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表現層狀態轉換

有关网络服务的一种编程范式

表現層狀態轉換（英語：Representational State Transfer，縮寫：REST）是Roy Thomas Fielding（英語：Roy Thomas Fielding）博士於2000年在他的博士論文[1]中提出來的一種萬維網軟件架構風格，目的是便於不同軟件/程序在網絡（例如互聯網）中互相傳遞信息。表現層狀態轉換是根基於超文本傳輸協定（HTTP）之上而確定的一組約束和屬性，是一種設計提供全球資訊網絡服務的軟體構建風格。符合或相容於這種架構風格（簡稱為 REST 或 RESTful）的網絡服務，允許用戶端發出以統一資源標識符存取和操作網絡資源的請求，而與預先定義好的無狀態操作集一致化。因此表現層狀態轉換提供了在互聯網絡的計算系統之間，彼此資源可交互使用的協作性質（interoperability）。相對於其它種類的網絡服務，例如SOAP服務，則是以本身所定義的操作集，來存取網絡上的資源。

目前在三種主流的Web服務實現方案中，因為REST模式與複雜的SOAP和XML-RPC相比更加簡潔，越來越多的Web服務開始採用REST風格設計和實現。例如，Amazon.com提供接近REST風格的Web服務執行圖書查詢；雅虎提供的Web服務也是REST風格的。

要點及標準

需要注意的是，REST是設計風格而不是標準。REST通常基於HTTP、URI、XML以及HTML這些現有的廣泛流行的協議和標準。

  • 資源是由URI來指定。
  • 對資源的操作包括獲取、創建、修改和刪除，這些操作正好對應HTTP協議提供的GET、POST、PUT和DELETE方法。
  • 通過操作資源的表現形式來操作資源。
  • 資源的表現形式則是XML或者HTML，取決於讀者是機器還是人、是消費Web服務的客戶軟件還是Web瀏覽器。當然也可以是任何其他的格式，例如JSON。

可重新表達的狀態遷移的特徵

  • Uniform Interface：統一接口。
    1. 以資源為基礎

      每個資源都可以通過URI訪問到。

      也就是一個個可以認知的資源，比如文檔，音樂，視頻等信息，都可以通過唯一的URI確定。

    2. 通過重表達的客戶端可以管理原資源

      就是我們通過客戶端可以修改原資源的狀態。

    3. 返回信息足夠描述自己

      這樣重表達的客戶端可以知道如何處理。

    4. 超媒體是應用狀態的引擎

      處理以超媒體為基礎的狀態變化。

  • Stateless：無狀態。
  • Cacheable：可緩存。
  • Client-Server：客戶服務器分離模式，任何一個客戶端與服務器都是可替換的。
  • Layered System：分層的系統，客戶端不知道他聯繫的是不是最終服務器。
  • Code on Demand（可選）：服務器可以將能力擴展到客戶端，如果客戶端可以執行的話。這個功能是可選擇的。

REST架構的限制條件

REST架構風格最重要的架構限制有6個[2]：

  1. 客戶端-服務器（Client-Server）
    • 客戶端-服務器結構限制的目的是將客戶端和服務器端的關注點分離。將用戶界面所關注的邏輯和數據存儲所關注的邏輯分離開來有助於提高用戶界面的跨平台的可移植性。通過簡化服務器模塊也有助於服務器模塊的可擴展性。
  2. 無狀態（Stateless）
    • 服務器不能保存客戶端的信息；每一次從客戶端發送的請求中，要包含所有的必須的狀態信息，會話信息由客戶端保存，服務器端根據這些狀態信息來處理請求。
    • 服務器可以將會話狀態信息傳遞給其他服務，比如數據庫服務，這樣可以保持一段時間的狀態信息，從而實現認證功能。
    • 當客戶端可以切換到一個新狀態的時候發送請求信息。
    • 當一個或者多個請求被發送之後，客戶端就處於一個狀態變遷過程中。每一個應用的狀態描述可以被客戶端用來初始化下一次的狀態變遷。
  3. 緩存（Cacheability）
    • 如同萬維網一樣，客戶端和中間的通訊傳遞者可以將回覆緩存起來。回覆必須明確的或者間接的表明本身是否可以進行緩存，這可以預防客戶端在將來進行請求的時候得到陳舊的或者不恰當的數據。管理良好的緩存機制可以減少客戶端-服務器之間的交互，甚至完全避免客戶端-服務器交互，這進一步提了高性能和可擴展性。
  4. 統一接口（Uniform Interface）
    • 這是 RESTful 系統設計的基本出發點。它簡化了系統架構，減少了耦合性，可以讓所有模塊各自獨立的進行改進。包括下列四個限制：
      1. 請求中包含資源的 ID（Resource identification in requests）

        請求中包含了各種獨立資源的標識，例如，在Web服務中的URI。資源本身和發送給客戶端的標識是獨立。例如，服務器可以將自身的數據庫信息以HTML、XML或者JSON的方式發送給客戶端，但是這些可能都不是服務器的內部記錄方式。

      2. 資源通過標識來操作（Resource manipulation through representations）

        當客戶端擁有一個資源的標識，包括附帶的元數據，則它就有足夠的信息來刪除這個資源。

      3. 消息的自我描述性（Self-descriptive messages）

        每一個消息都包含足夠的信息來描述如何來處理這個信息. 例如，媒體類型 (media-type) 就可以確定需要什麼樣的分析器來分析媒體數據.

      4. 用超媒體驅動應用狀態（Hypermedia as the engine of application state (HATEOAS)）

        同用戶訪問Web服務器的Home頁面相似，當一個 REST 客戶端訪問了最初的REST應用的URI之後，REST 客戶端應該可以使用服務器端提供的鏈接，動態的發現所有的可用的資源和可執行的操作。隨着訪問的進行，服務器在響應中提供文字超鏈接，以便客戶端可以得到當前可用的操作。客戶端無需用確定的編碼的方式記錄下服務器端所提供的動態應用的結構信息。

  5. 分層系統（Layered System）
    • 客戶端一般不知道是否直接連接到了最終的服務器，或者是路徑上的中間服務器。中間服務器可以通過負載均衡和共享緩存的機制提高系統的可擴展性，這樣可也便於安全策略的部署。
  6. 按需代碼（Code-On-Demand，可選）
    • 服務器可以通過發送可執行代碼給客戶端的方式臨時性的擴展功能或者定製功能，例如Java Applet、Flash或JavaScript。

關於狀態

應該注意區別應用的狀態和連接協議的狀態。HTTP連接是無狀態的（也就是不記錄每個連接的信息），而REST傳輸會包含應用的所有狀態信息，因此可以大幅降低對HTTP連接的重複請求資源消耗。

應用於Web服務

符合REST設計風格的Web API稱為RESTful API。它從以下三個方面資源進行定義：

  • 直觀簡短的資源地址：URI，比如：http://example.com/resources。
  • 傳輸的資源：Web服務接受與返回的互聯網媒體類型，比如：JSON，XML，YAML等。
  • 對資源的操作：Web服務在該資源上所支持的一系列請求方法（比如：POST，GET，PUT或DELETE）。

下表列出了在實現RESTful API時HTTP請求方法的典型用途。

HTTP請求方法在RESTful API中的典型應用[3]
資源 GET PUT POST DELETE
一組資源的URI，比如https://example.com/resources 列出URI，以及該資源組中每個資源的詳細信息（後者可選）。 使用給定的一組資源替換當前整組資源。 在本組資源中創建/追加一個新的資源。該操作往往返回新資源的URL。 刪除整組資源。
單個資源的URI，比如https://example.com/resources/142 獲取指定的資源的詳細信息，格式可以自選一個合適的網絡媒體類型（比如：XML、JSON等） 替換/創建指定的資源。並將其追加到相應的資源組中。 把指定的資源當做一個資源組，並在其下創建/追加一個新的元素，使其隸屬於當前資源。 刪除指定的元素。

PUT和DELETE方法是冪等方法。GET方法是安全方法（不會對服務器端有修改，因此當然也是冪等的）。

不像基於SOAP的Web服務，RESTful Web服務並沒有「正式」的標準[4]。這是因為REST是一種架構，而SOAP只是一個協議。雖然REST不是一個標準，但大部分RESTful Web服務實現會使用HTTP、URI、JSON和XML等各種標準。

實現舉例

例如，一個簡單的網絡商店應用：

  1. 列舉所有商品：
    GET http://www.store.com/products
  2. 呈現某一件商品：
    GET http://www.store.com/products/12345
  3. 下單購買：
    POST http://www.store.com/orders
<purchase-order>
  <item> ... </item>
</purchase-order>

REST的優點

  • 可更高效利用快取來提高響應速度
  • 通訊本身的無狀態性可以讓不同的服務器的處理一系列請求中的不同請求，提高服務器的擴展性
  • 瀏覽器即可作為客戶端，簡化軟體需求
  • 相對於其他疊加在HTTP協議之上的機制，REST的軟體相依性更小
  • 不需要額外的資源發現機制
  • 在軟體技術演進中的長期的相容性更好

實現

參考文獻

引用

  1. ^ Fielding, Roy Thomas. Chapter 5: Representational State Transfer (REST). Architectural Styles and the Design of Network-based Software Architectures (學位論文). University of California, Irvine. 2000 [2016-12-29]. （原始內容存檔於2021-05-13）. This chapter introduced the Representational State Transfer (REST) architectural style for distributed hypermedia systems. REST provides a set of architectural constraints that, when applied as a whole, emphasizes scalability of component interactions, generality of interfaces, independent deployment of components, and intermediary components to reduce interaction latency, enforce security, and encapsulate legacy systems. 
  2. ^ 理解RESTful. [2016-03-18]. （原始內容存檔於2018-11-02）. 
  3. ^ Richardson, Leonard; Ruby, Sam, RESTful Web Services, O'Reilly, 2007（May 8, 2007）, ISBN 0596529260 
  4. ^ Elkstein, M. What is REST? （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）. Retrieved on 2009-07-04.

來源

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