引子

　　在移動互聯網、云計算迅猛發展的今天，作為一名Web開發者，如果您還沒聽說過“REST”這個buzzword，顯然已經落伍了?？鋸堻c說，甚至“出了門都不好意思跟別人打招呼”。盡管如此，對于REST這個泊來品的理解，大多數人（包括一些資深的架構師）仍然停留在“盲人摸象”的階段。常常聽到各種各樣關于REST的說法，例如：有人說：“我們這套新的API決定不用Web Service（SOAP+WSDL），而是直接使用HTTP+JSON，也就是用RESTful的方式來開發。”

　　不用SOAP，甚至也不用XML，就自動變成了RESTful了。還有人認為：REST與傳統的Web Service其實沒有本質區別，只是對于URI的構造方式提出了更多要求，而這些要求Web Service完全都可以實現。潛臺詞是：既生瑜，何生亮。Web Service已經足夠好了，干嘛還要再折騰什么REST。這些對于REST的不同說法，果真如此嗎？REST究竟是什么？是一種新的技術、一種新的架構、還是一種新的規范？

　　對于這些問題筆者先不解答，為了深入理解REST是什么，我們需要回顧一下Web發展的最初年代，從源頭上講講REST是怎么得來的。

　　Web技術發展與REST的由來

　　Web（萬維網World Wide Web的簡稱）是個包羅萬象的萬花筒，不同的人從不同的角度觀察，對于Web究竟是什么會得出大不相同的觀點。作為Web開發者，我們需要從技術上來理解Web。從技術架構層面上看，Web的技術架構包括了四個基石：

• URI
• HTTP
• HyperText（除了HTML外，也可以是帶有超鏈接的XML或JSON）
• MIME

　　這四個基石相互支撐，促使Web這座宏偉的大廈以幾何級數的速度發展了起來。在這四個基石之上，Web開發技術的發展可以粗略劃分成以下幾個階段：

1. 靜態內容階段：在這個最初的階段，使用Web的主要是一些研究機構。Web由大量的靜態HTML文檔組成，其中大多是一些學術論文。Web服務器可以被看作是支持超文本的共享文件服務器。
2. CGI程序階段：在這個階段，Web服務器增加了一些編程API。通過這些API編寫的應用程序，可以向客戶端提供一些動態變化的內容。Web服務器與應用程序之間的通信，通過CGI（Common Gateway Interface）協議完成，應用程序被稱作CGI程序。
3. 腳本語言階段：在這個階段，服務器端出現了ASP、php、JSP、ColdFusion等支持Session的腳本語言技術，瀏覽器端出現了Java Applet、JavaScript等技術。使用這些技術，可以提供更加豐富的動態內容。
4. 瘦客戶端應用階段：在這個階段，在服務器端出現了獨立于Web服務器的應用服務器。同時出現了Web MVC開發模式，各種Web MVC開發框架逐漸流行，并且占據了統治地位?；谶@些框架開發的Web應用，通常都是瘦客戶端應用，因為它們是在服務器端生成全部的動態內容。
5. RIA應用階段：在這個階段，出現了多種RIA（Rich InterNET Application）技術，大幅改善了Web應用的用戶體驗。應用最為廣泛的RIA技術是DHTML+Ajax。Ajax技術支持在不刷新頁面的情況下動態更新頁面中的局部內容。同時誕生了大量的Web前端DHTML開發庫，例如Prototype、Dojo、ExtJS、jQuery/jQuery UI等等，很多開發庫都支持單頁面應用（Single Page Application）的開發。其他的RIA技術還有Adobe公司的Flex、微軟公司的Silverlight、Sun公司的JavaFX（現在為Oracle公司所有）等等。
6. 移動Web應用階段：在這個階段，出現了大量面向移動設備的Web應用開發技術。除了Android、ios、Windows Phone等操作系統平臺原生的開發技術之外，基于HTML5的開發技術也變得非常流行。

　　從上述Web開發技術的發展過程看，Web從最初其設計者所構思的主要支持靜態文檔的階段，逐漸變得越來越動態化。Web應用的交互模式，變得越來越復雜：從靜態文檔發展到以內容為主的門戶網站、電子商務網站、搜索引擎、社交網站，再到以娛樂為主的大型多人在線游戲、手機游戲。

　　在互聯網行業，實踐總是走在理論的前面。Web發展到了1995年，在CGI、ASP等技術出現之后，沿用了多年、主要面向靜態文檔的HTTP/1.0協議已經無法滿足Web應用的開發需求，因此需要設計新版本的HTTP協議。在HTTP/1.0協議專家組之中，有一位年輕人脫穎而出，顯示出了不凡的洞察力，后來他成為了HTTP/1.1協議專家組的負責人。這位年輕人就是Apache HTTP服務器的核心開發者Roy Fielding，他還是Apache軟件基金會的合作創始人。

　　Roy Fielding和他的同事們在HTTP/1.1協議的設計工作中，對于Web之所以取得巨大成功，在技術架構方面的因素做了一番深入的總結。Fielding將這些總結納入到了一套理論框架之中，然后使用這套理論框架中的指導原則，來指導HTTP/1.1協議的設計方向。HTTP/1.1協議的第一個草稿是在1996年1月發布的，經過了三年多時間的修訂，于1999年6月成為了IETF的正式規范（包括了RFC 2616以及用于對客戶端做身份認證的RFC 2617）。

　　HTTP/1.1協議設計的極為成功，以至于發布之后整整10年時間里，都沒有多少人認為有修訂的必要。用來指導HTTP/1.1協議設計的這套理論框架，最初是以備忘錄的形式在專家組成員之間交流，除了IETF/W3C的專家圈子，并沒有在外界廣泛流傳。Fielding在完成HTTP/1.1協議的設計工作之后，回到了加州大學歐文分校繼續攻讀自己的博士學位。第二年（2000年）在他的博士學位論文Architectural Styles and the Design of NETwork-based Software Architectures中，Fielding更為系統、嚴謹地闡述了這套理論框架，并且使用這套理論框架推導出了一種新的架構風格，并且為這種架構風格取了一個令人輕松愉快的名字“REST”——Representational State Transfer（表述性狀態轉移）的縮寫。

　　在筆者看來，Fielding這篇博士論文在Web發展史上的價值，不亞于Web之父Tim Berners-Lee關于超文本的那篇經典論文。然而遺憾的是，這篇博士論文在誕生之后的將近5年時間里，一直沒有得到足夠的重視。例如Web Service相關規范SOAP/WSDL的設計者們，顯然不大理解REST是什么，HTTP/1.1究竟是一個什么樣的協議、為何要設計成這個樣子。

　　這種情況在2005年之后有了很大的改善，隨著Ajax、Ruby on Rails等新的Web開發技術的興起，在Web開發技術社區掀起了一場重歸Web架構設計本源的運動，REST架構風格得到了越來越多的關注。在2007年1月，支持REST開發的Ruby on Rails 1.2版正式發布，并且將支持REST開發作為Rails未來發展中的優先內容。Ruby on Rails的創始人DHH做了一個名為“World of Resources”的精彩演講，DHH在Web開發技術社區中的強大影響力，使得REST一下子處在Web開發技術舞臺的聚光燈之下。

　　今天，各種流行的Web開發框架，幾乎沒有不支持REST開發的了。大多數Web開發者都是通過閱讀某種REST開發框架的文檔，以及通過一些例子代碼來學習REST開發的。然而，通過例子代碼來學習REST有非常大的局限性。因為REST并不是一種具體的技術，也不是一種具體的規范，REST其實是一種內涵非常豐富的架構風格。通過例子代碼來學習REST，除了學習到一種有趣的Web開發技術之外，并不能全面深入的理解REST究竟是什么。甚至還會誤以為這些簡單的例子代碼就是REST本身，REST不過是一種簡單的Web開發技術而已。就像盲人摸象一樣，有的人摸到了象鼻子、有的人摸到了象耳朵、有的人摸到了象腿、有的人摸到了象尾巴。他們都堅信自己感覺到的大象，才是最真實的大象，而其他人的感覺都是錯誤的。

　　對于不理解REST的Web開發者，人們習慣于展示一些例子代碼來讓他們理解REST，筆者不贊同上述做法。如果Web開發者想要深入理解REST是什么，就很難避開Fielding的這篇博士論文。筆者在本文中對于REST是什么的介紹，也是基于Fielding的博士論文的。盡管如此，筆者強烈建議本文的讀者親自去通讀一下Fielding的博士論文（論文鏈接），就像想要了解孔子的思想應該直接去讀《論語》等著作，而不是首先去讀其他人的轉述一樣。筆者在本文中也僅僅是努力不做一個把經書念錯了的歪嘴和尚而已。那么，下面我們言歸正傳。

　　在Fielding的這篇名為Architectural Styles and the Design of NETwork-based Software Architectures的博士論文（中文版名為《架構風格與基于網絡的軟件架構設計》）中，提出了一整套基于網絡的軟件（即所謂的“分布式應用”）的設計方法，值得所有分布式應用的開發者仔細閱讀、深入體會。

　　在論文的前三章中，Fielding在批判性繼承前人研究成果的基礎上，建立起來一整套研究和評價軟件架構的方法論。這套方法論的核心是“架構風格”這個概念。架構風格是一種研究和評價軟件架構設計的方法，它是比架構更加抽象的概念。一種架構風格是由一組相互協作的架構約束來定義的。架構約束是指軟件的運行環境施加在架構設計之上的約束。

　　在論文的第四章中，Fielding研究了Web這樣一個分布式系統對于軟件架構設計提出了哪些需求。在第五章中，Fielding將第四章Web提出的需求具體化為一些架構約束，通過逐步添加各種架構約束，推導出來了REST這種新的架構風格。

　　REST架構風格的推導過程如下圖所示：

　　圖1：REST所繼承的架構風格約束（原圖可在這里下載）

　　在圖1中，每一個橢圓形里面的縮寫詞代表了一種架構風格，而每一個箭頭邊的單詞代表了一種架構約束。

　　REST架構風格最重要的架構約束有6個：

• 客戶-服務器（Client-Server）

　　通信只能由客戶端單方面發起，表現為請求-響應的形式。

• 無狀態（Stateless）

　　通信的會話狀態（Session State）應該全部由客戶端負責維護。

• 緩存（Cache）

　　響應內容可以在通信鏈的某處被緩存，以改善網絡效率。

• 統一接口（Uniform Interface）

　　通信鏈的組件之間通過統一的接口相互通信，以提高交互的可見性。

• 分層系統（Layered System）

　　通過限制組件的行為（即，每個組件只能“看到”與其交互的緊鄰層），將架構分解為若干等級的層。

• 按需代碼（Code-On-Demand，可選）

　　支持通過下載并執行一些代碼（例如Java Applet、Flash或JavaScript），對客戶端的功能進行擴展。

　　在論文中推導出的REST架構風格如下圖所示：

　　圖2：REST架構風格（原圖可在這里下載）

　　而HTTP/1.1協議作為一種REST架構風格的架構實例，其架構如下圖所示：

　　圖3：一個基于REST的架構的過程視圖（原圖可在這里下載）

　　用戶代理處在三個并行交互（a、b和c）的中間。用戶代理的客戶端連接器緩存無法滿足請求，因此它根據每個資源標識符的屬性和客戶端連接器的配置，將每個請求路由到資源的來源。請求（a）被發送到一個本地代理，代理隨后訪問一個通過DNS查找發現的緩存網關，該網關將這個請求轉發到一個能夠滿足該請求的來源服務器，服務器的內部資源由一個封裝過的對象請求代理（object request broker）架構來定義。請求（b）直接發送到一個來源服務器，它能夠通過自己的緩存來滿足這個請求。請求（c）被發送到一個代理，它能夠直接訪問WAIS（一種與Web架構分離的信息服務），并將WAIS的響應翻譯為一種通用的連接器接口能夠識別的格式。每一個組件只知道與它們自己的客戶端或服務器連接器的交互；整個過程拓撲是我們的視圖的產物。

　　通過比較圖2和圖3，讀者不難發現這兩張圖中的架構是高度一致的。對于HTTP/1.1協議為何要設計成這個樣子，讀者想必已經有所領悟。

　　在論文的第六章中，Fielding對于到2000年為止在Web基礎架構協議的設計和開發方面的一些經驗教訓進行了深入的分析。其中，“HTTP不是RPC”、“HTTP不是一種傳輸協議”兩部分值得讀者反復閱讀。時至13年之后的今日，對于HTTP協議的誤解仍然廣泛存在。

　　以上簡要介紹了Fielding博士論文中的內容。為了幫助讀者仔細閱讀Fielding的博士論文，筆者整理了一套Fielding博士論文的導讀，將在本專欄后續文章中載出。

　　REST詳解

　　REST究竟是什么？因為REST的內涵非常豐富，所以很難用一兩句話解釋清楚這個問題。

　　首先，REST是Web自身的架構風格。REST也是Web之所以取得成功的技術架構方面因素的總結。REST是世界上最成功的分布式應用架構風格（成功案例：Web，還不夠嗎？）。它是為“運行在互聯網環境”的“分布式”“超媒體”系統量身定制的。互聯網環境與企業內網環境有非常大的差別，最主要的差別是兩個方面：

• 可伸縮性需求無法控制：并發訪問量可能會暴漲，也可能會暴跌。

• 安全性需求無法控制：無法控制客戶端發來的請求的格式，很可能會是惡意的請求。

　　而所謂的“超媒體系統”，即，使用了超文本的系統?？梢园?ldquo;超媒體”理解為超文本+媒體內容。

　　REST是HTTP/1.1協議等Web規范的設計指導原則，HTTP/1.1協議正是為實現REST風格的架構而設計的。新的Web規范，其設計必須符合REST的要求，否則整個Web的體系架構會因為引入嚴重矛盾而崩潰。這句話不是危言聳聽，做個類比，假如蘇州市政府同意在市區著名園林的附近大型土木，建造大量具有后現代風格的摩天大樓，那么不久之后世界聞名的蘇州園林美景將不復存在。

　　上述這些關于“REST是什么”的描述，可以總結為一句話：REST是所有Web應用都應該遵守的架構設計指導原則。當然，REST并不是法律，違反了REST的指導原則，仍然能夠實現應用的功能。但是違反了REST的指導原則，會付出很多代價，特別是對于大流量的網站而言。

　　要深入理解REST，需要理解REST的五個關鍵詞：

1. 資源（Resource）
2. 資源的表述（Representation）
3. 狀態轉移（State Transfer）
4. 統一接口（Uniform Interface）
5. 超文本驅動（Hypertext Driven）

　　什么是資源？

　　資源是一種看待服務器的方式，即，將服務器看作是由很多離散的資源組成。每個資源是服務器上一個可命名的抽象概念。因為資源是一個抽象的概念，所以它不僅僅能代表服務器文件系統中的一個文件、數據庫中的一張表等等具體的東西，可以將資源設計的要多抽象有多抽象，只要想象力允許而且客戶端應用開發者能夠理解。與面向對象設計類似，資源是以名詞為核心來組織的，首先關注的是名詞。一個資源可以由一個或多個URI來標識。URI既是資源的名稱，也是資源在Web上的地址。對某個資源感興趣的客戶端應用，可以通過資源的URI與其進行交互。

　　什么是資源的表述？

　　資源的表述是一段對于資源在某個特定時刻的狀態的描述?？梢栽诳蛻舳?服務器端之間轉移（交換）。資源的表述可以有多種格式，例如HTML/XML/JSON/純文本/圖片/視頻/音頻等等。資源的表述格式可以通過協商機制來確定。請求-響應方向的表述通常使用不同的格式。

　　什么是狀態轉移？

　　狀態轉移（state transfer）與狀態機中的狀態遷移（state transition）的含義是不同的。狀態轉移說的是：在客戶端和服務器端之間轉移（transfer）代表資源狀態的表述。通過轉移和操作資源的表述，來間接實現操作資源的目的。

　　什么是統一接口？

　　REST要求，必須通過統一的接口來對資源執行各種操作。對于每個資源只能執行一組有限的操作。以HTTP/1.1協議為例，HTTP/1.1協議定義了一個操作資源的統一接口，主要包括以下內容：

• 7個HTTP方法：GET/POST/PUT/DELETE/PATCH/HEAD/OPTIONS

• HTTP頭信息（可自定義）

• HTTP響應狀態代碼（可自定義）

• 一套標準的內容協商機制

• 一套標準的緩存機制

• 一套標準的客戶端身份認證機制

　　REST還要求，對于資源執行的操作，其操作語義必須由HTTP消息體之前的部分完全表達，不能將操作語義封裝在HTTP消息體內部。這樣做是為了提高交互的可見性，以便于通信鏈的中間組件實現緩存、安全審計等等功能。

　　什么是超文本驅動？

　　“超文本驅動”又名“將超媒體作為應用狀態的引擎”（Hypermedia As The Engine Of Application State，來自Fielding博士論文中的一句話，縮寫為HATEOAS）。將Web應用看作是一個由很多狀態（應用狀態）組成的有限狀態機。資源之間通過超鏈接相互關聯，超鏈接既代表資源之間的關系，也代表可執行的狀態遷移。

　　在超媒體之中不僅僅包含數據，還包含了狀態遷移的語義。以超媒體作為引擎，驅動Web應用的狀態遷移。通過超媒體暴露出服務器所提供的資源，服務器提供了哪些資源是在運行時通過解析超媒體發現的，而不是事先定義的。從面向服務的角度看，超媒體定義了服務器所提供服務的協議?？蛻舳藨撘蕾嚨氖浅襟w的狀態遷移語義，而不應該對于是否存在某個URI或URI的某種特殊構造方式作出假設。一切都有可能變化，只有超媒體的狀態遷移語義能夠長期保持穩定。

　　一旦讀者理解了上述REST的五個關鍵詞，就很容易理解REST風格的架構所具有的6個主要特征：

• 面向資源（Resource Oriented）

• 可尋址（Addressability）

• 連通性（Connectedness）

• 無狀態（Statelessness）

• 統一接口（Uniform Interface）

• 超文本驅動（Hypertext Driven）

　　這6個特征是REST架構設計優秀程度的判斷標準。其中，面向資源是REST最明顯的特征，即，REST架構設計是以資源抽象為核心展開的?？蓪ぶ氛f的是：每一個資源在Web之上都有自己的地址。連通性說的是：應該盡量避免設計孤立的資源，除了設計資源本身，還需要設計資源之間的關聯關系，并且通過超鏈接將資源關聯起來。無狀態、統一接口是REST的兩種架構約束，超文本驅動是REST的一個關鍵詞，在前面都已經解釋過，就不再贅述了。

　　從架構風格的抽象高度來看，常見的分布式應用架構風格有三種：

• 分布式對象（Distributed Objects，簡稱DO）

　　架構實例有CORBA/RMI/EJB/DCOM/.NET Remoting等等。

• 遠程過程調用（Remote Procedure Call，簡稱RPC）

　　架構實例有SOAP/XML-RPC/Hessian/Flash AMF/DWR等等。

• 表述性狀態轉移（Representational State Transfer，簡稱REST）

　　架構實例有HTTP/WebDAV。

　　DO和RPC這兩種架構風格在企業應用中非常普遍，而REST則是Web應用的架構風格，它們之間有非常大的差別。

　　REST與DO的差別在于：

• REST支持抽象（即建模）的工具是資源，DO支持抽象的工具是對象。在不同的編程語言中，對象的定義有很大差別，所以DO風格的架構通常都是與某種編程語言綁定的?？缯Z言交互即使能實現，實現起來也會非常復雜。而REST中的資源，則完全中立于開發平臺和編程語言，可以使用任何編程語言來實現。

• DO中沒有統一接口的概念。不同的API，接口設計風格可以完全不同。DO也不支持操作語義對于中間組件的可見性。

• DO中沒有使用超文本，響應的內容中只包含對象本身。REST使用了超文本，可以實現更大粒度的交互，交互的效率比DO更高。

• REST支持數據流和管道，DO不支持數據流和管道。

• DO風格通常會帶來客戶端與服務器端的緊耦合。在三種架構風格之中，DO風格的耦合度是最大的，而REST的風格耦合度是最小的。REST松耦合的源泉來自于統一接口+超文本驅動。

　　REST與RPC的差別在于：

• REST支持抽象的工具是資源，RPC支持抽象的工具是過程。REST風格的架構建模是以名詞為核心的，RPC風格的架構建模是以動詞為核心的。簡單類比一下，REST是面向對象編程，RPC則是面向過程編程。

• RPC中沒有統一接口的概念。不同的API，接口設計風格可以完全不同。RPC也不支持操作語義對于中間組件的可見性。

• RPC中沒有使用超文本，響應的內容中只包含消息本身。REST使用了超文本，可以實現更大粒度的交互，交互的效率比RPC更高。

• REST支持數據流和管道，RPC不支持數據流和管道。

• 因為使用了平臺中立的消息，RPC風格的耦合度比DO風格要小一些，但是RPC風格也常常會帶來客戶端與服務器端的緊耦合。支持統一接口+超文本驅動的REST風格，可以達到最小的耦合度。

　　比較了三種架構風格之間的差別之后，從面向實用的角度來看，REST架構風格可以為Web開發者帶來三方面的利益：

• 簡單性

　　采用REST架構風格，對于開發、測試、運維人員來說，都會更簡單?？梢猿浞掷么罅縃TTP服務器端和客戶端開發庫、Web功能測試/性能測試工具、HTTP緩存、HTTP代理服務器、防火墻。這些開發庫和基礎設施早已成為了日常用品，不需要什么火箭科技（例如神奇昂貴的應用服務器、中間件）就能解決大多數可伸縮性方面的問題。

• 可伸縮性

　　充分利用好通信鏈各個位置的HTTP緩存組件，可以帶來更好的可伸縮性。其實很多時候，在Web前端做性能優化，產生的效果不亞于僅僅在服務器端做性能優化，但是HTTP協議層面的緩存常常被一些資深的架構師完全忽略掉。

• 松耦合

　　統一接口+超文本驅動，帶來了最大限度的松耦合。允許服務器端和客戶端程序在很大范圍內，相對獨立地進化。對于設計面向企業內網的API來說，松耦合并不是一個很重要的設計關注點。但是對于設計面向互聯網的API來說，松耦合變成了一個必選項，不僅在設計時應該關注，而且應該放在最優先位置。

　　有的讀者可能會問：“你說了這么多，REST難道就沒有任何缺點了嗎？”當然不是，正如Fielding在博士論文中闡述的那樣，評價一種軟件架構的優劣，不能脫離開軟件的具體運行環境。永遠不存在適用于任何運行環境的、包治百病的銀彈式架構。筆者在前面強調過REST是一種為運行在互聯網環境中的Web應用量身定制的架構風格。

　　REST在互聯網這個運行環境之中已經占據了統治地位，然而，在企業內網運行環境之中，REST還會面臨DO、RPC的巨大挑戰。特別是一些對實時性要求很高的應用，REST的表現不如DO和RPC。所以需要針對具體的運行環境來具體問題具體分析。但是，REST可以帶來的上述三方面的利益即使在開發企業應用時，仍然是非常有價值的。所以REST在企業應用開發，特別是在SOA架構的開發中，已經得到了越來越大的重視。本專欄將有一篇文章專門介紹REST在企業級應用中與SOA的結合。

　　到了這里，“REST究竟是什么”這個問題筆者就解答完了。本文開頭那些說法是否正確，筆者還是笑而不語，讀者此時應該已經有了自己的判斷。在接下來的REST系列文章中，我將會為讀者澄清一些關于HTTP協議和REST的常見誤解。

　　參考資料：

　　Roy Fielding博士論文英文版

　　Roy Fielding博士論文中文版

　　HTTP/1.1協議RFC2616、RFC2617

　　感謝馬國耀對本文的策劃和審校。

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