理解RESTful架构

越来越多的人开始意识到，网站即软件，而且是一种新型的软件。
　　这种"互联网软件"采用客户端/服务器模式，建立在分布式体系上，通过互联网通信，具有高延时（high latency）、高并发等特点。

　　网站开发，完全可以采用软件开发的模式。但是传统上，软件和网络是两个不同的领域，很少有交集；软件开发主要针对单机环境，网络则主要研究系统之间的通信。互联网的兴起，使得这两个领域开始融合，现在我们必须考虑，如何开发在互联网环境中使用的软件。



RESTful架构，就是目前最流行的一种互联网软件架构。它结构清晰、符合标准、易于理解、扩展方便，所以正得到越来越多网站的采用。

　　但是，到底什么是RESTful架构，并不是一个容易说清楚的问题。下面，我就谈谈我理解的RESTful架构。

　　一、起源

　　REST这个词，是Roy Thomas Fielding在他2000年的博士论文中提出的。

Fielding是一个非常重要的人，他是HTTP协议（1.0版和1.1版）的主要设计者、Apache服务器软件的作者之一、Apache基金会的第一任主席。所以，他的这篇论文一经发表，就引起了关注，并且立即对互联网开发产生了深远的影响。

　　他这样介绍论文的写作目的：

"本文研究计算机科学两大前沿----软件和网络----的交叉点。长期以来，软件研究主要关注软件设计的分类、设计方法的演化，很少客观地评估不同的设计选择对系统行为的影响。而相反地，网络研究主要关注系统之间通信行为的细节、如何改进特定通信机制的表现，常常忽视了一个事实，那就是改变应用程序的互动风格比改变互动协议，对整体表现有更大的影响。我这篇文章的写作目的，就是想在符合架构原理的前提下，理解和评估以网络为基础的应用软件的架构设计，得到一个功能强、性能好、适宜通信的架构。"

(This dissertation explores a junction on the frontiers of two research disciplines in computer science: software and networking. Software research has long been concerned with the categorization of software designs and the development of design methodologies,
but has rarely been able to objectively evaluate the impact of various design choices on system behavior. Networking research, in contrast, is focused on the details of generic communication behavior between systems and improving the performance of particular
communication techniques, often ignoring the fact that changing the interaction style of an application can have more impact on performance than the communication protocols used for that interaction. My work is motivated by the desire to understand and evaluate
the architectural design of network-based application software through principled use of architectural constraints, thereby obtaining the functional, performance, and social properties desired of an architecture. )

　　二、名称

　　Fielding将他对互联网软件的架构原则，定名为REST，即Representational State Transfer的缩写。我对这个词组的翻译是"表现层状态转化"。

　　如果一个架构符合REST原则，就称它为RESTful架构。

　　要理解RESTful架构，最好的方法就是去理解Representational State Transfer这个词组到底是什么意思，它的每一个词代表了什么涵义。如果你把这个名称搞懂了，也就不难体会REST是一种什么样的设计。

　　三、资源（Resources）

　　REST的名称"表现层状态转化"中，省略了主语。"表现层"其实指的是"资源"（Resources）的"表现层"。

　　所谓"资源"，就是网络上的一个实体，或者说是网络上的一个具体信息。它可以是一段文本、一张图片、一首歌曲、一种服务，总之就是一个具体的实体。你可以用一个URI（统一资源定位符）指向它，每种资源对应一个特定的URI。要获取这个资源，访问它的URI就可以，因此URI就成了每一个资源的地址或独一无二的识别符。

　　所谓"上网"，就是与互联网上一系列的"资源"互动，调用它的URI。

　　四、表现层（Representation）

　　"资源"是一种信息实体，它可以有多种外在表现形式。我们把"资源"具体呈现出来的形式，叫做它的"表现层"（Representation）。

　　比如，文本可以用txt格式表现，也可以用HTML格式、XML格式、JSON格式表现，甚至可以采用二进制格式；图片可以用JPG格式表现，也可以用PNG格式表现。

　　URI只代表资源的实体，不代表它的形式。严格地说，有些网址最后的".html"后缀名是不必要的，因为这个后缀名表示格式，属于"表现层"范畴，而URI应该只代表"资源"的位置。它的具体表现形式，应该在HTTP请求的头信息中用Accept和Content-Type字段指定，这两个字段才是对"表现层"的描述。

　　五、状态转化（State Transfer）

　　访问一个网站，就代表了客户端和服务器的一个互动过程。在这个过程中，势必涉及到数据和状态的变化。

　　互联网通信协议HTTP协议，是一个无状态协议。这意味着，所有的状态都保存在服务器端。因此，如果客户端想要操作服务器，必须通过某种手段，让服务器端发生"状态转化"（State Transfer）。而这种转化是建立在表现层之上的，所以就是"表现层状态转化"。

　　客户端用到的手段，只能是HTTP协议。具体来说，就是HTTP协议里面，四个表示操作方式的动词：GET、POST、PUT、DELETE。它们分别对应四种基本操作：GET用来获取资源，POST用来新建资源（也可以用于更新资源），PUT用来更新资源，DELETE用来删除资源。

　　六、综述

　　综合上面的解释，我们总结一下什么是RESTful架构：

　　（1）每一个URI代表一种资源；

　　（2）客户端和服务器之间，传递这种资源的某种表现层（Representation）；

　　（3）客户端通过四个HTTP动词，对服务器端资源进行操作，实现"表现层状态转化"。

　　七、误区

　　RESTful架构有一些典型的设计误区。

　　最常见的一种设计错误，就是URI包含动词。因为"资源"表示一种实体，所以应该是名词，URI不应该有动词，动词应该放在HTTP协议中。

　　举例来说，某个URI是/posts/show/1，其中show是动词，这个URI就设计错了，正确的写法应该是/posts/1，然后用GET方法表示show。

　　如果某些动作是HTTP动词表示不了的，你就应该把动作做成一种资源。比如网上汇款，从账户1向账户2汇款500元，错误的URI是：

　　POST /accounts/1/transfer/500/to/2

　　正确的写法是把动词transfer改成名词transaction，资源不能是动词，但是可以是一种服务：

　　POST /transaction HTTP/1.1

　　Host: 127.0.0.1

　　

　　from=1&to=2&amount=500.00

　　另一个设计误区，就是在URI中加入版本号：

　　http://www.example.com/app/1.0/foo

　　http://www.example.com/app/1.1/foo

　　http://www.example.com/app/2.0/foo

　　因为不同的版本，可以理解成同一种资源的不同表现形式，所以应该采用同一个URI。版本号可以在HTTP请求头信息的Accept字段中进行区分（参见Versioning REST Services）：

　　Accept: vnd.example-com.foo+json; version=1.0

　　Accept: vnd.example-com.foo+json; version=1.1

　　Accept: vnd.example-com.foo+json; version=2.0



-------

什么是REST？

　　REST (REpresentational State Transfer) 描述了一个架构样式的网络系统，比如 web
应用程序。它首次出现在 2000 年 Roy Fielding 的博士论文中，他是 HTTP 规范的主要编写者之一。

REST 指的是一组架构约束条件和原则。满足这些约束条件和原则的应用程序或设计就是 RESTful。

Web 应用程序最重要的 REST 原则是，客户端和服务器之间的交互在请求之间是无状态的。从客户端到服务器的每个请求都必须包含理解请求所必需的信息。如果服务器在请求之间的任何时间点重启，客户端不会得到通知。此外，无状态请求可以由任何可用服务器回答，这十分适合云计算之类的环境。客户端可以缓存数据以改进性能。

　　在服务器端，应用程序状态和功能可以分为各种资源。资源是一个有趣的概念实体，它向客户端公开。资源的例子有：应用程序对象、数据库记录、算法等等。每个资源都使用 URI (Universal Resource Identifier) 得到一个惟一的地址。所有资源都共享统一的界面，以便在客户端和服务器之间传输状态。使用的是标准的 HTTP 方法，比如 GET、PUT、POST 和 DELETE。Hypermedia 是应用程序状态的引擎，资源表示通过超链接互联。

另一个重要的 REST 原则是分层系统，这表示组件无法了解它与之交互的中间层以外的组件。通过将系统知识限制在单个层，可以限制整个系统的复杂性，促进了底层的独立性。

　　当 REST 架构的约束条件作为一个整体应用时，将生成一个可以扩展到大量客户端的应用程序。它还降低了客户端和服务器之间的交互延迟。统一界面简化了整个系统架构，改进了子系统之间交互的可见性。REST 简化了客户端和服务器的实现。



RESTful的实现：RESTful Web 服务与 RPC 样式的 Web 服务

　　了解了什么是REST，我们再看看RESTful的实现。最近，使用 RPC 样式架构构建的基于 SOAP 的 Web 服务成为实现 SOA 最常用的方法。RPC 样式的 Web 服务客户端将一个装满数据的信封（包括方法和参数信息）通过 HTTP 发送到服务器。服务器打开信封并使用传入参数执行指定的方法。方法的结果打包到一个信封并作为响应发回客户端。客户端收到响应并打开信封。每个对象都有自己独特的方法以及仅公开一个 URI 的 RPC 样式 Web 服务，URI 表示单个端点。它忽略 HTTP 的大部分特性且仅支持
POST 方法。

　　由于轻量级以及通过 HTTP 直接传输数据的特性，Web 服务的 RESTful 方法已经成为最常见的替代方法。可以使用各种语言（比如 Java 程序、Perl、Ruby、Python、PHP 和 Javascript[包括 Ajax]）实现客户端。RESTful Web 服务通常可以通过自动客户端或代表用户的应用程序访问。但是，这种服务的简便性让用户能够与之直接交互，使用它们的 Web
浏览器构建一个 GET URL 并读取返回的内容。

　　在 REST 样式的 Web 服务中，每个资源都有一个地址。资源本身都是方法调用的目标，方法列表对所有资源都是一样的。这些方法都是标准方法，包括 HTTP GET、POST、PUT、DELETE，还可能包括 HEADER 和 OPTIONS。

　　在 RPC 样式的架构中，关注点在于方法，而在 REST 样式的架构中，关注点在于资源 —— 将使用标准方法检索并操作信息片段（使用表示的形式）。资源表示形式在表示形式中使用超链接互联。

　　Leonard Richardson 和 Sam Ruby 在他们的著作 RESTful Web Services 中引入了术语 REST-RPC 混合架构。REST-RPC 混合 Web 服务不使用信封包装方法、参数和数据，而是直接通过 HTTP 传输数据，这与 REST 样式的 Web 服务是类似的。但是它不使用标准的 HTTP 方法操作资源。它在 HTTP 请求的 URI 部分存储方法信息。好几个知名的 Web 服务，比如 Yahoo 的 Flickr API 和 del icio us API
都使用这种混合架构。

　　RESTful的实现：RESTful Web 服务的 Java 框架

　　有两个 Java 框架可以帮助构建 RESTful Web 服务。erome Louvel 和 Dave Pawson 开发的 Restlet（见 参考资料）是轻量级的。它实现针对各种 RESTful 系统的资源、表示、连接器和媒体类型之类的概念，包括 Web 服务。在 Restlet 框架中，客户端和服务器都是组件。组件通过连接器互相通信。该框架最重要的类是抽象类 Uniform 及其具体的子类 Restlet，该类的子类是专用类，比如 Application、Filter、Finder、Router
和 Route。这些子类能够一起处理验证、过滤、安全、数据转换以及将传入请求路由到相应资源等操作。Resource 类生成客户端的表示形式。

　　JSR-311是 Sun Microsystems 的规范，可以为开发 RESTful Web 服务定义一组 Java API。Jersey是对 JSR-311 的参考实现。

　　JSR-311 提供一组注释，相关类和接口都可以用来将 Java 对象作为 Web 资源展示。该规范假定 HTTP 是底层网络协议。它使用注释提供 URI 和相应资源类之间的清晰映射，以及 HTTP 方法与 Java 对象方法之间的映射。API 支持广泛的 HTTP 实体内容类型，包括 HTML、XML、JSON、GIF、JPG 等。它还将提供所需的插件功能，以允许使用标准方法通过应用程序添加其他类型。

　　RESTful的实现：构建 RESTful Web 服务的多层架构

　　RESTful Web 服务和动态 Web 应用程序在许多方面都是类似的。有时它们提供相同或非常类似的数据和函数，尽管客户端的种类不同。例如，在线电子商务分类网站为用户提供一个浏览器界面，用于搜索、查看和订购产品。如果还提供 Web 服务供公司、零售商甚至个人能够自动订购产品，它将非常有用。与大部分动态 Web 应用程序一样，Web 服务可以从多层架构的关注点分离中受益。业务逻辑和数据可以由自动客户端和 GUI 客户端共享。惟一的不同点在于客户端的本质和中间层的表示层。此外，从数据访问中分离业务逻辑可实现数据库独立性，并为各种类型的数据存储提供插件能力。

　　图 1 展示了自动化客户端，包括 Java 和各种语言编写的脚本，这些语言包括 Python、Perl、Ruby、PHP
或命令行工具，比如 curl。在浏览器中运行且作为 RESTful Web 服务消费者运行的 Ajax、Flash、JavaFX、GWT、博客和 wiki 都属于此列，因为它们都代表用户以自动化样式运行。自动化 Web 服务客户端在 Web 层向 Resource Request Handler 发送 HTTP 响应。客户端的无状态请求在头部包含方法信息，即 POST、GET、PUT 和 DELETE，这又将映射到 Resource Request Handler 中资源的相应操作。每个请求都包含所有必需的信息，包括
Resource Request Handler 用来处理请求的凭据。

　　从 Web 服务客户端收到请求之后，Resource Request Handler 从业务逻辑层请求服务。Resource Request Handler 确定所有概念性的实体，系统将这些实体作为资源公开，并为每个资源分配一个惟一的 URI。但是，概念性的实体在该层是不存在的。它们存在于业务逻辑层。可以使用 Jersey 或其他框架（比如 Restlet）实现 Resource Request Handler，它应该是轻量级的，将大量职责工作委托给业务层。

　　Ajax 和 RESTful Web 服务本质上是互为补充的。它们都可以利用大量 Web 技术和标准，比如 HTML、JavaScript、浏览器对象、XML/JSON 和 HTTP。当然也不需要购买、安装或配置任何主要组件来支持 Ajax 前端和 RESTful Web 服务之间的交互。RESTful Web 服务为 Ajax 提供了非常简单的 API 来处理服务器上资源之间的交互。

　　图 1 中的 Web 浏览器客户端作为 GUI 的前端，使用表示层中的 Browser Request Handler 生成的 HTML 提供显示功能。Browser Requester Handler 可以使用 MVC 模型（JSF、Struts 或 Spring 都是 Java 的例子）。它从浏览器接受请求，从业务逻辑层请求服务，生成表示并对浏览器做出响应。表示供用户在浏览器中显示使用。表示不仅包含内容，还包含显示的属性，比如 HTML 和 CSS。

　　业务规则可以集中到业务逻辑层，该层充当表示层和数据访问层之间的数据交换的中间层。数据以域对象或值对象的形式提供给表示层。从业务逻辑层中解耦 Browser Request Handler 和 Resource Request Handler 有助于促进代码重用，并能实现灵活和可扩展的架构。此外，由于将来可以使用新的 REST 和 MVC 框架，实现它们变得更加容易，无需重写业务逻辑层。

　　数据访问层提供与数据存储层的交互，可以使用 DAO 设计模式或者对象-关系映射解决方案（如 Hibernate、OJB 或 iBATIS）实现。作为替代方案，业务层和数据访问层中的组件可以实现为 EJB 组件，并取得 EJB 容器的支持，该容器可以为组件生命周期提供便利，管理持久性、事务和资源配置。但是，这需要一个遵从 Java EE 的应用服务器（比如 JBoss），并且可能无法处理 Tomcat。该层的作用在于针对不同的数据存储技术，从业务逻辑中分离数据访问代码。数据访问层还可以作为连接其他系统的集成点，可以成为其他
Web 服务的客户端。

　　数据存储层包括数据库系统、LDAP 服务器、文件系统和企业信息系统（包括遗留系统、事务处理系统和企业资源规划系统）。使用该架构，您可以开始看到
RESTful Web 服务的力量，它可以灵活地成为任何企业数据存储的统一 API，从而向以用户为中心的 Web 应用程序公开垂直数据，并自动化批量报告脚本。

　　什么是REST：结束语

　　REST 描述了一个架构样式的互联系统（如 Web 应用程序）。REST 约束条件作为一个整体应用时，将生成一个简单、可扩展、有效、安全、可靠的架构。由于它简便、轻量级以及通过 HTTP 直接传输数据的特性，RESTful Web 服务成为基于 SOAP 服务的一个最有前途的替代方案。用于 web 服务和动态 Web 应用程序的多层架构可以实现可重用性、简单性、可扩展性和组件可响应性的清晰分离。Ajax 和 RESTful Web 服务本质上是互为补充的。开发人员可以轻松使用 Ajax 和 RESTful
Web 服务一起创建丰富的界面。