在互联互通的数字环境中，软件应用通过多层应用程序编程接口（API）进行通信。对于负责管理大型复杂系统的架构师而言，转向API优先战略已不再是可选项，而是提供具有弹性、可扩展性和创新性的数字体验的基础。这种方法确保API被视为一等公民，将其定位为整个软件开发生命周期的基本起点。
作为一名经历过众多现代化举措的架构师，我亲眼目睹了忽视API优先原则会导致系统脆弱不堪，并积累大量技术债务。我们必须摒弃将API视为事后考虑（仅仅是现有数据库结构的包装）的做法，转而采用以设计为导向的API优先策略。
API优先到底意味着什么？
"API优先"是在开发代码之前定义和设计API的做法，确保它们成为系统所有组件的核心契约。在实际操作中，这意味着API先于用户界面设计或软件应用程序的任何其他组件构建。这与过时的"代码优先"方法形成鲜明对比，在"代码优先"方法中，先编写代码逻辑，后进行API设计，这会导致接口不一致和集成难题。
在API优先模式中，流程始于定义详细的API契约（通常使用OpenAPI规范），其中概述了端点、方法、参数和预期响应。该契约作为单一事实来源，促进技术团队和业务利益相关者之间的一致性和协调性。
人工智能时代的内在必要性
在内部采用API优先战略至关重要，因为API是连接解耦的模块化服务的支柱，而这一要求在人工智能时代变得更为迫切。大型语言模型（LLMs）和人工智能智能体完全依赖强大的API来访问数据、触发操作以及与外部系统进行交互。
为了让人工智能智能体能够自主运行，它们需要简洁、可发现且文档完善的应用程序接口（API）。如果你的内部环境存在不受控制、缺乏管理的API激增现象（也称为API蔓延），那么负责任地扩展人工智能计划将极具挑战性。因此，API治理和标准化必须通过提供丰富的元数据、清晰的语义描述和结构化的错误响应，来解决为自主消费设计API的问题。
核心优势：治理、开发者体验（DX）以及迈向AI就绪的路径
"API优先开发"为业务、组织结构和技术格局带来了深远的益处。让我们来回顾一下解决方案架构师采用API优先方法后有望获得的一些关键成果。
加快上市时间
一旦契约敲定，团队就可以并行开发前端和后端组件，从而消除顺序开发中固有的瓶颈。
增强的开发者体验
开发者体验（DX）的优先级体现在提供可靠、一致的API，辅以清晰的文档和可预测的行为，从而降低内部和外部使用者的学习难度。
改进的技术治理
安全和合规规则在设计阶段就预先定义好了，这减少了昂贵的返工，并支持在整个持续集成和持续交付（CI/CD）管道中进行自动化检查。
增强的可扩展性和可复用性
对模块化的重视促进了模块化API组件在各个项目中的复用，加快了新应用的开发速度，并确保系统的构建能够应对高负载。
AI就绪度
应用程序编程接口（APIs）提供了训练和部署可靠的机器学习模型以及与人工智能智能体有效交互所必需的结构化数据格式和清晰的语义约定。
API优先成功的架构最佳实践
架构师必须确保其基本设计选择符合最佳实践，摒弃传统风格，转向统一的、以开发者为中心的界面。让我们回顾一下架构师应采取的一些具体步骤，以确保其API优先策略取得成功。
采用设计优先方法
良好的API优先策略的基础是遵循设计优先方法，即在编写任何代码之前先创建并审查API规范。利益相关者、开发人员和测试人员必须在早期阶段达成一致，理想情况下应利用OpenAPI等工具来规范契约。这种契约驱动的开发降低了架构风险，并确保了以客户为中心的API。
掌握RESTful设计原则
对于如今仍占主导地位的RESTful API，必须遵循一些关键原则。
- 资源和URL：资源应为名词，对于集合通常使用复数形式（例如，/vehicles表示车辆列表）。URL应简洁明了，并能反映所访问的实体。
- HTTP方法 ：使用标准的HTTP动词（GET、POST、PUT、DELETE）来定义对资源执行的特定操作（CRUD），不要在URL中包含动词。
- GET：读取或检索信息。
- POST：创建新资源。
- PUT/PATCH：更新或修改现有资源。
- DELETE：删除资源。
- 状态码：返回正确的HTTP状态码，为开发人员提供清晰的反馈。这能确保客户端了解结果是成功（2xx）、客户端错误（4xx）还是服务器问题（5xx）。
战略性版本控制
由于API是长期存在的，因此必须谨慎处理破坏性变更。从一开始就采用完善的版本控制策略至关重要。
- 提前规划：从一开始就实施版本控制策略，以管理未来的变更并确保向后兼容性。
- 方法：基于URI的版本控制（例如，/api/v1/vehicles）通常被认为是最简单且最常见的方法，允许客户端逐步迁移。
- API生命周期管理：应持续跟踪API版本变更，并向使用者清晰传达，记录版本间的具体变更。停用旧版本时，确保规划好适当的弃用流程。
从传统样式迁移
在处理像SOAP或单体架构这样的旧系统时，API网关扮演着关键的现代化桥梁角色。它无需强制对系统进行全面重写，而是可以：
- 呈现现代化外观：接收来自客户端的现代化RESTful请求（使用JSON负载）。
- 转换协议：在将请求路由到遗留后端之前，在内部转换请求负载和协议（例如将JSON转换为XML/SOAP）。
- 返回清晰的响应：将旧版响应转换为客户端适用的清晰、现代格式，例如将XML/SOAP转换为JSON。
安全层：从设计到运行时保护资产
API安全必须整合到软件开发生命周期的每个阶段。忽视安全性会使无处不在的API成为数据泄露的主要攻击载体。
规避风险：身份验证与授权
为降低与API相关的漏洞风险，为API设置充分的访问控制至关重要，无论这些API是内部的、合作伙伴的还是面向公众的。因此，API优先策略需要适当的身份验证、细粒度的授权以及基于令牌的架构。
强身份验证（AuthN）
验证访问API的用户或系统的身份。避免仅使用简单的API密钥，尤其是在不安全的情况下，并且绝不要通过纯HTTP使用基本身份验证。
授权（AuthZ）
精确确定已认证实体被允许执行的操作。这通过遵循最小权限原则的访问控制机制来实施。
采用标准
使用行业标准框架，如OAuth 2.0（用于委托和授权）和OpenID Connect（OIDC）（用于身份验证）。
使用JWT
JSON Web令牌（JWT）作为自包含的、经过加密签名的承载令牌是更受青睐的，它们嵌入了关于用户的声明。这些声明通常包括身份信息、权限和过期详情。
细粒度控制
实施基于角色的访问控制（RBAC），按工作职能对权限进行分组。对于复杂的、具有上下文感知的授权，可使用基于属性的访问控制（ABAC），它会动态评估属性（用户身份、资源类型、时间、位置）以授予或拒绝访问权限。
缓解常见威胁
为了缓解与API相关的威胁，还需要采取一些其他策略，这些策略被视为最佳实践。其中包括输入验证、过滤、速率限制等。
输入验证与净化
使用API网关或验证器来实施模式（例如OpenAPI或JSON Schema），并在格式错误的输入或恶意负载到达后端之前将其拒绝。这有助于防止注入攻击，正如OWASP十大列表中提到的，注入攻击是Web应用程序安全风险中的常见风险。
响应过滤
实施响应过滤，以确保API仅返回必要的数据，并屏蔽内部细节（如冗长的堆栈跟踪或个人身份信息（PII）），从而保护机密性。这种安全漏洞在2019年OWASP列表中关于API特定风险的部分被描述为过度数据暴露。
速率限制和流量控制
控制客户端在设定时间范围内可以进行的API调用次数，以防止滥用、资源耗尽和分布式拒绝服务（DDoS）攻击。在OWASP 2023年的API风险列表中，这一漏洞被描述为无限制的资源消耗。
传输层安全（TLS）
使用HTTPS并要求TLS 1.2或更高版本来加密所有数据在客户端和API服务器之间传输，防止数据被拦截，这是确保机密性和完整性的基础。
威胁建模
在API设计阶段及早主动识别潜在的安全问题和攻击向量，在开发开始前嵌入应对措施。这将安全左移，提前防范诸如访问控制失效之类的问题。
技术支柱：现代API生态系统的工具
一个强大的API优先策略依赖于一套统一的技术来管理、治理和观察广阔的API领域。
API网关与管理
API网关是API流量的关键单一入口点。其职责包括负载均衡、处理TLS终止、执行安全策略、管理速率限制以及将请求路由到正确的微服务。
此API网关运行时执行由更广泛的API管理系统管理，该系统监督整个API生命周期，提供监控、版本控制和发布功能。为了实现弹性和扩展，在负载均衡器后面的集群中部署网关对于高可用性至关重要。
身份与访问管理（IAM）和密钥管理器
IAM 基础设施通常集成 OAuth 2.0 和 OIDC，集中处理身份验证和权限管理。平台必须支持访问委派的复杂性、验证 JWT，并提供工具在网关层实施如 RBAC 或 ABAC 之类的细粒度访问控制。
可观测性与监控
为确保分布式系统的可靠性和性能，可观测性至关重要。这不仅限于监控预定义的指标，还包括主动诊断问题的原因和方式。
- 指标和日志：跟踪定量数据（响应时间、错误率、使用率），并使用集中化和分析工具维护请求和事件的详细日志。
- 分布式追踪：这对微服务至关重要，追踪会跨所有参与服务跟踪单个请求的端到端流程，并提供带时间戳的跨度，以快速定位延迟瓶颈和故障的根本原因。
为人工智能做准备：人工智能网关
随着智能体人工智能的兴起，一种专门的工具------人工智能网关正在应运而生。它扩展了传统API网关的功能，专门用于人工智能工作负载。
AI网关管理与大型语言模型和智能体的交互，重点关注诸如控制令牌消耗以进行成本管理、将请求路由到最合适的AI模型、语义缓存以及实施提示防护措施以防止注入攻击或敏感数据泄露（个人身份信息清理）等功能。这确保了AI系统符合企业规范和法规遵从性。
现实世界架构：来自行业领导者的经验教训
API优先的成功已在多个不同行业得到证实。以下是我们见证API驱动策略真正大放异彩的一些领域。
金融科技与开放银行
像Stripe这样的公司采用了纯API模式，设计了一个以开发者为中心的平台，实现了在线支付的快速、可扩展集成，从而带来了爆炸性的收入增长（2018年至2020年间增长了429%）。全球范围内的开放银行计划强制要求通过API访问金融数据，并要求严格遵守诸如金融级API（FAPI）等标准以保护高价值交易。
零售与电子商务
亚马逊著名的贝佐斯API指令强制推行内部模块化，要求所有团队通过可外部化的服务接口开放数据和功能，为其全球规模的云服务奠定了基础。现代零售平台利用API执行复杂操作，例如实时个性化、跨渠道库存管理以及通过动态微服务扩展应对大规模流量峰值。
医疗互操作性
快速医疗保健互操作性资源（FHIR）标准提供了一个模块化、基于REST的API框架，用于交换离散的医疗保健数据项。这种标准化至关重要，因为它建立了构建可靠、支持人工智能的医疗保健生态系统所需的语义一致性和结构化数据模型。
战略要务：通过API优先设计确保未来增长
对API优先战略的投入，是现代企业在数字经济中获得竞争优势和持续盈利能力的最明确途径。将重点从仅仅交付功能转向尽早定义完善的API契约，从根本上改变了软件开发生命周期的结果。
加速创新并实现收入最大化
采用API优先的方法可以直接转化为显著的财务成功。通过将API视为可扩展的产品，而非项目的事后想法，企业能够扩大市场覆盖范围、吸引新的合作，并建立新的收入来源。成功的模式包括实施基于使用量的分层定价或订阅计划，使企业能够有效地通过API实现盈利。
从架构角度而言，API优先的方法极大地加快了功能交付速度和上市时间，最终，采用这种方法构建的API增强了灵活性和原生可扩展性，确保应用生态系统能够为未来的增长做好准备。
提升质量、治理和开发者体验
对于软件架构师而言，主要的技术优势在于确保整个API组合的一致性和质量。首先定义规范可保证各端点的统一性，并简化治理流程。
此外，API优先策略本身就融入了设计安全理念，这促使在流程早期就确定认证、授权和其他合规规则。尽早识别潜在的设计缺陷和安全问题，可以降低开发周期后期系统返工的复杂性和高昂成本。
以人类为中心的优势主要集中在开发者体验上。API优先设计培育出直观的、自助式的API，并辅以根据API定义自动生成的清晰、全面的文档。这大大降低了新开发者的学习曲线，并通过提供标准化的错误处理以及在开发生命周期早期针对模拟API进行测试的能力，提高了工作效率。
为什么架构师应该采用API优先策略
总之，采用API优先方法的决定体现了对架构韧性和卓越运营的承诺。如今践行这一原则的组织，将最有能力在未来高度互联、由API驱动的世界中蓬勃发展，降低因复杂性带来的风险，并持续创新。