پروتکل‌های پیشرفته API

در این فصل با پروتکل‌های پیشرفته‌تر API آشنا می‌شویم که فراتر از REST و SOAP عمل می‌کنند. این پروتکل‌ها برای سناریوهای خاصی مانند ارتباط بلادرنگ، پیام‌رسانی سبک، و کوئری‌های انعطاف‌پذیر طراحی شده‌اند: gRPC، WebSocket، WebHook، MQTT، AMQP و GraphQL.

gRPC) Google Remote Procedure Call)

تماس رویه از راه دور (RPC) چیست؟

RPC یا Remote Procedure Call یک ارتباط بین فرایندی است که در آن یک برنامه کامپیوتری رویه ای (عملکرد یا روش) را برای اجرا در فضای آدرسی متفاوت از فضای خود فراخوانی می کند. RPC این توهم را به کلاینت می دهد که یک متد محلی را فراخوانی می کند، اما در واقع، متدی را در یک ماشین راه دور فراخوانی می کند که وظایف لایه شبکه را انتزاع می کند. RPC از یک پروتکل درخواست-پاسخ (مدل کلاینت-سرور) پیروی می کند. شکل زیر چرخه عمر RPC را نشان می دهد.

پیاده سازی های مختلفی از RPC ها وجود دارد. آن ها هستند:

1. gRPC (Google)

2. Thrift (فیس بوک)

3. Finagle (توئیتر)

شناخته شده ترین فریم ورکی که یک RPC می سازد gRPC است. gRPC مانند Docker و Kubernetes بخشی از Cloud Native Computing Foundation است. RPC مخفف فراخوانی روش از راه دور است.

• Unary RPC که در آن مشتری یک درخواست واحد را به سرور ارسال می کند و یک پاسخ را دریافت می کند.

• Server Stream RPC که در آن مشتری درخواستی را به سرور ارسال می کند و جریانی از پاسخ ها را دریافت می کند.

• Client Stream RPC که در آن مشتری یک سری پیام را به سرور ارسال می کند، که سپس یک پاسخ را برمی گرداند.

• Bidirectional RPC که در آن هر دو طرف جریانی از پیام ها را به یکدیگر ارسال می کنند.

gRPC، مخفف Google Remote Procedure Call، یک پروتکل ارتباطی منبع باز است که توسط Google توسعه یافته است. این طراحی شده است تا ارتباط کارآمد و کم تأخیر بین خدمات در یک سیستم توزیع شده را امکان پذیر کند. gRPC از HTTP/2 برای انتقال، (Protocol Buffers (protobufs به عنوان زبان توصیف رابط خود استفاده می‌کند و ویژگی‌هایی مانند احراز هویت، تعادل بار و غیره را ارائه می‌دهد. این به ویژه برای معماری های میکروسرویس که در آن عملکرد و مقیاس پذیری بسیار مهم است، مناسب است.

اصول اصلی gRPC

بر اساس HTTP/2: gRPC از HTTP/2 برای انتقال استفاده می‌کند که امکان جریان‌های چندگانه را در یک اتصال واحد فراهم می‌کند. این امر منجر به کاهش تاخیر و افزایش کارایی در ارتباط بین سرویس ها می شود.

بافرهای پروتکل: gRPC از بافرهای پروتکل استفاده می‌کند، یک مکانیسم خنثی برای زبان، خنثی از پلتفرم، و قابل توسعه برای سریال‌سازی داده‌های ساخت‌یافته. این انتخاب از نظر کارایی و سادگی نسبت به JSON یا XML که معمولاً در API های RESTful استفاده می شوند، مزایایی را ارائه می دهد.

قراردادهای قوی تایپ شده: با gRPC، قراردادهای خدمات با استفاده از فایل های .proto تعریف می شوند. این یک سطح API با تایپ قوی را تضمین می کند که در آن ساختار داده ها و قابلیت های سرویس به وضوح مشخص شده است.

gRPC یک انتخاب ایده آل در سناریوهایی است که:

• تأخیر کم و توان عملیاتی بالا مورد نیاز است: استفاده از HTTP/2 و بافرهای پروتکل، gRPC را بسیار کارآمد و سریع می کند، که برای میکروسرویس هایی که به طور مکرر ارتباط برقرار می کنند یا حجم زیادی از داده را مدیریت می کنند، بسیار مهم است.

• سازگاری بین زبانی مورد نیاز است: gRPC از طیف گسترده ای از زبان های برنامه نویسی پشتیبانی می کند و ایجاد سیستم هایی متشکل از اجزای نوشته شده به زبان های مختلف را آسان می کند.

• قراردادهای سختگیرانه API مفید هستند: ماهیت قوی تایپ شده API های gRPC به تشخیص زودهنگام مشکلات کمک می کند و ارتباط واضح تر بین بخش های مختلف یک سیستم را تسهیل می کند.

• مزایای gRPC
  • عملکرد: استفاده gRPC از HTTP/2 و بافرهای پروتکل منجر به بارهای کوچکتر و ارتباطات سریعتر می شود.
  • قابلیت همکاری: پشتیبانی gRPC از زبان های برنامه نویسی متعدد، قابلیت همکاری را در یک اکوسیستم میکروسرویس ارتقا می دهد.
  • پشتیبانی جریان: پشتیبانی درجه یک gRPC برای استریم برای ارتباطات بلادرنگ و انتقال داده های بزرگ ایده آل است.

• ملاحظات مربوط به gRPC
  • پشتیبانی مرورگر: gRPC-Web، گونه‌ای از gRPC، به دلیل پشتیبانی محدود مرورگر از ویژگی‌های HTTP/2 مورد استفاده توسط gRPC، برای تعامل با برنامه‌های کاربردی وب مورد نیاز است.
  • پیچیدگی عملیاتی: ماهیت باینری پیام‌های gRPC و استفاده از HTTP/2 ممکن است پیچیدگی‌های عملیاتی را ایجاد کند، مانند نیاز به ابزار خاصی برای اشکال‌زدایی و نظارت.
  • منحنی یادگیری: پذیرش gRPC مستلزم آشنایی با بافرهای پروتکل و خود چارچوب gRPC است که ممکن است در مقایسه با APIهای JSON/REST منحنی یادگیری را ارائه دهد.

نمونه ای از سرویس gRPC

تعریف سرویس gRPC شامل مشخص کردن روش های سرویس و نوع درخواست و پاسخ آنها در یک فایل .proto است. در اینجا یک مثال ساده آورده شده است:

syntax = “proto3”;

package example;

// The greeting service definition.

service Greeter {

// Sends a greeting

unary SayHello (HelloRequest) returns (HelloReply) {}

}

// The request message containing the user’s name.

message HelloRequest {

string name = 1;

}

// The response message containing the greetings

message HelloReply {

string message = 1;

}

این فایل .proto یک سرویس Greeter را با روش SayHello تعریف می‌کند و نشان می‌دهد که چگونه gRPC اجازه می‌دهد تا مشخصات API واضحی را ارائه دهد.

gRPC یک رویکرد قوی و با کارایی بالا برای ساختن سیستم‌ها و ریزسرویس‌های توزیع‌شده ارائه می‌دهد که با تایپ قوی، رمزگذاری داده‌های کارآمد و پشتیبانی از زبان گسترده پشتیبانی می‌شود. در حالی که پیچیدگی‌های عملیاتی و یادگیری خاصی را به همراه دارد، مزایای آن از نظر عملکرد و مقیاس‌پذیری، آن را به انتخابی قانع‌کننده برای بسیاری از موارد استفاده می‌کند، به‌ویژه در مواردی که تأخیر کم و کارایی بالا در اولویت هستند. مانند هر تصمیم دیگری در زمینه فناوری، مناسب بودن gRPC باید در زمینه الزامات پروژه و قابلیت‌های زیرساختی خاص ارزیابی شود.

وب سوکت

WebSocket یک پروتکل ارتباطی است که کانال های ارتباطی تمام دوبلکس را از طریق یک اتصال TCP با عمر طولانی فراهم می کند. WebSocket که به عنوان بخشی از مشخصات HTML5 ایجاد شده است، مرورگرها و سرورها را قادر می سازد تا داده ها را بدون سربار و محدودیت های مرتبط با اتصالات HTTP سنتی مبادله کنند. این باعث می‌شود WebSocket مخصوصاً برای برنامه‌های بلادرنگی که به تأخیر کم نیاز دارند، مانند سیستم‌های چت زنده، بازی‌ها و پلتفرم‌های معاملات مالی، مناسب باشد.

ویژگی های اصلی WebSocket

ارتباطات Full-Duplex: بر خلاف HTTP، که در آن ارتباطات معمولاً توسط مشتری آغاز می شود، WebSocket به مشتری و سرور اجازه می دهد تا داده ها را به طور مستقل و همزمان ارسال کنند.

Single Connection: هنگامی که یک اتصال WebSocket برقرار شد، باز می ماند و اجازه می دهد تا داده ها در همان اتصال به عقب و جلو ارسال شوند و تاخیر و سربار کاهش یابد.

کارآمد: WebSocket نیاز به باز کردن و بستن مکرر اتصالات را برطرف می کند، همانطور که در مکانیسم های نظرسنجی HTTP معمول است، و آن را برای به روز رسانی داده های بلادرنگ کارآمدتر می کند.

سازگاری: WebSocket برای کار بر روی پورت های وب استاندارد (80 و 443) طراحی شده است که به جلوگیری از مشکلات فایروال و پروکسی که می تواند بر پورت های غیر استاندارد تأثیر بگذارد کمک می کند.

چه زمانی از WebSocket استفاده کنیم؟

WebSocket در سناریوهایی می درخشد که نیاز به به روز رسانی داده ها در زمان واقعی با حداقل تأخیر دارند، مانند:

اعلان‌های زنده: به‌روزرسانی فوری کاربران با اعلان‌ها یا هشدارها.

برنامه های مشترک: فعال کردن ویژگی های همکاری بلادرنگ در برنامه هایی مانند Google Docs.

بازی آنلاین: ارائه تعامل بدون درز و زمان واقعی در بازی های چند نفره.

برنامه های مالی: نمایش نمادهای سهام زنده، سیستم های معاملاتی و به روز رسانی داده های مالی.

مثالی از استفاده از WebSocket

ایجاد یک اتصال WebSocket ساده شامل اجرای سمت کلاینت و سمت سرور است. در اینجا یک مثال اساسی برای نشان دادن آمده است:

سمت مشتری (جاوا اسکریپت):

const socket = new WebSocket(‘ws://example.com/ws’);

// Event listener for connection opening

socket.onopen = function(event) {

console.log(‘Connection established’);

};

// Listening for messages from the server

socket.onmessage = function(event) {

console.log(‘Received:’, event.data);

};

// Sending a message to the server

socket.send(‘Hello, server!’);

سمت سرور (Node.js با کتابخانه ws):

const WebSocket = require(‘ws’);

const wss = new WebSocket.Server({ port: 8080 });

wss.on(‘connection’, function connection(ws) {

console.log(‘Client connected’);

ws.on(‘message’, function incoming(message) {

console.log(‘Received:’, message);

});

// Sending a message to the client

ws.send(‘Hello, client!’);

});

این مثال یک اتصال WebSocket را نشان می دهد که در آن سرور به اتصالات و پیام های دریافتی گوش می دهد و مشتری و سرور می توانند برای یکدیگر پیام ارسال کنند.

• مزایای WebSocket
  • تبادل داده در زمان واقعی: WebSocket مکانیزمی را برای جریان داده در زمان واقعی بین کلاینت ها و سرورها فراهم می کند.
  • تأخیر کاهش یافته: با حفظ یک اتصال مداوم، WebSocket تأخیر درگیر در ارتباطات را به حداقل می رساند.
  • استفاده کارآمد از منابع: اتصال تکی و طولانی مدت WebSocket نسبت به اتصالات HTTP که برای هر درخواست باز و بسته می شوند، کارآمدتر است.

• ملاحظات برای WebSocket
  • پیچیدگی در مقیاس‌بندی: مدیریت تعداد زیادی از اتصالات باز WebSocket می‌تواند چالش‌هایی را در مقیاس‌بندی و مدیریت منابع ایجاد کند.
  • ملاحظات امنیتی: پیاده سازی اتصالات WebSocket ایمن (wss://) بسیار مهم است، زیرا اتصالات پایدار می توانند اهدافی برای تهدیدات امنیتی باشند.
  • مکانیسم‌های بازگشتی: برای محیط‌هایی که WebSocket پشتیبانی نمی‌شود، مکانیسم‌های بازگشتی مانند نظرسنجی طولانی همچنان ممکن است مورد نیاز باشد.

WebSocket یک پروتکل قدرتمند برای ساخت برنامه های کاربردی وب تعاملی و بلادرنگ ارائه می دهد. توانایی آن در تسهیل ارتباطات تمام دوبلکس از طریق یک اتصال، آن را برای برنامه‌هایی که نیاز به به‌روزرسانی فوری داده و تعامل دارند، ایده‌آل می‌کند. در حالی که WebSocket مزایای قابل توجهی در عملکرد و کارایی دارد، همچنین نیازمند بررسی دقیق مسائل امنیتی، مقیاس پذیری و سازگاری است. با استفاده مناسب از WebSocket، توسعه دهندگان می توانند تجربیات کاربر بسیار پاسخگو و جذاب ایجاد کنند.

وب هوک

WebHooks تماس‌های HTTP تعریف‌شده توسط کاربر هستند که روشی سبک و کارآمد برای پیاده‌سازی ارتباط رویداد محور بین برنامه‌ها بر روی وب ارائه می‌کنند. اساساً، WebHooks به یک برنامه اجازه می‌دهد تا به‌جای اینکه سیستم دریافت‌کننده را به‌طور مداوم تغییرات را نظرسنجی کند، در زمان وقوع یک رویداد، به یک سیستم یا سرویس دیگر اطلاع دهد. این مکانیسم WebHooks را به ویژه برای سناریوهایی مفید می‌کند که در آن واکنش‌های به‌موقع به رویدادهای خاص، مانند اعلان‌های پرداخت، به‌روزرسانی‌های سرویس‌های شخص ثالث، یا ادغام با سایر برنامه‌های وب، حیاتی هستند.

ویژگی های اصلی WebHooks

رویداد محور: WebHok ها توسط رویدادهای خاصی مانند ثبت نام کاربر جدید، آپلود فایل یا تکمیل تراکنش فعال می شوند. هنگامی که رویداد تعریف شده رخ می دهد، WebHook یک درخواست HTTP را به یک URL پیکربندی شده ارسال می کند.

ساده و انعطاف پذیر: پیاده سازی WebHooks فقط به توانایی رسیدگی به درخواست های HTTP و ارسال درخواست های HTTP POST نیاز دارد. این سادگی WebHooks را با موارد استفاده مختلف سازگار می کند.

اعلان‌های بلادرنگ: WebHooks اعلان‌های تقریباً آنی در مورد رویدادها ارائه می‌کند و نیاز به مکانیسم‌های نظرسنجی با منابع فشرده را کاهش می‌دهد.

خدمات جداشده: با تکیه بر WebHooks برای ارتباطات، سرویس‌ها می‌توانند به طور مستقل عمل کنند و اتصال محکم را کاهش دهند و ماژولار بودن را افزایش دهند.

چه زمانی از WebHooks استفاده کنیم؟

WebHooks در شرایطی که ارتباط به موقع و کارآمد بین سیستم ها یا خدمات متفاوت مورد نیاز است ایده آل هستند، از جمله:

• ادغام با خدمات شخص ثالث: واکنش‌های خودکار به رویدادهای سرویس‌هایی مانند GitHub، Stripe یا Slack.

• Automating Workflows: راه‌اندازی دنباله‌ای از اقدامات در سیستم‌های مختلف هنگام وقوع یک رویداد، مانند ارسال ایمیل، به‌روزرسانی پایگاه‌های داده یا شروع فرآیندهای ساخت.

• ایجاد اکوسیستم‌های مبتنی بر API: به توسعه‌دهندگان شخص ثالث امکان می‌دهد تا عملکرد یک پلتفرم یا سرویس را با اشتراک در رویدادهای خاص گسترش دهند.

مثالی از استفاده از WebHook

فروشگاه آنلاینی را در نظر بگیرید که هر زمان که فروش رخ می دهد نیاز به به روز رسانی سیستم مدیریت موجودی خارجی دارد. یک WebHook را می توان برای اطلاع رسانی به سیستم موجودی در زمان واقعی تنظیم کرد.

راه اندازی WebHook (شبه کد / Pseudo-code):

سیستم فروشگاه آنلاین امکان ثبت URL WebHook برای رویدادهای فروش را فراهم می کند.

سیستم مدیریت موجودی یک URL (به عنوان مثال، https://inventory.example.com/webhook) برای دریافت اعلان ها ارائه می دهد.

سمت فروشگاه اینترنتی:

هنگامی که فروش کامل شد، سیستم فروشگاه یک درخواست HTTP POST به آدرس وب هوک سیستم موجودی با جزئیات مربوط به فروش ارسال می کند.

POST https://inventory.example.com/webhook

Content-Type: application/json

{

“event”: “saleCompleted”,

“productId”: “12345”,

“quantity”: 1

}

سمت سیستم موجودی:

سیستم موجودی به درخواست های HTTP POST دریافتی در نقطه پایانی /webhook گوش می دهد، جزئیات فروش را تجزیه می کند و موجودی را بر این اساس به روز می کند.

• مزایای WebHooks
  • کارایی: WebHooks نیاز به نظرسنجی مداوم، کاهش ترافیک شبکه و بار سرور را از بین می برد.
  • زمان واقعی: آنها اقدام فوری را در پاسخ به رویدادها فعال می کنند و برنامه های بلادرنگ را تسهیل می کنند.
  • پیاده سازی ساده: WebHooks از روش های استاندارد HTTP استفاده می کند که پیاده سازی و درک آنها را آسان می کند.

• ملاحظاتی برای WebHooks
  • امنیت: اطمینان از صحت و یکپارچگی درخواست های دریافتی WebHook بسیار مهم است. استراتژی های رایج شامل استفاده از نشانه های مخفی، HTTPS و اعتبارسنجی منابع درخواست است.
  • مدیریت خطا: مدیریت خطاها برای مدیریت خرابی‌ها، مانند مشکلات شبکه یا خرابی سرور مقصد، ضروری است.
  • مقیاس پذیری: مدیریت حجم زیادی از درخواست های WebHook می تواند چالش برانگیز باشد و به پردازش کارآمد و احتمالاً مکانیسم صف نیاز دارد.

WebHooks یک راه ساده و موثر برای تسهیل ارتباطات بلادرنگ و رویداد محور بین سرویس های وب ارائه می دهد. با استفاده از WebHooks، توسعه‌دهندگان می‌توانند برنامه‌های تعاملی و پاسخ‌گوی بیشتری ایجاد کنند، گردش کار را خودکار کنند و به راحتی با خدمات شخص ثالث ادغام شوند. در حالی که سادگی و قابلیت های بلادرنگ WebHooks مزایای متعددی را به همراه دارد، توجه به ملاحظات امنیتی، مدیریت خطا و مقیاس پذیری برای اطمینان از اجرای قوی مهم است.

MQTT) Message Queuing Telemetry Transport)

MQTT که مخفف عبارت Message Queuing Telemetry Transport است، یک پروتکل پیام رسانی سبک است که برای شبکه های با پهنای باند کم، تأخیر بالا یا غیرقابل اعتماد طراحی شده است. MQTT که در اواخر دهه 1990 برای نظارت بر خطوط لوله نفت از طریق اتصالات ماهواره ای توسعه داده شد، به یک انتخاب محبوب برای برنامه های مختلف (Internet of Things (IoT تبدیل شده است که امکان ارتباط کارآمد و قابل اعتماد بین دستگاه ها را فراهم می کند.

ویژگی های اصلی MQTT

• Lightweight Protocol: پروتکل MQTT برای به حداقل رساندن پهنای باند شبکه و منابع مورد نیاز دستگاه طراحی شده است و آن را برای دستگاه ها و شبکه های محدود ایده آل می کند.

• مدل انتشار/اشتراک – Publish/Subscribe Model: برخلاف مدل‌های سنتی مشتری-سرور، MQTT بر روی یک مکانیسم انتشار/اشتراک عمل می‌کند، که در آن کلاینت‌ها مشترک موضوعات هستند و زمانی که داده‌ها در مورد آن موضوعات منتشر می‌شود، پیام‌ها به همه مشترکین ارسال می‌شود.

• Quality of Service (QoS) Levels: پروتکل MQTT از سه سطح QoS برای مدیریت تضمین های تحویل پیام، از تحویل “حداکثر یک بار” تا “دقیقا یک بار” پشتیبانی می کند و نیازهای مختلف قابل اطمینان و تحویل را برآورده می کند.

• (Last Will and Testament (LWT: قابلیتی که به مشتریان اجازه می دهد در صورت قطع غیرمنتظره ارتباط، پیامی از پیش تعریف شده را به یک موضوع مشخص ارسال کنند که برای نظارت بر اتصال و وضعیت دستگاه مفید است.

• پیام های حفظ شده – Retained Messages: کارگزاران MQTT می توانند آخرین پیام منتشر شده در مورد یک موضوع را حفظ کنند و اطمینان حاصل کنند که مشترکین جدید بلافاصله جدیدترین داده ها را پس از اشتراک دریافت می کنند.

چه زمانی از MQTT استفاده کنیم؟

MQTT به ویژه برای سناریوهایی مناسب است که کارایی شبکه، عمر باتری دستگاه و تحویل پیام قابل اعتماد بسیار مهم است، از جمله:

• ارتباطات IoT و M2M: اتصال تعداد زیادی از دستگاه های کم مصرف و پهنای باند کم در خانه های هوشمند، اینترنت اشیاء صنعتی و نظارت بر محیط زیست.

• به روز رسانی در زمان واقعی: ارائه اطلاعات به موقع در برنامه هایی مانند ردیابی خودرو، هشدارهای اضطراری و به روز رسانی زنده.

• نظارت و کنترل از راه دور: امکان نظارت و کنترل کارآمد و در زمان واقعی بر دستگاه ها و زیرساخت های راه دور.

مثالی از استفاده از MQTT

یک سناریوی خانه هوشمند را در نظر بگیرید که در آن حسگرهای مختلف داده‌ها (مانند دما، رطوبت) را برای یک کارگزار MQTT منتشر می‌کنند و یک سیستم اتوماسیون خانگی مشترک این موضوعات می‌شود تا به‌روزرسانی‌ها را دریافت کند و بر اساس آنها عمل کند.

Publishing Sensor Data (Pseudo-code):

# Sensor device code

import paho.mqtt.client as mqtt

# Connect to the MQTT broker

client = mqtt.Client()

client.connect(“mqtt.example.com”, 1883, 60)

# Publish temperature data

client.publish(“home/livingroom/temperature”, “22°C”)

Subscribing to Sensor Data (Pseudo-code):

# Home automation system code

import paho.mqtt.client as mqtt

# Callback when a message is received

def on_message(client, userdata, message):

print(f”Received message ‘{str(message.payload.decode())}’ on topic ‘{message.topic}'”)

# Connect to the MQTT broker

client = mqtt.Client()

client.on_message = on_message

client.connect(“mqtt.example.com”, 1883, 60)

# Subscribe to the temperature topic

client.subscribe(“home/livingroom/temperature”)

# Wait for messages

client.loop_forever()

این مثال سنسوری را نشان می‌دهد که داده‌های دما را برای یک کارگزار MQTT و یک سیستم اتوماسیون خانگی مشترک برای دریافت این داده‌ها منتشر می‌کند و اقداماتی را بر اساس آخرین خوانش‌های دما انجام می‌دهد.

• مزایای MQTT
  • کارایی: طراحی سبک MQTT به حداقل پهنای باند شبکه و منابع دستگاه نیاز دارد.
  • قابلیت اطمینان: سطوح QoS پروتکل، تحویل پیام قابل اعتماد را حتی در شرایط شبکه ناپایدار تضمین می کند.
  • مقیاس پذیری: MQTT می تواند هزاران دستگاه را از طریق یک کارگزار پشتیبانی کند و آن را برای استقرارهای بزرگ اینترنت اشیا مقیاس پذیر می کند.

• ملاحظات برای MQTT
  • امنیت: در حالی که MQTT خود سبک وزن است، اجرای اقدامات امنیتی قوی (مانند رمزگذاری TLS/SSL، احراز هویت و مجوز) برای محافظت در برابر تهدیدات احتمالی بسیار مهم است.
  • وابستگی کارگزار: عملکرد MQTT به در دسترس بودن و عملکرد کارگزار MQTT بستگی دارد و مستلزم انتخاب دقیق و مدیریت خدمات کارگزار است.
  • پیچیدگی در استقرار در مقیاس بزرگ: مدیریت تعداد زیادی از موضوعات و اشتراک ها در استقرار IoT در مقیاس بزرگ می تواند پیچیده شود و به قراردادهای نامگذاری موضوعات و برنامه ریزی معماری کارآمد نیاز دارد.

MQTT به عنوان یک پروتکل پیام رسانی قوی و کارآمد برای ارتباطات IoT و M2M متمایز است که ویژگی‌هایی را ارائه می‌کند که برای محیط‌های با پهنای باند کم، تأخیر بالا و تضمین تحویل پیام قابل اعتماد طراحی شده است. سادگی آن، همراه با قابلیت‌های قدرتمندی مانند مدل انتشار/اشتراک و سطوح QoS، MQTT را به انتخابی ارجح برای توسعه‌دهندگانی که برنامه‌های کاربردی اینترنت اشیا متصل، پاسخگو و مقیاس‌پذیر می‌سازند، تبدیل می‌کند. مانند هر پروتکل ارتباطی، پرداختن به ملاحظات امنیتی و مقیاس‌پذیری کلید استقرار راه‌حل‌های موفق مبتنی بر MQTT است.

AMQP) Advanced Message Queuing Protocol)

AMQP یا Advanced Message Queuing Protocol یک استاندارد باز برای ارسال پیام بین برنامه ها یا سازمان ها با قابلیت اطمینان و قابلیت همکاری بالا است. بر خلاف MQTT که عمدتاً برای ارتباط دستگاه به دستگاه با کمترین هزینه سربار طراحی شده است، AMQP بر کارگزاری پیام پیچیده و تضمین هایی مانند تحویل پیام، سفارش و مسیریابی تمرکز دارد. AMQP که در ابتدا برای بخش مالی توسعه یافته بود، کاربرد خود را در حوزه های مختلفی که به راه حل های پیام رسانی قوی نیاز دارند، از جمله سیستم های فناوری اطلاعات سازمانی، محاسبات ابری و اینترنت اشیا در مواقعی که الگوهای پیام رسانی پیچیده لازم است، گسترش داده است.

ویژگی های اصلی AMQP

• قابلیت اطمینان و امنیت: AMQP مکانیزم‌های داخلی را برای دوام پیام، تأیید، تراکنش‌ها و احراز هویت و رمزگذاری امن ارائه می‌کند.

• مدل‌های پیام‌رسانی انعطاف‌پذیر: از مدل‌های پیام‌رسان نقطه به نقطه و انتشار/اشتراک پشتیبانی می‌کند و طیف وسیعی از موارد استفاده را ارائه می‌دهد.

• قابلیت همکاری: AMQP که با در نظر گرفتن قابلیت همکاری طراحی شده است، رفتار کارگزار پیام و مشتری را الزامی می کند و از رفتار سازگار در بین پیاده سازی های مختلف اطمینان می دهد.

• مسیریابی پیچیده: قابلیت های مسیریابی پیچیده، از جمله فیلتر کردن و توزیع پیام را بر اساس ویژگی ها و شرایط مختلف ارائه می دهد.

چه زمانی از AMQP استفاده کنیم؟

AMQP به ویژه برای برنامه هایی مناسب است که در آنها:

• تحویل پیام تضمین شده از جمله تراکنش های مالی، سیستم های پردازش سفارش و گردش های کاری بسیار مهم است.

• الگوهای مسیریابی و پیام رسانی پیچیده برای پیاده سازی منطق تجاری و گردش کار پیچیده مورد نیاز است.

• قابلیت همکاری در میان سیستم‌های مختلف مورد نیاز است، که به اجزا و سرویس‌های مختلف، که احتمالاً به زبان‌های مختلف نوشته شده‌اند یا بر روی پلت‌فرم‌های مختلف اجرا می‌شوند، اجازه می‌دهد تا با اطمینان ارتباط برقرار کنند.

نمونه ای از استفاده از AMQP

یک پلتفرم تجارت الکترونیک را در نظر بگیرید که از AMQP برای پردازش سفارش استفاده می کند. این پلتفرم پیام‌هایی را در مورد سفارش‌های جدید به یک صف ارسال می‌کند که از آنجا چندین سرویس پیام‌ها را برای پردازش پرداخت‌ها، به‌روزرسانی موجودی و رسیدگی به حمل و نقل مصرف می‌کنند.

Sending a Message to an AMQP Queue (Pseudo-code):

import pika

# Establish a connection to the AMQP server

connection = pika.BlockingConnection(pika.ConnectionParameters(‘amqp.example.com’))

channel = connection.channel()

# Declare a queue

channel.queue_declare(queue=’orderQueue’)

# Publish a message to the queue

channel.basic_publish(exchange=”, routing_key=’orderQueue’, body=’Order #12345′)

connection.close()

Receiving Messages from an AMQP Queue (Pseudo-code):

import pika

def callback(ch, method, properties, body):

print(f”Received {body}”)

# Establish a connection and start consuming messages

connection = pika.BlockingConnection(pika.ConnectionParameters(‘amqp.example.com’))

channel = connection.channel()

channel.basic_consume(queue=’orderQueue’, on_message_callback=callback, auto_ack=True)

channel.start_consuming()

این مثال نشان می‌دهد که چگونه یک پیام سفارش در یک صف AMQP منتشر می‌شود و چگونه یک مصرف‌کننده پیام‌ها را از صف پردازش می‌کند و ارتباط جداشده و قابل اعتماد بین بخش‌های مختلف سیستم را امکان‌پذیر می‌سازد.

• مزایای AMQP
  • استحکام: تمرکز AMQP بر تحویل پیام و تراکنش‌های قابل اطمینان تضمین می‌کند که پیام‌ها از بین نمی‌روند و آن را برای فرآیندهای تجاری حیاتی ایده‌آل می‌کند.
  • تطبیق پذیری: پشتیبانی آن از طیف گسترده ای از الگوهای پیام رسانی و گزینه های مسیریابی، انعطاف پذیری را در طراحی برنامه های کاربردی پیچیده فراهم می کند.
  • قابلیت همکاری: استانداردسازی پروتکل تضمین می کند که پیاده سازی های مختلف AMQP می توانند به طور یکپارچه با هم کار کنند.

• ملاحظات برای AMQP
  • پیچیدگی: ویژگی‌ها و قابلیت‌های گسترده AMQP می‌تواند پیچیدگی را در اجرا و عملیات ایجاد کند، به‌ویژه برای موارد استفاده ساده که پروتکل‌های سبک وزن ممکن است کافی باشد.
  • عملکرد: در حالی که بسیار قابل اعتماد است، سربار اضافی مورد نیاز برای ویژگی های AMQP ممکن است بر عملکرد تأثیر بگذارد، به ویژه در سناریوهایی که تأخیر یک نگرانی اساسی است.
  • وابستگی کارگزار: انتخاب واسطه پیام و پیکربندی آن می تواند به طور قابل توجهی بر عملکرد و قابلیت اطمینان سیستم های مبتنی بر AMQP تأثیر بگذارد.

AMQP یک راه حل جامع برای پیام رسانی در سطح سازمانی ارائه می دهد که تحویل تضمینی، مسیریابی پیچیده و قابلیت همکاری بین سیستم های مختلف را ارائه می دهد. استحکام و انعطاف پذیری آن را به گزینه ای عالی برای کاربردهای پیچیده ای که نیاز به ارتباط قابل اعتماد دارند تبدیل می کند. با این حال، ملاحظات پیچیدگی و عملکرد به این معنی است که AMQP برای سناریوهایی که ویژگی‌های پیشرفته آن یک ضرورت هستند به جای برنامه‌های ساده‌تر و حساس به تأخیر، مناسب‌تر است. درک الزامات خاص برنامه شما شما را در انتخاب AMQP یا یک پروتکل پیام رسانی جایگزین راهنمایی می کند.

انتخاب معماری بهینه API

انتخاب معماری API مناسب یک تصمیم حیاتی است که بر عملکرد، امنیت و مقیاس پذیری برنامه تأثیر می گذارد. هر سبک معماری نقاط قوت خود را دارد و برای موارد استفاده خاص مناسب است:

• برای امنیت دقیق و یکپارچگی تراکنش: SOAP بهترین انتخاب است.

• هنگامی که سادگی و مقیاس پذیری کلیدی است: REST یک راه حل کارآمد ارائه می دهد.

• برای بهینه سازی بازیابی داده ها در چندین منبع: GraphQL انعطاف پذیری بی نظیری را ارائه می دهد.

• برای ارتباطات با کارایی بالا در میکروسرویس ها: gRPC بی همتا است.

• WebSocket در سناریوهایی که نیاز به به روز رسانی در زمان واقعی دارند برتر است، در حالی که WebHooks مکانیسم های اعلان رویداد ساده را ارائه می دهد.

• برای کاربردهای اینترنت اشیا، MQTT به دلیل ماهیت سبکش ایده آل است.

• AMQP با مجموعه ویژگی های قوی خود نیازهای پیچیده پیام رسانی را برآورده می کند.

درک نیازهای خاص برنامه شما در انتخاب مناسب ترین معماری API بسیار مهم است. خواه قابلیت‌های بلادرنگ WebSocket، دقت GraphQL یا قابلیت اطمینان AMQP باشد، انتخاب درست به اهداف برنامه و چالش‌هایی که می‌خواهد بر آن غلبه کند بستگی دارد.

GraphQL

GraphQL به عنوان یک رویکرد دگرگون کننده در عرصه توسعه API است و یک زبان پرس و جو را در کنار یک زمان اجرا سمت سرور برای اجرای آن کوئری ها با استفاده از نوع سیستمی که برای داده های خود تعریف می کنید، ارائه می دهد. برخلاف روش‌های سنتی که در آن سرور ساختار داده‌ها را دیکته می‌کند، GraphQL به مشتریان این امکان را می‌دهد که دقیقاً آنچه را که نیاز دارند درخواست کنند، فچ کردن داده‌ها را کارآمدتر می‌کند و مسائل مربوط به فچ بیش از حد یا کم فچ را کاهش می‌دهد.

GraphQL که در سال 2012 توسط فیس بوک توسعه داده شد و در سال 2015 منبع باز شد، به سرعت در میان توسعه دهندگان به دلیل توانایی آن در ساده کردن گردش کار برنامه ها، به ویژه برنامه های تک صفحه ای (SPA) و برنامه های تلفن همراه، محبوبیت زیادی پیدا کرده است. پذیرش آن توسط غول هایی مانند GitHub، Airbnb و Shopify بر اثربخشی آن در توسعه وب مدرن تأکید می کند.

تشخیص GraphQL از REST

در حالی که REST یک استاندارد دیرینه برای APIهای وب بوده است و از روش‌های HTTP برای مدیریت منابع استفاده می‌کند، اغلب منجر به فچ کردن بیش از حد یا کمتر از حد داده‌ها می‌شود و به‌روزرسانی‌های بلادرنگ را به طور موثر پشتیبانی نمی‌کند. GraphQL این کاستی ها را با ارائه موارد زیر برطرف می کند:

• یک نقطه پایانی واحد برای پرس و جوها، اجتناب از نیاز به درخواست های متعدد برای داده ها از منابع مختلف.

• توانایی مشخص کردن دقیقاً چه داده‌هایی در یک درخواست مورد نیاز است، در نتیجه فچ کردن بیش از حد یا کم فچ را حذف می‌کند.

• پشتیبانی از به روز رسانی داده ها در زمان واقعی از طریق اشتراک، افزایش ماهیت پویا برنامه های وب.

مفاهیم کلیدی در GraphQL

نوع سیستم: اساس GraphQL سیستم نوع قوی آن است که امکان تعریف انواع سفارشی در کنار انواع داخلی مانند Int، Float و String را فراهم می کند. به عنوان مثال، تعریف یک نوع کاربر ممکن است به شکل زیر باشد:

type User {

username: String!

password: String!

friends: [User!]

}

Schema: طرحواره ای که با استفاده از زبان تعریف طرحواره تعریف شده است، ساختار داده های موجود از طریق GraphQL API شامل انواع شی، فیلدها و روابط آنها را مشخص می کند.

Resolvers: این توابع هر فیلد در یک جستار GraphQL را به یک منبع داده متصل می کنند و اطمینان می دهند که داده های صحیح در پاسخ به پرس و جوها فچ شده و برگردانده می شوند.

کوئری ها و جهش ها / Queries and Mutations: کوئری ها در GraphQL داده ها را بازیابی می کنند (مشابه درخواست GET REST)، در حالی که جهش ها داده ها را تغییر می دهند (شبیه به POST، PUT، PATCH، DELETE در REST). یک درخواست برای فچ جزئیات کاربر ممکن است به شکل زیر باشد:

query GetUser {

user(id: “123”) {

id

username

fullName

}

}

اشتراک‌ها / Subscriptions: اشتراک‌ها مکانیزمی برای به‌روزرسانی‌های بی‌درنگ فراهم می‌کنند و به مشتریان این امکان را می‌دهند که داده‌های جدید را به‌محض در دسترس بودن بدون نیاز به نظرسنجی دریافت کنند.

• مزایای استفاده از GraphQL
  • انعطاف پذیری و کارایی: مشتریان می توانند داده ها را از منابع متعدد در یک درخواست فچ کنند و دقیقاً آنچه را که نیاز دارند مشخص کنند.
  • Evolution Without Versioning: فیلدها و انواع جدیدی را می توان بدون تأثیر بر پرس و جوهای موجود به API اضافه کرد.
  • تایپ قوی: سیستم مبتنی بر طرحواره و با تایپ قوی، تشخیص زودهنگام خطاها را تسهیل می کند و از تولید خودکار اسناد پشتیبانی می کند.
  • داده‌های بی‌درنگ با اشتراک‌ها: عملکرد بی‌درنگ در GraphQL تعبیه شده است، و آن را برای برنامه‌هایی که نیاز به به‌روزرسانی فوری داده دارند، ایده‌آل می‌کند.

• چالش ها و ملاحظات
  • پیچیدگی: پیاده سازی GraphQL API می تواند پیچیدگی را در سمت سرور ایجاد کند که نیاز به طراحی و نگهداری دقیق دارد.
  • منحنی یادگیری: توسعه دهندگان ممکن است به دلیل رویکرد منحصر به فرد GraphQL در مقایسه با API های سنتی REST با منحنی یادگیری مواجه شوند.
  • امنیت: برای جلوگیری از سوء استفاده از انعطاف پذیری GraphQL پرس و جوهای مخرب باید اقدامات مناسبی انجام شود.

ساخت GraphQL API

ایجاد یک GraphQL API شامل تعریف یک طرحواره، راه‌اندازی حل‌کننده‌ها، و نوشتن کوئری‌ها، جهش‌ها و احتمالاً اشتراک‌ها است. ابزارهایی مانند Back4app این فرآیند را با ایجاد خودکار یک طرح GraphQL بر اساس مدل‌های پایگاه داده ساده می‌کنند و تلاش دستی مربوط به توسعه API را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهند. این انتزاع نه تنها روند توسعه را تسریع می‌کند، بلکه تضمین می‌کند که توسعه‌دهندگان می‌توانند بر روی ساختن بخش مقدماتی و منطق تجاری برنامه‌های خود تمرکز کنند.

GraphQL نشان دهنده تغییر قابل توجهی در نحوه طراحی و مصرف API ها است و رویکردی کارآمدتر، انعطاف پذیرتر و سازگارتر با توسعه دهندگان را ارائه می دهد. چه در حال شروع یک پروژه جدید باشید و چه به دنبال بهبود یک برنامه کاربردی موجود باشید، GraphQL مجموعه ابزار قدرتمندی برای ساخت APIهای پویا، مقیاس پذیر و کارآمد ارائه می دهد.

🔑 نکات کلیدی

📝 آزمون / Quiz