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Beherrschen der API-Architektur: Ein umfassender Leitfaden | Astera

27. Februar 2024

Wussten Sie, dass ein durchschnittliches Unternehmen über 1,500 APIs nutzt, um seine digitalen Abläufe voranzutreiben? APIs spielen in der heutigen datengesteuerten Landschaft eine zentrale Rolle. Allerdings wissen nur wenige, welchen Einfluss die API-Architektur auf die Verbesserung der API-Leistung hat.

Was sind APIs?

Eine API oder Anwendungsprogrammierschnittstelle ist eine Softwareschnittstelle, die vorschreibt, wie verschiedene Softwaresysteme miteinander kommunizieren und Daten und Funktionen austauschen. Stellen Sie sich eine API als eine vertragliche Vereinbarung zwischen einem Dienstanbieter und einem Verbraucher vor. Der Anbieter bietet Dienste wie Daten, Funktionen oder Ressourcen an und der Verbraucher greift über die API auf diese Dienste zu.

APIs unterstützen alltägliche Anwendungen und Dienste. Wenn Sie mit Social-Media-Plattformen wie Facebook oder Twitter interagieren, ermöglichen APIs Aktionen wie Posten, Liken und Teilen. APIs erleichtern auch E-Commerce-Erlebnisse auf Plattformen wie Amazon oder eBay und ermöglichen Benutzern das Durchsuchen, Suchen und Durchführen von Transaktionen. Sogar Ihre Interaktionen mit Karten- oder Wetter-Apps umfassen APIs, die den Zugriff auf Standort- und Wetterdaten aus verschiedenen Quellen erleichtern.

Was ist API-Architektur?

Während sich API auf die Schnittstelle bezieht, umfasst die API-Architektur das Entwerfen und Implementieren von APIs. Kurz gesagt: Es ermöglicht die Festlegung, wie die Daten und Funktionen eines Softwaresystems strukturiert, organisiert und verfügbar gemacht werden.

Eine effektive API-Architektur priorisiert die Erstellung wiederverwendbarer und interoperabler Komponenten und konzentriert sich dabei auf die externe Schnittstelle statt auf interne Implementierungsdetails.

Die API-Architektur unterscheidet sich in wesentlichen Aspekten von der traditionellen Softwarearchitektur. Es erfordert eine sorgfältige Berücksichtigung der Bedürfnisse und Erwartungen der API-Konsumenten, die sich häufig von denen der API-Entwickler unterscheiden. Eine API übernimmt mehrere Aufgaben bei der Erleichterung der Kommunikation zwischen einem Softwaresystem und der Außenwelt. Es definiert Eingaben, Ausgaben, Datenformate, Protokolle sowie Authentifizierungs- und Autorisierungsmechanismen.

Ein weit verbreitetes Konzept in der API-Architektur ist der API-First-Ansatz. Dies beinhaltet das Entwerfen und Erstellen von APIs vor der Entwicklung der Anwendungen, die sie verwenden. Dies bringt Vorteile wie einen klaren und konsistenten API-Vertrag, schnellere Entwicklungsprozesse, modulares und wiederverwendbares Design und Unterstützung für eine skalierbare und flexible Architektur.

Allerdings bringt die Implementierung einer API-Architektur Herausforderungen mit sich. Es erfordert ein hohes Maß an Fachwissen, um verschiedene Kommunikationsaspekte wie Sicherheit, Leistung, Zuverlässigkeit und Kompatibilität zu handhaben. Effektive Kommunikation und Zusammenarbeit zwischen API-Entwicklern und Verbrauchern sind entscheidend für die Erfüllung von Erwartungen und Anforderungen.

Eine weitere Herausforderung besteht darin, ein Gleichgewicht zwischen Qualität und Quantität der API zu finden – die API-Architektur muss in der Lage sein, ausreichende Funktionalität und Daten bereitzustellen, ohne die Komplexität zu überfordern.

Schichten der API-Architektur

API-Architekturschichten arbeiten zusammen, um eine umfassende Lösung zu schaffen. Jede Schicht spielt eine eigene Rolle und interagiert über genau definierte Schnittstellen und Protokolle nahtlos mit anderen Schichten.

Datenschicht

Die Datenschicht ermöglicht APIs die Bereitstellung und gemeinsame Nutzung von Daten unter Beibehaltung der Datenqualität, Gewährleistung der Sicherheit und Erleichterung der Skalierbarkeit für verschiedene Anwendungen und Dienste.

Eine Studie ergab dass eine Datenschicht die Datenqualität um bis zu 50 % steigern kann, vor allem durch die Beseitigung von Datendiskrepanzen und Fehlern. Es bietet beispielsweise einen zentralen Punkt für die Datenverwaltung und verringert so die Wahrscheinlichkeit inkonsistenter oder fehlerhafter Daten in verschiedenen Teilen des Systems.

Eine gut gestaltete Datenschicht trennt Daten von der Geschäftslogik- und Präsentationsschicht. Dadurch ist die API-Architektur einfacher zu warten und zu skalieren. Es kann auch Datenzugriffs- und Manipulationsdetails vor den API-Konsumenten verbergen und bietet so eine standardmäßige und konsistente Schnittstelle für Datenoperationen.

Ebenso unterstützt die Datenschicht verschiedene Datenformate und -quellen, sodass Sie verschiedene Datensysteme integrieren und umfangreiche und vielfältige APIs erstellen können. Laut einer Studie kann eine Datenschicht die Effizienz der Datenerfassung um bis zu 40 % steigern, da sie den Bedarf an manueller Codierung und Tests verringert.

Anwendungsschicht

Im Kern der API-Architektur übernimmt die Anwendungsschicht die Berechnung und Verarbeitung von Daten und Logik und prägt die Funktionalität und das Verhalten von APIs und Anwendungen. Hier befinden sich Komponenten wie Microservices, serverlose Funktionen, Geschäftslogik und Algorithmen.

Die Anwendungsschicht nutzt verschiedene Tools wie Node.js, Python und AWS Lambda, um die Gesamtzuverlässigkeit, Skalierbarkeit und Leistung der API-bezogenen Aufgaben und Vorgänge zu verbessern. Node.js und Python optimieren beispielsweise die Verarbeitung eingehender Daten, während AWS Lambda, ein Serverless-Computing-Dienst, zu einer skalierbaren API-Architektur beiträgt.

Integrationsschicht

Als Brücke verbindet und integriert die Integrationsschicht Daten- und Anwendungsschichten mit externen Systemen und Anwendungen. Mechanismen wie API-Gateways, Service Meshes, Message Broker und Event Streams spielen dabei eine entscheidende Rolle:

  • API-Gateways: API-Gateways verwalten eingehende Anfragen an relevante Backend-Dienste basierend auf vordefinierten Regeln. Dadurch wird sichergestellt, dass Benutzer oder andere Dienste auf die richtigen Daten und Funktionalitäten zugreifen. Darüber hinaus tragen API-Gateways zur Gesamtsystemleistung bei, indem sie einen Lastausgleich implementieren und den eingehenden Datenverkehr auf mehrere Server verteilen, um eine Überlastung eines einzelnen Servers zu verhindern.
  • Servicenetze: Service Meshes verwalten die Kommunikation zwischen Microservices innerhalb einer Anwendung. Sie stellen eine Infrastruktur für die Service-zu-Service-Kommunikation bereit und kümmern sich um die Erkennung und Weiterleitung von Diensten.
  • Nachrichtenbroker: Message Broker ermöglichen die asynchrone Kommunikation zwischen verschiedenen Komponenten in einem verteilten System. Sie spielen eine entscheidende Rolle bei der Entkopplung von Erzeugern und Verbrauchern und ermöglichen den unabhängigen Betrieb von Komponenten.
  • Event-Streams: Ereignisströme stellen einen kontinuierlichen Fluss von Ereignissen bereit, die von verschiedenen Komponenten oder Systemen genutzt werden können. Sie ermöglichen Echtzeitkommunikation und ereignisgesteuerte Arbeitsabläufe, sodass Systeme zeitnah auf Änderungen reagieren können.

Interaktionsschicht

Die Interaktionsschicht ist ein wichtiger Bestandteil der API-Architektur, da sie definiert, wie die API mit anderen Systemen und Benutzern kommuniziert. Es stellt die Spezifikationen, Formate, Protokolle und Tools bereit, die den Zugriff, das Verständnis und die effektive Nutzung der API ermöglichen.

Die Interaktionsschicht schafft eine konsistente und einheitliche Möglichkeit, APIs bereitzustellen und zu nutzen, unabhängig von den zugrunde liegenden Technologien oder Plattformen. Dies reduziert die Komplexität und erhöht die Interoperabilität zwischen verschiedenen Systemen und Anwendungen. Es bietet außerdem klare und umfassende Informationen über die Funktionalität, Parameter, Antworten und Fehler der API. Dies hilft Entwicklern und Benutzern, die API richtig und effizient zu erlernen und zu nutzen.

Management-Services-Schicht

Als Gehirn der API-Architektur überwacht die Management-Services-Schicht den Lebenszyklus und die Leistung von APIs und Anwendungen. Diese Dienste umfassen API-Design, Entwicklung, Bereitstellung, Versionierung, Governance, Analyse, Tests und Debugging. Diese Ebene ist maßgeblich an der Bereitstellung der notwendigen Tools und Dienste zum Erstellen, Verwalten und Verbessern von APIs und Anwendungen beteiligt.

In der Entwurfsphase hilft die Management-Services-Schicht bei der Strukturierung von APIs und Anwendungen gemäß Best Practices und Standards. Es erleichtert außerdem die Dokumentation und das Testen von APIs und Anwendungen vor der Bereitstellung. Die Management-Services-Schicht spielt eine entscheidende Rolle bei der Bereitstellung von APIs und Anwendungen in verschiedenen Umgebungen, sei es in der Cloud, vor Ort oder hybrid. Darüber hinaus wird die Skalierbarkeit von APIs und Anwendungen je nach Bedarf und Auslastung sichergestellt.

Sicherheitsdienstschicht

Die Sicherheitsdienstschicht ist für den Schutz der Daten und Kommunikation von APIs und Anwendungen verantwortlich. Es verwendet Mechanismen wie Verschlüsselung, Authentifizierung, Autorisierung, Überwachung und Protokollierung. Protokolle und Standards wie SSL/TLS, OAuth, JWT und API-Schlüssel spielen eine entscheidende Rolle auf der Ebene der Sicherheitsdienste, da sie die Vertraulichkeit, Integrität und Verfügbarkeit von Daten gewährleisten.

Komponenten der API-Architektur

API-Architekturkomponenten bieten spezifische Dienste und Funktionen für APIs und Anwendungen. Das Verständnis dieser Komponenten ist für die sichere und effiziente Erstellung, Verwaltung und Nutzung von APIs von entscheidender Bedeutung. Lassen Sie uns die fünf Schlüsselkomponenten der API-Architektur untersuchen und uns mit ihrem Zweck, ihrer Funktion und ihren Best Practices befassen.

API-Gateway

Das API-Gateway dient als Einstiegspunkt und verwaltet die Anfragen und Antworten zwischen API-Konsumenten und -Anbietern. Das API-Gateway kümmert sich um:

  • Lastverteilung: Verteilen Sie den Datenverkehr auf mehrere Server oder Instanzen, um die Leistung zu verbessern.
  • Zwischenspeichern: Vorübergehendes Speichern von Daten oder Antworten, um Latenz und Backend-Systemlast zu reduzieren.
  • Ratenbegrenzung: Kontrolle der Anzahl der Anfragen, um Überlastung oder Missbrauch zu verhindern.
  • Transformation: Konvertieren von Daten oder Nachrichten, um Kompatibilität und Interoperabilität sicherzustellen.

API-Portal

Das API-Portal fungiert als Schnittstelle und stellt Entwicklern Informationen und Dokumentation zum Entdecken und Nutzen von APIs und Anwendungen bereit. Es bietet:

  • API-Katalog: Ein Verzeichnis verfügbarer APIs mit Beschreibungen, Kategorien und Tags.
  • API-Dokumentation: Eine detaillierte Erläuterung des API-Vertrags, einschließlich Eingaben, Ausgaben, Datenformaten, Protokollen, Authentifizierung, Autorisierung, Fehlern usw.
  • API-Testtools: Tools, mit denen Verbraucher die API-Funktionalität testen und validieren können.
  • API-Client-Bibliotheken: Vorgefertigter Code und Funktionen, die die API-Integration und -Nutzung erleichtern.

API-Management-Plattform

Die API-Managementplattform fungiert als Kontrollzentrum und überwacht den Lebenszyklus und die Leistung von APIs und Anwendungen. Es bietet Dienstleistungen wie:

  • API-Design: Ermöglicht Entwicklern das Erstellen und Definieren des API-Vertrags.
  • API-Entwicklung: Ermöglicht die Implementierung und das Testen der API-Logik und -Funktionalität.
  • API-Bereitstellung: Ermöglicht die Veröffentlichung, Aktualisierung, Versionierung, Bereitstellung und Einführung von APIs und Anwendungen.
  • API-Governance: Durchsetzung und Aufrechterhaltung von Qualität, Konsistenz und Compliance durch Richtlinien, Standards und Richtlinien.

API-Sicherheitsdienste

API-Sicherheitsdienste bilden die Schutzschicht und gewährleisten die Sicherheit und den Schutz von Daten und Kommunikation. Zu den Mechanismen gehören:

  • Verschlüsselung: Transformieren von Daten oder Nachrichten in eine unlesbare Form, um unbefugten Zugriff oder unbefugte Änderungen zu verhindern.
  • Authentifizierung: Überprüfung der Identität von API-Konsumenten oder -Anbietern, um die Glaubwürdigkeit sicherzustellen.
  • Zulassung: Bestimmen von Berechtigungen und Zugriffsrechten, um unbefugte Aktionen einzuschränken.
  • Wirtschaftsprüfung: Aufzeichnen und Verfolgen von Aktivitäten und Ereignissen zur Einhaltung von Regeln und Vorschriften.

Wenn Sie diese Komponenten verstehen, können Sie sich in den Feinheiten der API-Architektur zurechtfinden und so eine sichere und effiziente API-Verwaltung für Ihre Projekte ermöglichen.

Wie entwerfe ich eine API-Architektur?

Schritt 1: Definieren Sie die Ziele und Anforderungen der API-Architektur

Beginnen Sie mit der Definition der Ziele und Anforderungen Ihrer API-Architektur. Führen Sie eine gründliche Analyse des Problembereichs durch und beziehen Sie dabei relevante Stakeholder wie Entwickler, Kunden, Partner und Manager mit ein. Dokumentieren Sie die Ziele und Anforderungen klar und prägnant und nutzen Sie dazu Tools wie User Stories, Use Cases oder Spezifikationen.

Schritt 2: Wählen Sie den richtigen API-Stil und das richtige Format

Wählen Sie den API-Stil und das Format aus, die den Zielen und Anforderungen Ihres Projekts am besten entsprechen. Erwägen Sie Optionen wie REST, GraphQL, gRPC oder SOAP, jede mit unterschiedlichen Vor- und Nachteilen. Wählen Sie basierend auf Ihren Daten und Anwendungseigenschaften. Zum Beispiel GraphQL für Flexibilität, gRPC für Geschwindigkeit und Effizienz oder REST für Einfachheit und Standardisierung.

Schritt 3: Implementieren Sie Best Practices für das API-Design

Halten Sie sich an die Prinzipien des API-Designs, um eine qualitativ hochwertige, benutzerfreundliche und wartbare API zu erstellen. Berücksichtigen Sie Prinzipien wie Einfachheit, Konsistenz, Benutzerfreundlichkeit, Modularität, Zuverlässigkeit, Sicherheit und Testbarkeit.

  • Einfache Bedienung: Vermeidung von Komplexität und Verwirrung durch eine logische Struktur, konsistente Benennung und minimale Endpunkte und Parameter.
  • Gleichmäßigkeit: Beibehaltung des gleichen Formats, Protokolls und Stils für alle Aspekte der API, wie Endpunkte, Parameter, Antworten und Fehler.
  • Intuitive Bedienung: Bereitstellung einer klaren und genauen Dokumentation sowie von Tools und Methoden zum Testen und Debuggen, um die Benutzer- und Entwicklererfahrung zu verbessern.
  • Modularität: Ermöglicht eine einfache Integration und Erweiterung durch die Aufteilung von Belangen in kleinere, unabhängige und lose gekoppelte Komponenten.
  • Zuverlässigkeit: Gewährleistung von Stabilität und konsistenter Leistung durch hohe Verfügbarkeit und Fehlertoleranz.
  • Sicherheit: Schutz der Daten und Kommunikation der API und ihrer Benutzer durch den Einsatz starker Verschlüsselungs-, Authentifizierungs- und Autorisierungsmechanismen.
  • Testbarkeit: Überprüfung der Qualität und Korrektheit der API durch eine klare und messbare Spezifikation und durch die Durchführung umfassender und automatisierter Tests.

Schritt 4: Dokumentieren und testen Sie die APIs

Dokumentation und Tests sind entscheidende Aspekte beim Entwurf der API-Architektur. Erstellen und pflegen Sie umfassende Dokumentationen mit Spezifikationen und Tools wie OpenAPI, Swagger oder Postman. Testen Sie die API auf Funktionalität, Leistung, Kompatibilität und Sicherheit mit zuverlässigen Tools und Frameworks, zum Beispiel Mocha, Chai, Jest oder Supertest.

Schritt 5: Implementieren Sie API-Sicherheits- und Governance-Richtlinien

Implementieren Sie Sicherheits- und Governance-Richtlinien, um die API zu schützen und zu verwalten. Verwenden Sie aus Sicherheitsgründen Mechanismen wie OAuth, JWT, HTTPS oder SSL. Steuern Sie die API durch Überwachung, Versionierung und Lebenszyklusverwaltung. Tools wie Prometheus, Grafana, semantische Versionierung und CI/CD-Methoden helfen bei der Umsetzung dieser Richtlinien.

Schritt 6: Überwachen und optimieren Sie die API-Leistung und -Qualität

Überwachen und optimieren Sie kontinuierlich die API-Leistung und -Qualität. Nutzen Sie Metriken aus Überwachung, Tests und Benutzerfeedback, um Probleme zu identifizieren und zu beheben, wie zum Beispiel:

  • Fehler: Die Überwachung und Optimierung der API-Leistung und -Qualität kann dabei helfen, Fehler zu erkennen und zu beheben und sicherzustellen, dass die API korrekt und zuverlässig funktioniert.
  • Latency: Latenz kann sich auf die Benutzererfahrung und die Leistung der abhängigen Anwendungen und Dienste auswirken. Die Überwachung und Optimierung der API-Leistung und -Qualität kann dazu beitragen, die Latenz zu reduzieren und zu verbessern und sicherzustellen, dass die API schnell und reibungslos reagiert.
  • Sicherheitslücken: Sicherheitslücken können durch verschiedene Faktoren verursacht werden, wie z. B. schlechtes Design, fehlende Verschlüsselung, schwache Authentifizierung oder veraltete Abhängigkeiten. Die Überwachung und Optimierung der API-Leistung und -Qualität kann dazu beitragen, Sicherheitslücken zu erkennen und zu verhindern und so sicherzustellen, dass die API sicher und geschützt ist.

Implementieren Sie Best Practices wie Caching, Komprimierung, Paginierung und Drosselung und holen Sie Feedback von Benutzern und Stakeholdern ein, um die Funktionalität und Benutzerfreundlichkeit der API zu verbessern.

Vereinfachtes API-Architekturdesign mit No-Code

Die API-Architektur ist die Grundlage moderner digitaler Unternehmen. Es ermöglicht Daten- und Anwendungsintegration, Innovation, Skalierbarkeit und Sicherheit über verschiedene Plattformen und Systeme hinweg. Mit der API-Architektur können Sie modulare und wiederverwendbare Lösungen erstellen, die Ihren Geschäftsanforderungen und -zielen entsprechen.

Das Entwerfen und Verwalten der API-Architektur kann jedoch herausfordernd und zeitaufwändig sein. Sie müssen verschiedene Aspekte wie Datenqualität, Leistung, Sicherheit, Compliance und Tests berücksichtigen. Sie müssen auch die richtigen Tools und Technologien auswählen, die Ihren Anforderungen und Vorlieben entsprechen.

Aus diesem Grund benötigen Sie ein No-Code-API-Verwaltungstool wie Astera. Astera ist eine leistungsstarke und benutzerfreundliche Plattform, die Sie beim Entwerfen, Sichern, Veröffentlichen und Bereitstellen von APIs vor Ort, in der Cloud oder in Hybridumgebungen unterstützt. Mit Astera, Sie können:

  • Erstellen Sie APIs mithilfe einer Drag-and-Drop-Schnittstelle oder vorgefertigten Vorlagen
  • Transformieren Sie Daten mithilfe integrierter Funktionen oder benutzerdefinierter Logik
  • Validieren Sie Daten mithilfe erweiterter Datenprofilierungsfunktionen
  • Automatisieren Sie Arbeitsabläufe mithilfe von Jobplanungsfunktionen
  • Überwachen Sie die Leistung mithilfe von Echtzeit-Dashboards und -Berichten
  • Sichere APIs mithilfe von Verschlüsselungs-, Authentifizierungs-, Autorisierungs- und Prüffunktionen
  • Veröffentlichen Sie APIs mithilfe von RESTful- oder SOAP-Protokollen
  • Stellen Sie APIs auf jeder Plattform oder Umgebung bereit

Astera ist die ultimative Lösung für das API-Architekturdesign. Es vereinfacht den komplexen Prozess der Erstellung und Verwaltung von APIs, ohne eine einzige Codezeile schreiben zu müssen.

API-Architektur

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Autoren:

  • Fasih Khan
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