--- name: api-design description: 生产级 API 的 REST API 设计模式，包括资源命名、状态码、分页、过滤、错误响应、版本控制和速率限制。 origin: ECC --- # API 设计模式 (API Design Patterns) 设计一致且开发者友好的 REST API 的规范与最佳实践。 ## 何时启用 - 设计新的 API 端点 (Endpoints) - 审查现有的 API 合约 (Contracts) - 添加分页、过滤或排序功能 - 为 API 实现错误处理 - 规划 API 版本控制策略 - 构建公开或面向合作伙伴的 API ## 资源设计 (Resource Design) ### URL 结构 ``` # 资源是名词、复数、小写、短横线命名 (kebab-case) GET /api/v1/users GET /api/v1/users/:id POST /api/v1/users PUT /api/v1/users/:id PATCH /api/v1/users/:id DELETE /api/v1/users/:id # 关系子资源 GET /api/v1/users/:id/orders POST /api/v1/users/:id/orders # 不属于 CRUD 的操作（谨慎使用动词） POST /api/v1/orders/:id/cancel POST /api/v1/auth/login POST /api/v1/auth/refresh ``` ### 命名规则 ``` # 正确示例 (GOOD) /api/v1/team-members # 多单词资源使用 kebab-case /api/v1/orders?status=active # 使用查询参数进行过滤 /api/v1/users/123/orders # 嵌套资源表示所属关系 # 错误示例 (BAD) /api/v1/getUsers # URL 中包含动词 /api/v1/user # 使用单数（应使用复数） /api/v1/team_members # URL 中使用 snake_case /api/v1/users/123/getOrders # 嵌套资源中包含动词 ``` ## HTTP 方法与状态码 ### 方法语义 (Method Semantics) | 方法 (Method) | 幂等 (Idempotent) | 安全 (Safe) | 用途 | |--------|-----------|------|---------| | GET | 是 | 是 | 获取资源 | | POST | 否 | 否 | 创建资源，触发操作 | | PUT | 是 | 否 | 完整替换资源 | | PATCH | 否* | 否 | 部分更新资源 | | DELETE | 是 | 否 | 删除资源 | *如果实现得当，PATCH 也可以实现为幂等的。 ### 状态码参考 ``` # 成功 (Success) 200 OK — GET, PUT, PATCH（包含响应正文） 201 Created — POST（需包含 Location 标头） 204 No Content — DELETE, PUT（无响应正文） # 客户端错误 (Client Errors) 400 Bad Request — 验证失败、JSON 格式错误 401 Unauthorized — 缺失或无效的身份验证 403 Forbidden — 已身份验证但无权访问 404 Not Found — 资源不存在 409 Conflict — 重复条目、状态冲突 422 Unprocessable Entity — 语义无效（JSON 合法，但数据有误） 429 Too Many Requests — 超出速率限制 # 服务器错误 (Server Errors) 500 Internal Server Error — 意外故障（绝不要暴露详细信息） 502 Bad Gateway — 上游服务故障 503 Service Unavailable — 临时过载，包含 Retry-After 标头 ``` ### 常见错误 ``` # 错误：所有响应都返回 200 { "status": 200, "success": false, "error": "Not found" } # 正确：语义化使用 HTTP 状态码 HTTP/1.1 404 Not Found { "error": { "code": "not_found", "message": "User not found" } } # 错误：验证错误返回 500 # 正确：返回 400 或 422，并附带字段级详细信息 # 错误：创建资源返回 200 # 正确：返回 201 并在 Location 标头中包含路径 HTTP/1.1 201 Created Location: /api/v1/users/abc-123 ``` ## 响应格式 (Response Format) ### 成功响应 ```json { "data": { "id": "abc-123", "email": "alice@example.com", "name": "Alice", "created_at": "2025-01-15T10:30:00Z" } } ``` ### 集合响应（带分页） ```json { "data": [ { "id": "abc-123", "name": "Alice" }, { "id": "def-456", "name": "Bob" } ], "meta": { "total": 142, "page": 1, "per_page": 20, "total_pages": 8 }, "links": { "self": "/api/v1/users?page=1&per_page=20", "next": "/api/v1/users?page=2&per_page=20", "last": "/api/v1/users?page=8&per_page=20" } } ``` ### 错误响应 ```json { "error": { "code": "validation_error", "message": "Request validation failed", "details": [ { "field": "email", "message": "Must be a valid email address", "code": "invalid_format" }, { "field": "age", "message": "Must be between 0 and 150", "code": "out_of_range" } ] } } ``` ### 响应封装变体 ```typescript // 选项 A：带数据包装器的封装（推荐用于公开 API） interface ApiResponse { data: T; meta?: PaginationMeta; links?: PaginationLinks; } interface ApiError { error: { code: string; message: string; details?: FieldError[]; }; } // 选项 B：扁平化响应（较简单，常用于内部 API） // 成功：直接返回资源 // 错误：返回错误对象 // 通过 HTTP 状态码进行区分 ``` ## 分页 (Pagination) ### 基于偏移量 (Offset-Based) - 简单 ``` GET /api/v1/users?page=2&per_page=20 # 实现 SELECT * FROM users ORDER BY created_at DESC LIMIT 20 OFFSET 20; ``` **优点：** 易于实现，支持“跳转到第 N 页”。 **缺点：** 偏移量较大时性能较差 (OFFSET 100000)，且在并发插入时可能出现不一致。 ### 基于游标 (Cursor-Based) - 可扩展 ``` GET /api/v1/users?cursor=eyJpZCI6MTIzfQ&limit=20 # 实现 SELECT * FROM users WHERE id > :cursor_id ORDER BY id ASC LIMIT 21; -- 多获取一个以确定是否有下一页 (has_next) ``` ```json { "data": [...], "meta": { "has_next": true, "next_cursor": "eyJpZCI6MTQzfQ" } } ``` **优点：** 无论位置如何，性能保持一致；并发插入时稳定。 **缺点：** 无法跳转到任意页码，游标是不透明的。 ### 何时使用哪种方式 | 使用场景 | 分页类型 | |----------|----------------| | 管理后台、小型数据集 (<10K) | 偏移量 (Offset) | | 无限滚动、Feed 流、大型数据集 | 游标 (Cursor) | | 公开 API | 默认使用游标 (Cursor)，可选偏移量 (Offset) | | 搜索结果 | 偏移量 (Offset)（用户通常期望看到页码） | ## 过滤、排序与搜索 (Filtering, Sorting, and Search) ### 过滤 (Filtering) ``` # 简单等值匹配 GET /api/v1/orders?status=active&customer_id=abc-123 # 比较运算符（使用方括号标记） GET /api/v1/products?price[gte]=10&price[lte]=100 GET /api/v1/orders?created_at[after]=2025-01-01 # 多个值（逗号分隔） GET /api/v1/products?category=electronics,clothing # 嵌套字段（点标记法） GET /api/v1/orders?customer.country=US ``` ### 排序 (Sorting) ``` # 单个字段（前缀 - 表示降序） GET /api/v1/products?sort=-created_at # 多个字段（逗号分隔） GET /api/v1/products?sort=-featured,price,-created_at ``` ### 全文搜索 (Full-Text Search) ``` # 搜索查询参数 GET /api/v1/products?q=wireless+headphones # 特定字段搜索 GET /api/v1/users?email=alice ``` ### 稀疏字段集 (Sparse Fieldsets) ``` # 仅返回指定的字段（减少数据传输量） GET /api/v1/users?fields=id,name,email GET /api/v1/orders?fields=id,total,status&include=customer.name ``` ## 身份验证与授权 (Authentication and Authorization) ### 基于令牌的身份验证 (Token-Based Auth) ``` # Authorization 标头中的 Bearer 令牌 GET /api/v1/users Authorization: Bearer eyJhbGciOiJIUzI1NiIs... # API 密钥（用于服务器对服务器通信） GET /api/v1/data X-API-Key: sk_live_abc123 ``` ### 授权模式 (Authorization Patterns) ```typescript // 资源级别：检查所有权 app.get("/api/v1/orders/:id", async (req, res) => { const order = await Order.findById(req.params.id); if (!order) return res.status(404).json({ error: { code: "not_found" } }); if (order.userId !== req.user.id) return res.status(403).json({ error: { code: "forbidden" } }); return res.json({ data: order }); }); // 基于角色：检查权限 app.delete("/api/v1/users/:id", requireRole("admin"), async (req, res) => { await User.delete(req.params.id); return res.status(204).send(); }); ``` ## 速率限制 (Rate Limiting) ### 响应标头 (Headers) ``` HTTP/1.1 200 OK X-RateLimit-Limit: 100 X-RateLimit-Remaining: 95 X-RateLimit-Reset: 1640000000 # 当超出限制时 HTTP/1.1 429 Too Many Requests Retry-After: 60 { "error": { "code": "rate_limit_exceeded", "message": "Rate limit exceeded. Try again in 60 seconds." } } ``` ### 速率限制分级 (Rate Limit Tiers) | 级别 (Tier) | 限制 | 窗口 | 使用场景 | |------|-------|--------|----------| | 匿名 (Anonymous) | 30/min | 每 IP | 公开端点 | | 已认证 (Authenticated) | 100/min | 每用户 | 标准 API 访问 | | 高级 (Premium) | 1000/min | 每 API 密钥 | 付费 API 方案 | | 内部 (Internal) | 10000/min | 每服务 | 服务间调用 | ## 版本控制 (Versioning) ### URL 路径版本控制（推荐） ``` /api/v1/users /api/v2/users ``` **优点：** 显式、易于路由、可缓存。 **缺点：** 版本间 URL 会发生变化。 ### 标头版本控制 (Header Versioning) ``` GET /api/users Accept: application/vnd.myapp.v2+json ``` **优点：** URL 整洁。 **缺点：** 较难测试，容易遗忘。 ### 版本控制策略 ``` 1. 从 /api/v1/ 开始 —— 在确实需要之前不要进行版本控制 2. 最多维护 2 个活跃版本（当前版本 + 上一个版本） 3. 弃用时间线： - 宣布弃用（公开 API 通常提前 6 个月通知） - 添加 Sunset 标头：Sunset: Sat, 01 Jan 2026 00:00:00 GMT - 在 Sunset 日期后返回 410 Gone 4. 非破坏性更改不需要新版本： - 在响应中添加新字段 - 添加新的可选查询参数 - 添加新的端点 5. 破坏性更改需要新版本： - 删除或重命名字段 - 更改字段类型 - 更改 URL 结构 - 更改身份验证方法 ``` ## 实现模式 (Implementation Patterns) ### TypeScript (Next.js API Route) ```typescript import { z } from "zod"; import { NextRequest, NextResponse } from "next/server"; const createUserSchema = z.object({ email: z.string().email(), name: z.string().min(1).max(100), }); export async function POST(req: NextRequest) { const body = await req.json(); const parsed = createUserSchema.safeParse(body); if (!parsed.success) { return NextResponse.json({ error: { code: "validation_error", message: "Request validation failed", details: parsed.error.issues.map(i => ({ field: i.path.join("."), message: i.message, code: i.code, })), }, }, { status: 422 }); } const user = await createUser(parsed.data); return NextResponse.json( { data: user }, { status: 201, headers: { Location: `/api/v1/users/${user.id}` }, }, ); } ``` ### Python (Django REST Framework) ```python from rest_framework import serializers, viewsets, status from rest_framework.response import Response class CreateUserSerializer(serializers.Serializer): email = serializers.EmailField() name = serializers.CharField(max_length=100) class UserSerializer(serializers.ModelSerializer): class Meta: model = User fields = ["id", "email", "name", "created_at"] class UserViewSet(viewsets.ModelViewSet): serializer_class = UserSerializer permission_classes = [IsAuthenticated] def get_serializer_class(self): if self.action == "create": return CreateUserSerializer return UserSerializer def create(self, request): serializer = CreateUserSerializer(data=request.data) serializer.is_valid(raise_exception=True) user = UserService.create(**serializer.validated_data) return Response( {"data": UserSerializer(user).data}, status=status.HTTP_201_CREATED, headers={"Location": f"/api/v1/users/{user.id}"}, ) ``` ### Go (net/http) ```go func (h *UserHandler) CreateUser(w http.ResponseWriter, r *http.Request) { var req CreateUserRequest if err := json.NewDecoder(r.Body).Decode(&req); err != nil { writeError(w, http.StatusBadRequest, "invalid_json", "Invalid request body") return } if err := req.Validate(); err != nil { writeError(w, http.StatusUnprocessableEntity, "validation_error", err.Error()) return } user, err := h.service.Create(r.Context(), req) if err != nil { switch { case errors.Is(err, domain.ErrEmailTaken): writeError(w, http.StatusConflict, "email_taken", "Email already registered") default: writeError(w, http.StatusInternalServerError, "internal_error", "Internal error") } return } w.Header().Set("Location", fmt.Sprintf("/api/v1/users/%s", user.ID)) writeJSON(w, http.StatusCreated, map[string]any{"data": user}) } ``` ## API 设计自检清单 (API Design Checklist) 在发布新端点之前： - [ ] 资源 URL 遵循命名规范（复数、kebab-case、无动词） - [ ] 使用了正确的 HTTP 方法（GET 用于读取，POST 用于创建等） - [ ] 返回了适当的状态码（不要对所有内容都返回 200） - [ ] 使用 Schema（Zod, Pydantic, Bean Validation）验证输入 - [ ] 错误响应遵循带代码和消息的标准格式 - [ ] 为列表端点实现分页（游标或偏移量） - [ ] 要求身份验证（或明确标记为公开） - [ ] 检查授权（用户只能访问自己的资源） - [ ] 配置了速率限制 - [ ] 响应不泄露内部细节（堆栈跟踪、SQL 错误） - [ ] 命名与现有端点保持一致（camelCase 与 snake_case） - [ ] 已归档（更新了 OpenAPI/Swagger 规范）