API 设计模式

API 设计模式 是做什么的？

用于设计一致、开发者友好的 REST API 的惯例和最佳实践。

何时激活

• 设计新的 API 端点
• 审查现有的 API 合同
• 添加分页、过滤或排序
• 实现 API 的错误处理
• 规划 API 版本控制策略
• 构建面向公众或合作伙伴的 API

资源设计

URL 结构

# 资源是名词、复数、小写、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

# 用于关系的子资源
GET    /api/v1/users/:id/orders
POST   /api/v1/users/:id/orders

# 不映射到 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

# 良好
/api/v1/team-members          # 多词资源使用 kebab-case
/api/v1/orders?status=active  # 用于过滤的查询参数
/api/v1/users/123/orders      # 用于所有权的嵌套资源

# 不佳
/api/v1/getUsers              # URL 中使用动词
/api/v1/user                  # 单数（应使用复数）
/api/v1/team_members          # URL 中使用蛇形命名
/api/v1/users/123/getOrders   # 嵌套资源中使用动词

HTTP 方法和状态码

方法语义

方法	幂等	安全	用途
GET	是	是	检索资源
POST	否	否	创建资源、触发操作
PUT	是	否	完全替换资源
PATCH	否*	否	部分更新资源
DELETE	是	否	删除资源

*PATCH 可以通过适当的实现实现幂等

状态码参考

# 成功
200 OK                    — GET, PUT, PATCH（带有响应体）
201 Created               — POST（包含 Location 头）
204 No Content            — DELETE, PUT（无响应体）

# 客户端错误
400 Bad Request           — 验证失败、JSON 格式错误
401 Unauthorized          — 缺少或无效的身份验证
403 Forbidden             — 已通过身份验证但未授权
404 Not Found             — 资源不存在
409 Conflict              — 重复条目、状态冲突
422 Unprocessable Entity  — 语义上无效（有效的 JSON，错误的数据）
429 Too Many Requests     — 超过速率限制

# 服务器错误
500 Internal Server Error — 意外失败（切勿暴露详细信息）
502 Bad Gateway           — 上游服务失败
503 Service Unavailable   — 临时过载，包含 Retry-After 头

常见错误

# 不佳：200 用于所有情况
{ "status": 200, "success": false, "error": "未找到" }

# 良好：语义化使用 HTTP 状态码
HTTP/1.1 404 Not Found
{ "error": { "code": "not_found", "message": "用户未找到" } }

# 不佳：500 用于验证错误
# 良好：400 或 422，并附带字段级别的详细信息

# 不佳：200 用于已创建的资源
# 良好：201，并附带 Location 头
HTTP/1.1 201 Created
Location: /api/v1/users/abc-123

响应格式

成功响应

{
  "data": {
    "id": "abc-123",
    "email": "[email protected]",
    "name": "爱丽丝",
    "created_at": "2025-01-15T10:30:00Z"
  }
}

集合响应（带分页）

{
  "data": [
    { "id": "abc-123", "name": "爱丽丝" },
    { "id": "def-456", "name": "鲍勃" }
  ],
  "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

{
  "error": {
    "code": "validation_error",
    "message": "请求验证失败",
    "details": [
      {
        "field": "email",
        "message": "必须是有效的电子邮件地址",
        "code": "invalid_format"
      },
      {
        "field": "age",
        "message": "必须在 0 到 150 之间",
        "code": "out_of_range"
      }
    ]
  }
}

响应包装变体

// 选项 A：带有数据包装器的信封（推荐用于公共 API）
interface ApiResponse<T> {
  data: T;
  meta?: PaginationMeta;
  links?: PaginationLinks;
}

interface ApiError {
  error: {
    code: string;
    message: string;
    details?: FieldError[];
  };
}

// 选项 B：扁平响应（更简单，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 状态码区分

分页

基于偏移量（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： 在大偏移量时性能慢 (OFFSET 100000)，并发插入时数据不一致

基于游标（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;  -- 多获取一条以确定 has_next

{
  "data": [...],
  "meta": {
    "has_next": true,
    "next_cursor": "eyJpZCI6MTQzfQ"
  }
}

优点： 无论位置如何，性能始终如一，并发插入时稳定 缺点： 无法跳转到任意页面，游标不透明

何时使用哪种

使用场景	分页类型
管理仪表板、小数据集（<10K）	偏移量
无限滚动、信息流、大数据集	游标
公共 API	游标（默认）并可选支持偏移量
搜索结果	偏移量（用户期望页码）

过滤、排序和搜索

过滤

# 简单相等
GET /api/v1/orders?status=active&customer_id=abc-123

# 比较运算符（使用方括号表示法）
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（点表示法）
GET /api/v1/orders?customer.country=US

排序

# 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

# 搜索查询参数
GET /api/v1/products?q=无线+耳机

# 特定字段搜索
GET /api/v1/users?email=alice

稀疏字段集

# 仅返回指定字段（减少负载）
GET /api/v1/users?fields=id,name,email
GET /api/v1/orders?fields=id,total,status&include=customer.name

身份验证和授权

基于令牌的身份验证

# Bearer 令牌在 Authorization 头中
GET /api/v1/users
Authorization: Bearer eyJhbGciOiJIUzI1NiIs...

# API 密钥（用于服务器到服务器）
GET /api/v1/data
X-API-Key: sk_live_abc123

授权模式

// 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

头部

HTTP/1.1 200 OK
X-RateLimit-Limit: 100
X-RateLimit-Remaining: 95
X-RateLimit-Reset: 1640000000

# 超过限制时
HTTP/1.1 429 Too Many Requests
Retry-After: 60
{
  "error": {
    "code": "rate_limit_exceeded",
    "message": "超过速率限制。请在 60 秒后重试。"
  }
}

速率限制层级

层级	限制	窗口	使用场景
匿名	30/分钟	每 IP	公共端点
已认证	100/分钟	每用户	标准 API 访问
高级	1000/分钟	每 API 密钥	付费 API 计划
内部	10000/分钟	每服务	服务间通信

版本控制

URL 路径版本控制（推荐）

/api/v1/users
/api/v2/users

优点： 明确、易于路由、可缓存 缺点： URL 在不同版本之间变化

头部版本控制

GET /api/users
Accept: application/vnd.myapp.v2+json

优点： URL 干净 缺点： 难以测试、容易忘记

版本控制策略

1. 从 /api/v1/ 开始——在需要之前不要版本化
2. 最多维护两个活跃版本（当前 + 上一个）
3. 弃用时间线：
   - 宣布弃用（公共 API 提前 6 个月通知）
   - 添加 Sunset 头：Sunset: Sat, 01 Jan 2026 00:00:00 GMT
   - 在弃用日期后返回 410 Gone
4. 非破坏性更改不需要新版本：
   - 向响应添加新字段
   - 添加新的可选查询参数
   - 添加新端点
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

TypeScript (Next.js API Route)

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: "请求验证失败",
        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)

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)

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 设计清单

在发布新端点之前：

• 资源 URL 遵循命名约定（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（不全是 200）
• 使用模式验证输入（Zod、Pydantic、Bean Validation）
• 错误响应遵循标准格式，包含代码和消息
• 为列表端点实现了分页（游标或偏移量）
• 要求身份验证（或明确标记为公共）
• 检查了授权（用户只能访问自己的资源）
• 配置了速率限制
• 响应不会泄露内部细节（堆栈跟踪、SQL 错误）
• 与现有端点命名一致（camelCase vs snake_case）
• 已记录（更新了 OpenAPI/Swagger 规范）