API技術の理解: REST, GraphQL, 非同期APIの比較分析

編集者のノート: 以下は、DZoneの2024年トレンドレポートで執筆・掲載された記事です、現代のAPI管理: AI、自動化、マイクロサービスと共にデータ駆動型アーキテクチャを接続.

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APIは、現代のソフトウェア開発の世界で中心的な役割を果たしています。さまざまなタイプのAPIを使用して、さまざまなシステム間の通信とデータ交換を確立できます。最前線にあるのがRESTアプローチであり、そのシンプルさとスケーラビリティのために業界を席巻しています。しかし、テクノロジーが進化するにつれて、開発者やビジネスのニーズも変化しています。近年では、GraphQLや非同期イベント駆動型APIなどの代替案も登場しており、従来のREST APIよりも独自の利点を提供しています。

本記事では、これらのAPI技術をそれぞれ見て、比較的理解を深めます。

REST: リソース指向通信の始まり

RESTアーキテクチャはリソースの概念を中心に展開しています。これらは、GET、POST、PUT、DELETEなどの標準的なHTTPメソッドを通じて管理可能なエンティティです。RESTの主要な特徴の一つは、クライアントからの各リクエストがサーバーがそれを実行するために必要なすべての情報を含む非状態性です。これにより、クライアントとサーバーが解法され、独立してスケール可能になります。

RESTの利点と欠点

REST APIにはいくつかの重要な利点があります:

• RESTはシンプルで直感的な設計に基づいており、標準的なHTTPメソッドによって構成されています。
• RESTアプローチにおける各リクエストは独立しており、より良いスケーラビリティと信頼性をもたらします。
• RESTはHTTPのキャッシング機構を利用してパフォーマンスを向上させ、オリジンサーバーへの負荷を軽減します。
• RESTは相互運用性があり、標準的なフォーマットのおかげで様々なプログラミング言語やプラットフォームで機能します。

しかし、RESTアーキテクチャにはいくつかの欠点もあります。

• REST APIはオーバーフェッチを引き起こし、クライアントが必要以上のデータを受け取り、非効率性やネットワーク帯域の浪費を招く可能性があります。
• 最初の点と同様に、REST APIはアンダーフェッチにも苦しむことがあり、複雑なデータ要件を満たすために複数のリクエストが必要になり、遅延が増加します。
• RESTは同期アプローチを採用しており、高負荷シナリオでブロッキングやパフォーマンスの問題を引き起こす可能性があります。
• APIのデータスキーマの変更はクライアントに影響を与え、密結合を引き起こす可能性があります。

REST APIの使用ケース

REST APIが他のタイプのAPIと比較してより適している理想的な使用ケースがあります。例えば、

• キャッシング集中型アプリケーション – ニュースサイトや静的コンテンツなどの読み込み集中型アプリケーションは、RESTのキャッシング機構から利益を得ることができます。RESTの標準化されたキャッシング指令は、実装を容易にします。
• シンプルなCRUD操作 – 単純なCRUD操作を扱う際、REST APIはシンプルさと予測可能性を提供します。明確で静的なデータモデルを持つアプリケーションは、しばしばREST APIがより適していると感じます。

GraphQL: 宣言型データ取得のAPIとしての台頭

GraphQLは、データをクエリするためのオープンソース言語とそれらのクエリを実行するランタイムの組み合わせです。GraphQLの背後にある主要な原則は、データクエリを定義する際の階層構造を持つことで、クライアントが1つのリクエストで必要なデータを正確に指定できるようにすることです。

図1. 大きな視野でのGraphQL

多くの点で、GraphQLは従来のREST APIアーキテクチャの問題に直接対処するものでした。

しかし、それは強く型付けされたスキーマを推進し、開発者に何を期待すべきか明確なアイデアを提供します。GraphQLはサブスクリプションを通じてリアルタイムのデータ更新をサポートしています。長年にわたり、GraphQL Federationのようなツールで多くの作業が行われ、複数のドメイン領域を持つ大規模企業のためにGraphQL APIをよりスケーラブルにしてきました。

GraphQLの利点と欠点

GraphQLはいくつかの主要な利点を提供します：

• GraphQLを使用すると、クライアントは必要な特定のデータのみを要求できます。これは、REST APIでのオーバーフェッチリングとアンダーフェッチリングの問題を解決します。
• GraphQLの強く型付けされたスキーマアプローチは、明確な構造と検証を提供し、開発とドキュメント作成を高速化します。
• GraphQLは通常、シングルエンドポイントを介して動作します。クライアントは、データのソースが複数あるにもかかわらず、GraphQLサーバーと通信する際にシングルエンドポイントだけを気にすればよいのです。
• 組み込みの自己記述機能により、クライアントはスキーマを探索し、利用可能なデータや操作を発見することができます。

しかし、GraphQLにはいくつかの欠点もあります：

• GraphQLの実装は、従来のREST APIと比較して追加の努力と専門知識が必要です。
• GraphQLのクエリは柔軟であるため、データのキャッシュが困難であり、カスタムソリューションが必要になることがあります。
• GraphQLはトップレベルでの過剰取得を減らす一方で、入れ子になったクエリは依然として不必要なデータ取得につながる可能性があります。
• 所有権は、REST APIの明確な境界とは異なり、共通のGraphQLレイヤーで混乱を招くことがあります。

GraphQLの使用ケース

特定のシナリオでは、GraphQLはREST APIと比較して優れた仕事をすることがあります。例えば：

• 複雑で入れ子になったデータ要件 – 複雑な関係を持つデータを取得するために、GraphQLはクライアントが1つのクエリで必要なデータを正確に指定するのに役立ちます。
• リアルタイムデータの更新 – GraphQLのサブスクリプションは、チャットアプリケーションやライブダッシュボードなどのリアルタイムデータの更新を扱うために役立ちます。GraphQLを使用すると、クライアントは特定のデータの変更にサブスクライブでき、頻繁なポーリングなしでリアルタイムの更新を可能にします。
• マイクロサービスアーキテクチャ – この場合、データは複数のサービスに分散されています。GraphQLは、クライアントがさまざまなサービスからデータを照会できる統一インターフェイスを提供します。クライアントアプリケーションは、複数のRESTエンドポイントを管理する必要はありません。

非同期API：イベント駆動型アーキテクチャへのシフト

この数年で、クラウドネイティブアーキテクチャへの採用または移行を促す動きは、イベント駆動型アーキテクチャの採用にもつながり、その利点は、コンポーネント間の非ブロッキング通信の可能性です。非同期APIを使用すると、クライアントは応答を待つ必要がなく、リクエストを送信した後、実行プロセスを続けることができます。このようなアプローチは、高い並行性、スケーラビリティ、応答性が求められるシナリオに適しています。

イベント駆動型システムでは、非同期APIは、Apache KafkaやRabbitMQなどの技術の助けを借りてイベントやメッセージを処理します。これらの技術は、メッセージプロデューサとコンシューマ間の通信手段を提供します。

イベント駆動型APIアプローチを使用する典型的なシステムを考えると、プロデューサーはトピックにイベントを公開し、コンシューマーはこれらのトピックにサブスクライブして非同期にイベントを受信して処理します。これにより、プロデューサーとコンシューマーの両方が独立して進化できるため、スムーズなスケーラビリティと障害耐性が実現します。以下の図は、そのようなシステムを示しています。

図2. Kafkaと非同期APIを使用したイベント駆動型システム

非同期APIの利点と欠点

非同期APIにはいくつかの主要な利点があります:

• 非同期APIは、複数のリクエストを同時に処理できるため、高いコンカレンシーとスケーラビリティの要件に適しています。
• 非同期APIはまた、イベントへのタイムリーな応答を可能にすることでリアルタイムデータ処理を可能にします。
• 非同期APIは、タスクをバックグラウンドプロセスにオフロードすることで、システムリソースのより良い利用を助けることもできます。
• 最後に、非同期APIは、1つのコンポーネントの障害がシステム全体を妨げないため、システムの一般的な故障耐性を向上させます。

しかし、他のタイプのAPIと同様に、非同期APIにもいくつかの欠点があります:

• メッセージの配信、順序付け、エラー処理に関して増加した複雑さがあります。
• 非同期APIは、デバッグおよびテストがより困難です。
• 非同期APIを使用して構築されたシステムは、データの更新がすべてのコンポーネントにすぐに反映されない最終的な一貫性をもたらすことが多いです。
• 非同期APIはまた、メッセージを処理するための特別なシステムに関してコストの増加をもたらす可能性があります。

非同期APIの使用ケース

RESTやGraphQLのAPIと比較して、非同期APIにはいくつかの理想的な使用ケースがあります。

• リアルタイムデータストリーミング – ソーシャルメディアフィード、金融市場の更新、IoTセンサーデータなど、リアルタイムデータストリーミングのニーズには非同期APIが最適です。これらのアプリケーションは、大量のデータを生成し、それをほぼリアルタイムでクライアントに処理および配信する必要があります。
• 第三者システムとの統合 – 非同期APIは、予測不可能な応答時間や可用性SLAを持つ第三者システムとの統合に適しています。
• バックグラウンドタスク – 最後に、メール送信、通知、画像/ビデオ処理などのバックグラウンドタスクを実行する必要があるアプリケーションは、非同期APIの使用を活用できます。

REST、GraphQL、非同期APIのサイドバイサイド比較

これまで3種類のAPIアーキテクチャについて見てきました。それらをどう選択するかについてより良い判断を下すために、サイドバイサイドで比較する時が来ました。以下の表は、複数のパラメータにわたるこの比較を示しています。

表1. REST、GraphQL、非同期APIの比較

結論

本記事では、異なるAPIアーキテクチャの主要な違いについて探求しました：REST、GraphQL、そして非同期API。また、特定のタイプのAPIが他のものよりも適切なシナリオも見てきました。展望として、API開発のシーンはさらなる変革に備えています。機械学習、エッジコンピューティング、IoTなどの新興技術は、APIアプローチの進化を必要とする新たな要請をもたらすでしょう。また、分散システムの急速な成長に伴い、APIは通信を可能にするための重要な役割を果たすことでしょう。

開発者として、各APIスタイルの強みと限界を理解し、特定の要件に最も適したアプローチを選択することが非常に重要です。この考え方は、開発者がAPIのシーンを自信を持って導くのに役立ちます。

これはDZoneの2024年トレンドレポート、現代のAPI管理：AI、自動化、マイクロサービスと共にデータ駆動型アーキテクチャを接続からの抜粋です。

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