RestFul 是什么？RestFul 请求的 URL 有什么特点？
# REST 设计风格
很多人会拿 REST 与 RPC 互相比较，其实，REST 无论是在思想上、概念上，还是使用范围上，与 RPC 都不尽相同，充其量只能算是有一些相似，
应用会有一部分重合之处，但本质上并不是同一类型的东西。
REST 与 RPC 在思想上差异的核心是抽象的目标不一样，即面向资源的编程思想与面向过程的编程思想两者之间的区别。
面向过程编程、面向对象编程大家想必听说过，但什么是面向资源编程？
这个问题等介绍完 REST 的特征之后我们再回头细说。
而概念上的不同是指 REST 并不是一种远程服务调用协议，甚至可以把定语也去掉，它就不是一种协议。
协议都带有一定的规范性和强制性，最起码也该有个规约文档，譬如 JSON-RPC，它哪怕再简单，也要有个《JSON-RPC Specification》 (opens new window) 来规定协议的格式细节、异常、响应码等信息，
但是 REST 并没有定义这些内容，尽管有一些指导原则，但实际上并不受任何强制的约束。
常有人批评某个系统接口“设计得不够 RESTful”，其实这句话本身就有些争议，REST 只能说是风格而不是规范、协议，
并且能完全达到 REST 所有指导原则的系统也是不多见的，这一点我们同样将在后文中详细讨论。
至于使用范围，REST 与 RPC 作为主流的两种远程调用方式，在使用上是确有重合的，但重合的区域有多大就见仁见智了。
# 理解 REST
个人会有好恶偏爱，但计算机科学是务实的，有了 RPC，还会提出 REST，有了面向过程编程之后，还能产生面向资源编程，并引起广泛的关注、使用和讨论，
说明后者一定是有一些前者没有的闪光点，或者解决、避免了一些面向过程中的缺陷。我们不妨先去理解 REST 为什么会出现，然后再来讨论评价它。
简单搜索就能找到 REST 源于 Roy Thomas Fielding 在 2000 年发表的博士论文：《Architectural Styles and the Design of Network-based Software Architectures》 (opens new window) ，此文的确是 REST 的源头，但我们不应该忽略 Fielding 的身份和此前的工作背景，这些信息对理解 REST 的设计思想至关重要。
首先，Fielding 是一名很优秀的软件工程师，他是 Apache 服务器的核心开发者，后来成为了著名的Apache 软件基金会 (opens new window) 的联合创始人；
同时，Fielding 也是 HTTP 1.0 协议（1996 年发布）的专家组成员，后来还晋升为 HTTP 1.1 协议（1999 年发布）的负责人。
HTTP 1.1 协议设计得极为成功，以至于发布之后长达十年的时间里，都没有收到多少修订的意见。
用来指导 HTTP 1.1 协议设计的理论和思想，最初是以备忘录的形式用作专家组成员之间交流，除了 IETF、W3C 的专家外，并没有在外界广泛流传。
从时间上看，对 HTTP 1.1 协议的设计工作贯穿了 Fielding 的整个博士研究生涯，当起草 HTTP 1.1 协议的工作完成后，Fielding 回到了加州大学欧文分校继续攻读自己的博士学位。
第二年，他更为系统、严谨地阐述了这套理论框架，并且以这套理论框架导出了一种新的编程思想，他为这种程序设计风格取了一个很多人难以理解，但是今天已经广为人知的名字 REST，即“表征状态转移”的缩写。
哪怕对编程和网络都很熟悉的同学，只从标题中也不太可能直接弄明白什么叫“表征”、啥东西的“状态”、从哪“转移”到哪。
尽管在论文原文中确有论述这些概念，但写得确实相当晦涩（不想读英文的同学从此处获得中文翻译版本），笔者推荐比较容易理解 REST 思想的途径是先理解什么是 HTTP，
再配合一些实际例子来进行类比，你会发现“REST”（Representational State Transfer）实际上是“HTT”（Hypertext Transfer）的进一步抽象，两者就如同接口与实现类的关系一般。
HTTP 中使用的“超文本”（Hypertext）一词是美国社会学家 Theodor Holm Nelson 在 1967 年于《Brief Words on the Hypertext》 (opens new window) 一文里提出的，下面引用的是他本人在 1992 年修正后的定义：
Hypertext
By now the word "hypertext" has become generally accepted for branching and responding text, but the corresponding word "hypermedia", meaning complexes of branching and responding graphics, movies and sound – as well as text – is much less used.
现在，"超文本 "一词已被普遍接受，它指的是能够进行分支判断和差异响应的文本，相应地， "超媒体 "一词指的是能够进行分支判断和差异响应的图形、电影和声音（也包括文本）的复合体。
—— Theodor Holm Nelson Literary Machines, 1992
以上定义描述的“超文本（或超媒体，Hypermedia）”是一种“能够对操作进行判断和响应的文本（或声音、图像等）”，这个概念在上世纪 60 年代提出时应该还属于科幻的范畴，但是今天大众已经完全接受了它，互联网中一段文字可以点击、可以触发脚本执行、可以调用服务端，这一切已毫不稀奇。下面我们继续尝试从“超文本”或者“超媒体”的含义来理解什么是“表征”以及 REST 中其他关键概念，这里使用一个具体事例将其描述如下。
资源（Resource）：譬如你现在正在阅读一篇名为《REST 设计风格》的文章，这篇文章的内容本身（你可以将其理解为其蕴含的信息、数据）我们称之为“资源”。无论你是购买的书籍、是在浏览器看的网页、是打印出来看的文稿、是在电脑屏幕上阅读抑或是手机上浏览，尽管呈现的样子各不相同，但其中的信息是不变的，你所阅读的仍是同一份“资源”。
表征（Representation）：当你通过电脑浏览器阅读此文章时，浏览器向服务端发出请求“我需要这个资源的 HTML 格式”，服务端向浏览器返回的这个 HTML 就被称之为“表征”，你可能通过其他方式拿到本文的 PDF、Markdown、RSS 等其他形式的版本，它们也同样是一个资源的多种表征。可见“表征”这个概念是指信息与用户交互时的表示形式，这与我们软件分层架构中常说的“表示层”（Presentation Layer）的语义其实是一致的。
状态（State）：当你读完了这篇文章，想看后面是什么内容时，你向服务器发出请求“给我下一篇文章”。但是“下一篇”是个相对概念，必须依赖“当前你正在阅读的文章是哪一篇”才能正确回应，这类在特定语境中才能产生的上下文信息即被称为“状态”。我们所说的有状态（Stateful）抑或是无状态（Stateless），都是只相对于服务端来说的，服务器要完成“取下一篇”的请求，要么自己记住用户的状态：这个用户现在阅读的是哪一篇文章，这称为有状态；要么客户端来记住状态，在请求的时候明确告诉服务器：我正在阅读某某文章，现在要读它的下一篇，这称为无状态。
转移（Transfer）：无论状态是由服务端还是客户端来提供的，“取下一篇文章”这个行为逻辑必然只能由服务端来提供，因为只有服务端拥有该资源及其表征形式。服务器通过某种方式，把“用户当前阅读的文章”转变成“下一篇文章”，这就被称为“表征状态转移”。
通过“阅读文章”这个例子，笔者对资源等概念进行通俗的释义，你应该能够理解 REST 所说的“表征状态转移”的含义了。借着这个故事的上下文状态，笔者再继续介绍几个现在不涉及但稍后要用到的概念名词。
统一接口（Uniform Interface）：上面说的服务器“通过某种方式”让表征状态发生转移，具体是什么方式？如果你真的是用浏览器阅读本文电子版的话，请把本文滚动到结尾处，右下角有下一篇文章的 URI 超链接地址，这是服务端渲染这篇文章时就预置好的，点击它让页面跳转到下一篇，就是所谓“某种方式”的其中一种方式。任何人都不会对点击超链接网页会出现跳转感到奇怪，但你细想一下，URI 的含义是统一资源标识符，是一个名词，如何能表达出“转移”动作的含义呢？答案是 HTTP 协议中已经提前约定好了一套“统一接口”，它包括：GET、HEAD、POST、PUT、DELETE、TRACE、OPTIONS 七种基本操作，任何一个支持 HTTP 协议的服务器都会遵守这套规定，对特定的 URI 采取这些操作，服务器就会触发相应的表征状态转移。
超文本驱动（Hypertext Driven）：尽管表征状态转移是由浏览器主动向服务器发出请求所引发的，该请求导致了“在浏览器屏幕上显示出了下一篇文章的内容”这个结果的出现。但是，你我都清楚这不可能真的是浏览器的主动意图，浏览器是根据用户输入的 URI 地址来找到网站首页，服务器给予的首页超文本内容后，浏览器再通过超文本内部的链接来导航到了这篇文章，阅读结束时，也是通过超文本内部的链接来再导航到下一篇。浏览器作为所有网站的通用的客户端，任何网站的导航（状态转移）行为都不可能是预置于浏览器代码之中，而是由服务器发出的请求响应信息（超文本）来驱动的。这点与其他带有客户端的软件有十分本质的区别，在那些软件中，业务逻辑往往是预置于程序代码之中的，有专门的页面控制器（无论在服务端还是在客户端中）来驱动页面的状态转移。
自描述消息（Self-Descriptive Messages）：由于资源的表征可能存在多种不同形态，在消息中应当有明确的信息来告知客户端该消息的类型以及应如何处理这条消息。一种被广泛采用的自描述方法是在名为“Content-Type”的 HTTP Header 中标识出互联网媒体类型（MIME type），譬如“Content-Type : application/json; charset=utf-8”，则说明该资源会以 JSON 的格式来返回，请使用 UTF-8 字符集进行处理。
除了以上列出的这些看名字不容易弄懂的概念外，在理解 REST 的过程中，还有一个常见的误区值得注意，Fielding 提出 REST 时所谈论的范围是“架构风格与网络的软件架构设计”（Architectural Styles and Design of Network-based Software Architectures），而不是现在被人们所狭义理解的一种“远程服务设计风格”，这两者的范围差别就好比本书所谈论的话题“软件架构”与本章谈论话题“访问远程服务”的关系那样，前者是后者的一个很大的超集，尽管基于本节的主题和多数人的关注点考虑，我们确实是会以“远程服务设计风格”作为讨论的重点，但至少应该说明清楚它们范围上的差别。
# RESTful 的系统
如果你已经理解了上面这些概念，我们就可以开始讨论面向资源的编程思想与 Fielding 所提出的几个具体的软件架构设计原则了。Fielding 认为，一套理想的、完全满足 REST 风格的系统应该满足以下六大原则。
服务端与客户端分离（Client-Server） 将用户界面所关注的逻辑和数据存储所关注的逻辑分离开来，有助于提高用户界面的跨平台的可移植性，这一点正越来越受到广大开发者所认可，以前完全基于服务端控制和渲染（如 JSF 这类）框架实际用户已甚少，而在服务端进行界面控制（Controller），通过服务端或者客户端的模版渲染引擎来进行界面渲染的框架（如 Struts、SpringMVC 这类）也受到了颇大的冲击。这一点主要推动力量与 REST 可能关系并不大，前端技术（从 ES 规范，到语言实现，到前端框架等）的近年来的高速发展，使得前端表达能力大幅度加强才是真正的幕后推手。由于前端的日渐强势，现在还流行起由前端代码反过来驱动服务端进行渲染的 SSR（Server-Side Rendering）技术，在 Serverless、SEO 等场景中已经占领了一块领地。
无状态（Stateless） 无状态是 REST 的一条核心原则，部分开发者在做服务接口规划时，觉得 REST 风格的服务怎么设计都感觉别扭，很有可能的一种原因是在服务端持有着比较重的状态。REST 希望服务器不要去负责维护状态，每一次从客户端发送的请求中，应包括所有的必要的上下文信息，会话信息也由客户端负责保存维护，服务端依据客户端传递的状态来执行业务处理逻辑，驱动整个应用的状态变迁。客户端承担状态维护职责以后，会产生一些新的问题，譬如身份认证、授权等可信问题，它们都应有针对性的解决方案（这部分内容可参见“安全架构”的内容）。 但必须承认的现状是，目前大多数的系统都达不到这个要求，往往越复杂、越大型的系统越是如此。服务端无状态可以在分布式计算中获得非常高价值的好处，但大型系统的上下文状态数量完全可能膨胀到让客户端在每次请求时提供变得不切实际的程度，在服务端的内存、会话、数据库或者缓存等地方持有一定的状态成为一种是事实上存在，并将长期存在、被广泛使用的主流的方案。
可缓存（Cacheability） 无状态服务虽然提升了系统的可见性、可靠性和可伸缩性，但降低了系统的网络性。“降低网络性”的通俗解释是某个功能如果使用有状态的设计只需要一次（或少量）请求就能完成，使用无状态的设计则可能会需要多次请求，或者在请求中带有额外冗余的信息。为了缓解这个矛盾，REST 希望软件系统能够如同万维网一样，允许客户端和中间的通讯传递者（譬如代理）将部分服务端的应答缓存起来。当然，为了缓存能够正确地运作，服务端的应答中必须明确地或者间接地表明本身是否可以进行缓存、可以缓存多长时间，以避免客户端在将来进行请求的时候得到过时的数据。运作良好的缓存机制可以减少客户端、服务器之间的交互，甚至有些场景中可以完全避免交互，这就进一步提高了性能。
分层系统（Layered System） 这里所指的并不是表示层、服务层、持久层这种意义上的分层。而是指客户端一般不需要知道是否直接连接到了最终的服务器，抑或连接到路径上的中间服务器。中间服务器可以通过负载均衡和共享缓存的机制提高系统的可扩展性，这样也便于缓存、伸缩和安全策略的部署。该原则的典型的应用是内容分发网络（Content Distribution Network，CDN）。如果你是通过网站浏览到这篇文章的话，你所发出的请求一般（假设你在中国国境内的话）并不是直接访问位于 GitHub Pages 的源服务器，而是访问了位于国内的 CDN 服务器，但作为用户，你完全不需要感知到这一点。我们将在“透明多级分流系统”中讨论如何构建自动的、可缓存的分层系统。
统一接口（Uniform Interface） 这是 REST 的另一条核心原则，REST 希望开发者面向资源编程，希望软件系统设计的重点放在抽象系统该有哪些资源上，而不是抽象系统该有哪些行为（服务）上。这条原则你可以类比计算机中对文件管理的操作来理解，管理文件可能会进行创建、修改、删除、移动等操作，这些操作数量是可数的，而且对所有文件都是固定的、统一的。如果面向资源来设计系统，同样会具有类似的操作特征，由于 REST 并没有设计新的协议，所以这些操作都借用了 HTTP 协议中固有的操作命令来完成。 统一接口也是 REST 最容易陷入争论的地方，基于网络的软件系统，到底是面向资源更好，还是面向服务更合适，这事情哪怕是很长时间里都不会有个定论，也许永远都没有。但是，已经有一个基本清晰的结论是：面向资源编程的抽象程度通常更高。抽象程度高意味着坏处是往往距离人类的思维方式更远，而好处是往往通用程度会更好。用这样的语言去诠释 REST，大概本身就挺抽象的，笔者还是举个例子来说明：譬如，几乎每个系统都有的登录和注销功能，如果你理解成登录对应于 login()服务，注销对应于 logout()服务这样两个独立服务，这是“符合人类思维”的；如果你理解成登录是 PUT Session，注销是 DELETE Session，这样你只需要设计一种“Session 资源”即可满足需求，甚至以后对 Session 的其他需求，如查询登陆用户的信息，就是 GET Session 而已，其他操作如修改用户信息等都可以被这同一套设计囊括在内，这便是“抽象程度更高”带来的好处。 想要在架构设计中合理恰当地利用统一接口，Fielding 建议系统应能做到每次请求中都包含资源的 ID，所有操作均通过资源 ID 来进行；建议每个资源都应该是自描述的消息；建议通过超文本来驱动应用状态的转移。
按需代码（Code-On-Demand (opens new window) ） 按需代码被 Fielding 列为一条可选原则。它是指任何按照客户端（譬如浏览器）的请求，将可执行的软件程序从服务器发送到客户端的技术，按需代码赋予了客户端无需事先知道所有来自服务端的信息应该如何处理、如何运行的宽容度。举个具体例子，以前的Java Applet (opens new window) 技术，今天的WebAssembly (opens new window) 等都属于典型的按需代码，蕴含着具体执行逻辑的代码是存放在服务端，只有当客户端请求了某个 Java Applet 之后，代码才会被传输并在客户端机器中运行，结束后通常也会随即在客户端中被销毁掉。将按需代码列为可选原则的原因并非是它特别难以达到，而更多是出于必要性和性价比的实际考虑。
至此，REST 中的主要概念与思想原则已经介绍完毕，我们再回过头来讨论本节开篇提出的 REST 与 RPC 在思想上的差异。REST 的基本思想是面向资源来抽象问题，它与此前流行的编程思想——面向过程的编程在抽象主体上有本质的差别。在 REST 提出以前，人们设计分布式系统服务的唯一方案就只有 RPC，RPC 是将本地的方法调用思路迁移到远程方法调用上，开发者是围绕着“远程方法”去设计两个系统间交互的，譬如 CORBA、RMI、DCOM，等等。这样做的坏处不仅是“如何在异构系统间表示一个方法”、“如何获得接口能够提供的方法清单”都成了需要专门协议去解决的问题（RPC 的三大基本问题之一），更在于服务的每个方法都是完全独立的，服务使用者必须逐个学习才能正确地使用它们。Google 在《Google API Design Guide》 (opens new window) 中曾经写下这样一段话：
Traditionally, people design RPC APIs in terms of API interfaces and methods, such as CORBA and Windows COM. As time goes by, more and more interfaces and methods are introduced. The end result can be an overwhelming number of interfaces and methods, each of them different from the others. Developers have to learn each one carefully in order to use it correctly, which can be both time consuming and error prone
以前，人们面向方法去设计 RPC API，譬如 CORBA 和 DCOM，随着时间推移，接口与方法越来越多却又各不相同，开发人员必须了解每一个方法才能正确使用它们，这样既耗时又容易出错。
—— Google API Design Guide, 2017
REST 提出以资源为主体进行服务设计的风格，能为它带来不少好处（自然也有坏处，笔者将在下一节集中谈论 REST 的不足与争议），譬如：
降低的服务接口的学习成本。统一接口（Uniform Interface）是 REST 的重要标志，将对资源的标准操作都映射到了标准的 HTTP 方法上去，这些方法对于每个资源的用法都是一致的，语义都是类似的，不需要刻意去学习，更不需要有什么 Interface Description Language 之类的协议存在。
资源天然具有集合与层次结构。以方法为中心抽象的接口，由于方法是动词，逻辑上决定了每个接口都是互相独立的；但以资源为中心抽象的接口，由于资源是名词，天然就可以产生集合与层次结构。举个具体例子，你想像一个商城用户中心的接口设计：用户资源会拥有多个不同的下级的资源，譬如若干条短消息资源、一份用户资料资源、一部购物车资源，购物车中又会有自己的下级资源，譬如多本书籍资源。很容易在程序接口中构造出这些资源的集合关系与层次关系，而且是符合人们长期在单机或网络环境中管理数据的直觉的。相信你不需要专门阅读接口说明书，也能轻易推断出获取用户icyfenix的购物车中的第2本书的 REST 接口应该表示为：
GET /users/icyfenix/cart/2
REST 绑定于 HTTP 协议。面向资源编程不是必须构筑在 HTTP 之上，但 REST 是，这是缺点，也是优点。因为 HTTP 本来就是面向资源而设计的网络协议，纯粹只用 HTTP（而不是 SOAP over HTTP 那样在再构筑协议）带来的好处是 RPC 中的 Wire Protocol 问题就无需再多考虑了，REST 将复用 HTTP 协议中已经定义的概念和相关基础支持来解决问题。HTTP 协议已经有效运作了三十年，其相关的技术基础设施已是千锤百炼，无比成熟。而坏处自然是，当你想去考虑那些 HTTP 不提供的特性时，便会彻底地束手无策。
……
以上列举了一些面向资源的优点，笔者并非要证明它比面向过程、面向对象更优秀，是否选用 REST 的 API 设计风格，需要权衡的是你的需求场景、你团队的设计和开发人员是否能够适应面向资源的思想来设计软件，来编写代码。在互联网中，面向资源来进行网络传输是这三十年来 HTTP 协议精心培养出来的用户习惯，如果开发者能够适应 REST 不太符合人类思维习惯的抽象方式，那 REST 通常能够更好地匹配在 HTTP 基础上构建的互联网，在效率与扩展性方面会有可观的收益。