes, Nachrichtenformate und Datentypen detailliert beschreibt.

Ein SOAP-Prozessor analysiert dann das XML, extrahiert relevante Daten und führt die angeforderten Operationen gemäß den Regeln aus, die durch ein begleitendes XML-Schema (XSD) definiert sind. Die Kommunikation mit dem Dienst erfolgt über einen spezifischen SOAP-Endpunkt, um einen standardisierten, interoperablen Rahmen für die Interaktion mit Webdiensten zu gewährleisten.

Praktische Beispiele und Anwendungsfälle

Um SOAP-APIs und ihre praktische Funktionsweise zu veranschaulichen, betrachten wir einen SOAP-basierten Banking-Service-API, der sichere Operationen zur Verwaltung von Konten und Transaktionen bereitstellt. SOAP-APIs verwenden XML-Nachrichten, um eine sichere und strukturierte Kommunikation zwischen Systemen zu gewährleisten. Die Erstellung einer SOAP-API und von XML-Nachrichten liegt außerhalb des Rahmens dieses Artikels, daher werden wir uns hier nur auf die Logik von Anfrage und Antwort konzentrieren.

Wie es funktioniert:

  • Kontoinformationen abrufen: Der Client sendet eine XML-Anfrage, um die Kontodetails eines Benutzers abzurufen:
<soapenv:Envelope xmlns:soapenv="http://schemas.xmlsoap.org/soap/envelope/"
                  xmlns:bank="http://example.com/bank">
   <soapenv:Header/>
   <soapenv:Body>
      <bank:GetAccountDetails>
         <bank:AccountNumber>123456789</bank:AccountNumber>
      </bank:GetAccountDetails>
   </soapenv:Body>
</soapenv:Envelope>

Der Server antwortet mit einer XML-Nachricht, die die Kontodetails enthält:

<soapenv:Envelope xmlns:soapenv="http://schemas.xmlsoap.org/soap/envelope/">
   <soapenv:Body>
      <GetAccountDetailsResponse>
         <AccountNumber>123456789</AccountNumber>
         <Balance>5000.00</Balance>
         <Currency>USD</Currency>
      </GetAccountDetailsResponse>
   </soapenv:Body>
</soapenv:Envelope>

  • Geldüberweisung verarbeiten: Der Kunde reicht eine Überweisungsanfrage mit Authentifizierungsdetails ein:

      <soapenv:Envelope xmlns:soapenv="http://schemas.xmlsoap.org/soap/envelope/"
                    xmlns:bank="http://example.com/bank">
     <soapenv:Header/>
     <soapenv:Body>
        <bank:TransferFunds>
           <bank:FromAccount>123456789</bank:FromAccount>
           <bank:ToAccount>987654321</bank:ToAccount>
           <bank:Amount>100.00</bank:Amount>
           <bank:Currency>USD</bank:Currency>
        </bank:TransferFunds>
     </soapenv:Body>
  </soapenv:Envelope>

    Bei Erfolg gibt der Server eine Bestätigungsantwort zurück:

      <soapenv:Envelope xmlns:soapenv="http://schemas.xmlsoap.org/soap/envelope/">
     <soapenv:Body>
        <TransferFundsResponse>
           <Status>Erfolg</Status>
           <TransactionID>TXN987654</TransactionID>
        </TransferFundsResponse>
     </soapenv:Body>
  </soapenv:Envelope>

Banken, Gesundheitsdienstleister und Regierungsbehörden verwenden SOAP für sichere, zuverlässige APIs. Finanzinstitute verarbeiten Transaktionen mit strenger Authentifizierung, während Gesundheitssysteme Patientendaten im Rahmen von Compliance-Vorgaben austauschen. Fluggesellschaften verlassen sich auf SOAP für Buchungen und Ticketing und gewährleisten eine konsistente Datenintegrität über Systeme hinweg.

GraphQL APIs

GraphQL ist eine Abfragesprache und Laufzeitumgebung für APIs, die von Facebook entwickelt wurde. Sie ermöglicht es den Clients, genau die Daten anzufordern, die sie in einer einzelnen Anfrage benötigen, wodurch Über- und Unterabruf reduziert wird.

Wichtige Komponenten

  1. Schema: Dies ist das Herzstück einer GraphQL-API. Es definiert die Struktur Ihrer Daten, einschließlich der Arten von Objekten, deren Feldern und deren Beziehungen. Es fungiert als Vertrag zwischen dem Client und dem Server und legt fest, welche Daten abgefragt werden können.
  1. Typen: Diese definieren die Struktur von Objekten in Ihren Daten. Sie geben die Felder an, die jedes Objekt hat, und die Datentypen dieser Felder.
  1. Felder: Dies sind die einzelnen Datenstücke, die an einem Objekt abgefragt werden können.
  1. Abfragen: Dies sind Anfragen des Clients zur Abholung von Daten. Sie geben die Felder an, die der Client zurückerhalten möchte.
  1. Mutationen: Dies sind Anfragen des Clients zur Modifizierung von Daten (Erstellen, Aktualisieren oder Löschen).
  1. Resolver: Dies sind Funktionen, die die Daten für jedes Feld im Schema abrufen. Sie verbinden das GraphQL-Schema mit den zugrunde liegenden Datenquellen.
  1. Abonnements: Diese ermöglichen Echtzeit-Updates. Clients können sich für bestimmte Ereignisse abonnieren, und der Server sendet Updates, wann immer sie auftreten.

Übersicht über den Ablauf

GraphQL definiert ein Schema, das verfügbare Datentypen und ihre Beziehungen spezifiziert. Die Clients erstellen dann Abfragen oder Mutationen, die die benötigten Datenfelder genau anfordern. Der GraphQL-Server verarbeitet diese Anfragen und verwendet Resolver, um Daten aus Backend-Quellen abzurufen.

Der Server validiert die Anfrage gegen das Schema, führt die Resolver aus und gibt eine JSON-Antwort zurück, die nur die angeforderten Daten enthält. Clients können Abonnements für Echtzeit-Updates einrichten, wodurch der Server Datenänderungen pushen kann, sobald sie auftreten. Dieser Ansatz minimiert das Über- und Unterabrufen und verbessert Effizienz und Flexibilität bei der Datenabfrage.

Praktische Beispiele und Anwendungsfälle

Erkunden wir, wie GraphQL-APIs praktisch funktionieren, indem wir eine E-Commerce-API betrachten, die von GraphQL unterstützt wird. Diese API kann Produktdetails, Bewertungen und Lagerverfügbarkeit effizient abrufen. Der Server wird mit NodeJS und Apollo Server erstellt. Die Erstellung des Servers geht über den Rahmen dieses Artikels hinaus, daher konzentrieren wir uns auf das Schema (wie eine relationale Datenbank strukturiert und visuell dargestellt wird) sowie auf die Logik der Anfrage und der Antwort.

  1. Schema:
# Schema (schema.graphql)

type Product {
  id: ID!
  name: String!
  description: String
  price: Float!
  inventory: Int!
  category: String!
}

type Query {
  product(id: ID!): Product
  products(category: String): [Product!]!
}

type Mutation {
  createProduct(name: String!, description: String, price: Float!, inventory: Int!, category: String!): Product!
  updateProductInventory(id: ID!, inventory: Int!): Product!
}

Das Schema definiert die Datentypen (Produkt, Abfrage, Mutation) und spezifiziert die verfügbaren Abfragen (produkt, produkte) und Mutationen (erstelleProdukt, aktualisiereProduktInventar). Es verwendet das GraphQL-Typsystem (String, Int, Float, ID, [ ], !)

  1. Anfragen und Antworten

    • Produktdaten abrufen – Ein Kunde fordert spezifische Produktfelder an (zum Beispiel Name, Preis und Beschreibung):

        query {
    produkt(id: "123") {
      name
      preis
      beschreibung
    }
  }

      Wenn es erfolgreich ist, antwortet der Server nur mit den angeforderten Daten:

        {
    "data": {
      "produkt": {
        "name": "Kabellose Kopfhörer",
        "preis": 99.99,
        "vorrätig": true
      }
    }
  }

    • Ein neues Produkt erstellen:

        mutation {
    createProduct(name: "Maus", preis: 30, inventar: 100, kategorie: "Elektronik") {
      id
      name
      preis
    }
  }

    • Produktinformationen aktualisieren:

        mutation {
    updateProduct(id: "123", preis: 89.99) {
      name
      preis
    }
  }

      Wenn erfolgreich, gibt der Server die aktualisierten Details zurück:

        {
    "data": {
      "updateProduct": {
        "name": "Kabellose Kopfhörer",
        "preis": 89.99
      }
    }
  }

Unternehmen wie Facebook und Shopify verwenden GraphQL für effiziente und flexible APIs. E-Commerce- und Social-Apps rufen nur die benötigten Daten ab, um Überabfrage zu reduzieren. Mobile Apps optimieren die Leistung, während Analysetools komplexe Daten nahtlos aggregieren.

gRPC APIs

Remote Procedure Call (ggRPC) ist ein hochleistungsfähiges RPC-Framework, das strukturierte Daten über HTTP/2 und Protocol Buffers serialisiert. Es unterstützt synchrone und asynchrone Kommunikation sowie Funktionen wie Streaming.

HTTP/2 ist die neueste Weiterentwicklung von HTTP und wurde mit aufregenden Funktionen wie binärer Framing, Multiplexing, Header-Kompression und Server Push entworfen, um Leistung zu steigern und Latenz zu reduzieren. gRPC nutzt diese Möglichkeiten voll aus und ermöglicht schnelle, effiziente und gleichzeitige Kommunikation, was es perfekt für Mikrodienste und Echtzeitanwendungen macht.

Wichtige Komponenten

  1. Servicedefinition: Diese wird in einer .proto-Datei definiert. Sie legt die angebotenen Dienste und die verfügbaren RPC-Methoden fest und dient als Vertrag zwischen Client und Server.

  2. Nachrichten sind Datenstrukturen, die mithilfe von Protocol Buffers effizient zwischen Systemen serialisiert und deserialisiert werden.

  3. Stubbs: Automatisch generierter Client- und Servercode, der es dem Client ermöglicht, entfernte Methoden so aufzurufen, als wären sie lokal, und dem Server ermöglicht, die Service-Logik zu implementieren.

  4. Kanäle: Diese verwalten die Verbindung zwischen Client und Server und kümmern sich um die zugrunde liegende Netzwerkkommunikation.

  5. RPC-Methoden: gRPC unterstützt verschiedene Arten von Aufrufen, einschließlich unärer (einzelner Anfrage-Antwort), Client-Streaming, Server-Streaming und bidirektionalem Streaming, die jeweils für unterschiedliche Anwendungsfälle geeignet sind.

  6. Interceptors und Metadaten: Diese bieten Mechanismen, um zusätzliche Funktionen hinzuzufügen, wie z.B. Authentifizierung, Protokollierung und Fehlerbehandlung, indem Metadaten an RPC-Aufrufe angehängt werden.

Übersicht der Operationen

gRPC ermöglicht Entwicklern, Serviceverträge und Nachrichtentypen in einer .proto-Datei mit Protocol Buffers zu definieren, die als Blaupause für verfügbare RPC-Methoden dienen. Der Codegenerator erstellt Client- und Serverstubs, die das Aufrufen entfernter Prozeduren wie lokale Funktionen ermöglichen, während Kanäle die HTTP/2-basierte Netzwerkkommunikation verwalten.

Es unterstützt einseitige, Client-Streaming, Server-Streaming und bidirektionales Streaming für verschiedene Datenaustauschmuster. Außerdem können Interzeptoren und Metadaten für Aufgaben wie Authentifizierung und Protokollierung integriert werden, um das System robust, sicher und effizient zu halten.

Praktische Beispiele und Anwendungsfälle in der realen Welt

Betrachten wir eine Mitfahr-App, die gRPC für die schnelle Kommunikation zwischen Clients (mobilen Apps) und Backend-Services verwendet. gRPC nutzt die binäre Serialisierung über Protokollpuffer (Protobuf) anstelle von textbasierten Formaten wie JSON oder XML. Dies macht die Netzwerkkommunikation erheblich schneller und effizienter.

  1. Die .proto-Datei definiert die API-Struktur:
syntax = "proto3";

service RideService {
  rpc RequestRide(RideRequest) returns (RideResponse);
  rpc StreamRideUpdates(RideUpdateRequest) returns (stream RideUpdate);
}

message RideRequest {
  string user_id = 1;
  string pickup_location = 2;
  string destination = 3;
}

message RideResponse {
  string ride_id = 1;
  string driver_name = 2;
  string car_model = 3;
}

message RideUpdate {
  string ride_id = 1;
  string status = 2;
  string driver_location = 3;
}

message RideUpdateRequest {
  string ride_id = 1;
}

Wenn ein Client eine RideRequest sendet, wird sie in ein kompaktes binäres Format mithilfe von Protobuf serialisiert. Dies verringert die Nutzlastgröße, beschleunigt die Übertragung und verbessert die Effizienz. Der Server deserialisiert sie zurück in ein strukturiertes Objekt vor der Verarbeitung.

  1. Anfrage und Antwort:

    • Anforderung einer Fahrt: Der Kunde sendet eine Fahrtanfrage mit einem Klick auf eine Schaltfläche, die Folgendes enthält:

        {
    "user_id": "U123",
    "abholort": "Central Park",
    "ziel": "Times Square"
  }

      Der Server antwortet mit Fahrerdetails:

        {
    "fahrt_id": "R456",
    "fahrer_name": "John Doe",
    "auto_modell": "Toyota Prius"
  }

      Sie fragen sich vielleicht, warum die Anfragen und Antworten in JSON dargestellt sind, da gRPC keine textbasierten Formate wie JSON und XML verwendet. Der komprimierte Binärdatenstrom, der in gRPC verwendet wird, ist nicht menschenlesbar wie JSON. Es handelt sich um ein kompaktes, effizientes Codierungsformat, das eine Protobuf-Dekodierung unter der Oberfläche erfordert, um verstanden zu werden. Im komprimierten Binärdatenstromformat sieht die Anfrage oder Antwort so aus:

        08 D2 04 12 0D 43 65 6E 74 72 61 6C 20 50 61 72 6B 1A 0B 54 69 6D 65 73 20 53 71 75 61 72 65

    • Streaming von Fahrtaktualisierungen: Sobald eine Fahrt zugewiesen ist, sendet der Server Echtzeitaktualisierungen an den Kunden:

        {
    "fahrt_id": "R456",
    "status": "Fahrer unterwegs",
    "fahrer_standort": "5th Avenue"
  }

Unternehmen nutzen gRPC für leistungsstarke, echtzeitfähige Anwendungen, die eine effiziente Servicekommunikation erfordern. Technologieriesen wie Google, Netflix und Dropbox nutzen gRPC für skalierbare Mikroservices. Ride-Sharing-Apps übertragen Live-Standorte der Fahrer, während Fintech-Plattformen sichere, latenzarme Transaktionen verwalten. IoT-Systeme und KI-Anwendungen sind auf gRPC für den Echtzeit-Datenaustausch und effiziente Interaktionen angewiesen.

Wie wählt man eine API-Architektur

Die Auswahl einer API-Architektur beinhaltet das Abwägen verschiedener Faktoren wie Leistung, Skalierbarkeit, Benutzerfreundlichkeit und Sicherheit gemäß der spezifischen Anforderungen Ihres Projekts.

REST steht für seine Einfachheit und zustandslose Gestaltung, die Skalierbarkeit und Benutzerfreundlichkeit unterstützt, aber seine Sicherheit hauptsächlich von externen Maßnahmen wie HTTPS und geeigneten Authentifizierungsmechanismen abhängt.

SOAP, obwohl komplexer, bietet robuste integrierte Sicherheitsstandards (wie WS-Security) und zuverlässige transaktionale Unterstützung, was es für Unternehmensumgebungen geeignet macht.

GraphQL bietet effizientes Abrufen von Daten und hohe Leistung, indem es Clients ermöglicht, nur die benötigten Daten anzufordern. Es kann jedoch zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen wie die Begrenzung der Abfragetiefe und eine angemessene Authentifizierung auf der Serverseite erfordern.

gRPC bietet außergewöhnliche Leistung und eignet sich ideal für Mikroservices mit Echtzeit-Datenanforderungen. Es nutzt HTTP/2 und TLS für sichere, effiziente Kommunikation, obwohl es eine steilere Lernkurve hat.

Die folgende Tabelle fasst die Funktionen und Kompromisse zwischen diesen Architekturen zusammen:

Funktion REST SOAP GraphQL gRPC
Leistung Moderat (Potenzielle Überabfrage von Daten) Niedrig Hoch Hoch
Skalierbarkeit Hoch Moderat Hoch Sehr hoch (Effizient für Microservices und Echtzeitdaten)
Benutzerfreundlichkeit Einfach und weit verbreitet Komplex Intuitiv für Clients (Komplexität auf der Serverseite kann zunehmen) Steile Lernkurve
Sicherheit Beruht auf externen Mechanismen (HTTPS, OAuth usw.) Starke integrierte Sicherheit über WS-Security und formale Verträge Erfordert zusätzliche Maßnahmen (Abfragevalidierung, Ratenbegrenzung) Hohe Sicherheit mit integrierter TLS-Unterstützung und robusten Authentifizierungsprotokollen

APIs sind zu einem Grundpfeiler der modernen Softwareentwicklung geworden und ermöglichen eine nahtlose Kommunikation und den Datenaustausch zwischen verschiedenen Anwendungen. Ihr Einfluss ist unbestreitbar, von öffentlichen APIs, die Innovationen vorantreiben, bis hin zu privaten APIs, die interne Prozesse optimieren.

Das Verständnis der verschiedenen API-Architekturen wie REST, SOAP, GraphQL und gRPC befähigt Entwickler, den optimalen Ansatz für ihre spezifischen Bedürfnisse auszuwählen und dabei Leistung, Skalierbarkeit und Benutzerfreundlichkeit in Einklang zu bringen.

Ein Blick in die Zukunft zeigt, dass sich die API-Landschaft auf spannende Veränderungen einstellt. Mit KI-gesteuerten APIs, dezentralisierten Architekturen und verbesserten Sicherheitsmaßnahmen werden wir neue Möglichkeiten haben, Software zu entwickeln und zu interagieren. Die kontinuierliche Weiterentwicklung von API-Standards und das Wachstum von Low-Code/No-Code-Plattformen machen die API-Entwicklung für jeden zugänglicher.