API-Entwicklung: Skalierbare Webdienste erstellen

In unserer vernetzten digitalen Welt funktionieren Anwendungen selten isoliert. Sie müssen miteinander kommunizieren, Daten austauschen und Funktionen auf sichere und standardisierte Weise bereitstellen. Hier kann die API-Entwicklung helfen. 

Definition der API-Entwicklung

Die API-Entwicklung umfasst den gesamten Prozess der Erstellung, Veröffentlichung und Verwaltung von Anwendungsprogrammierschnittstellen. 

Es handelt sich um eine umfassende Fachdisziplin, das weit über das Schreiben von Backend-Code hinausgeht. Der Prozess umfasst den gesamten Lebenszyklus einer API, von der strategischen Planung und sorgfältigen Entwicklung über die Implementierung und strenge Tests bis hin zur sicheren Bereitstellung, fortlaufenden Wartung und Versionsverwaltung.

Was ist eine API?

Eine API (Application Programming Interface) ist eine Reihe von Regeln und Definitionen, die es verschiedenen Softwareanwendungen ermöglichen, miteinander zu kommunizieren und Dienste voneinander anzufordern. Sie fungiert als Vermittler und ermöglicht es Anwendungen, Daten und Funktionen auszutauschen, ohne die komplexen inneren Abläufe des anderen Systems zu kennen. Die API definiert, wie ein Nutzer eine Anfrage stellen kann und welche Art von Antwort er erwarten kann.

Warum ist die API-Entwicklung wichtig?

Gut konzipierte APIs werden allgemein als die Bausteine moderner digitaler Dienste angesehen und bilden die Grundlage für Innovation und Agilität.

  • Konnektivität und Integration ermöglichen: APIs fungieren als Bindeglied, das es unterschiedlichen Systemen, Diensten und Anwendungen ermöglicht, Daten und Funktionen nahtlos auszutauschen.
  • Unterstützung moderner Architekturen: Die Entwicklung von APIs ist grundlegend für Mikrodienstarchitekturen, bei denen eine Anwendung in kleinere, unabhängige Dienste aufgeteilt wird, die über APIs miteinander kommunizieren.
  • Innovation und Partnerschaften fördern: Durch die Bereitstellung von Funktionen über eine öffentliche API kann ein Unternehmen Drittanbietern ermöglichen, neue Anwendungen und Dienste auf seiner Plattform zu entwickeln und so ein dynamisches Ökosystem zu schaffen.
  • Neue Geschäftskanäle schaffen: APIs können selbst Produkte sein und neue Einnahmequellen schaffen, indem sie anderen Unternehmen wertvolle Daten oder Dienste zur Verfügung stellen.

Wichtige Konzepte bei der API-Entwicklung

Um APIs effektiv zu entwickeln und zu nutzen, sollten Sie einige grundlegende Konzepte kennen.

Ein API-Endpunkt ist eine bestimmte URL, die Clientanwendungen für den Zugriff auf eine API verwenden. Jeder Endpunkt ist mit einer bestimmten Funktion oder Ressource innerhalb der Anwendung verknüpft.

In einer API zur Nutzerverwaltung könnten Sie beispielsweise Endpunkte wie https://api.example.com/users haben, um eine Liste von Nutzern abzurufen, und https://api.example.com/users/123, um Daten für einen bestimmten Nutzer abzurufen.

APIs, insbesondere RESTful APIs, verwenden HTTP-Standardverben, um die Aktion anzugeben, die für eine Ressource ausgeführt werden soll. Die gängigsten Methoden sind:

GET: Ruft Daten aus einer angegebenen Ressource ab.

POST: Sendet neue Daten an eine Ressource.

PUT: Aktualisiert eine vorhandene Ressource mit neuen Daten.

DELETE: Entfernt eine angegebene Ressource.

Das sind zwei wichtige Sicherheitskonzepte

  • Bei der Authentifizierung wird überprüft, wer ein Nutzer oder Client ist, in der Regel mit einem API-Schlüssel oder einem OAuth-Token. 
  • Autorisierung ist der Prozess, bei dem festgelegt wird, was ein authentifizierter Nutzer tun darf. So wird sichergestellt, dass er nur auf die Daten zugreifen und die Aktionen ausführen kann, für die er Berechtigungen hat.

Eine klare, umfassende und interaktive Dokumentation ist für den Erfolg jeder API unerlässlich. Die Dokumentation dient als Nutzerhandbuch für andere Nutzer und erklärt, was die API macht, wie ihre Endpunkte verwendet werden, welche Datenformate erforderlich sind und wie Anfragen authentifiziert werden.

Architekturstile für APIs

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, eine API zu entwerfen. Drei Architekturstile haben sich in der Branche jedoch besonders durchgesetzt. Die Wahl des Stils hängt stark von den spezifischen Anforderungen der Anwendung ab, z. B. von der Notwendigkeit von Flexibilität, Leistung oder strengen Sicherheitsstandards.

Architekturstil

Wichtigste Stärken

Gängige Anwendungsfälle

RESTful APIs

  • Einfachheit und Skalierbarkeit: Verwendet standardmäßige HTTP-Methoden und ist zustandslos, wodurch es einfach zu verstehen, zu implementieren und horizontal zu skalieren ist
  • Flexibilität: Unterstützt mehrere Datenformate, wobei JSON das gängigste ist. Es ist schlank und lässt sich von Webclients einfach parsen.
  • Weit verbreitet: Es ist der am weitesten verbreitete Stil für Web-APIs mit einem riesigen Ökosystem an Tools und Entwicklerwissen.
  • Öffentlich zugängliche Web-APIs
  • Backends für mobile Anwendungen
  • Kommunikation zwischen internen Mikrodiensten

SOAP-APIs


  • Hohe Sicherheit: Integrierte Standards wie WS-Security, die in vielen Unternehmens- und Behördenumgebungen erforderlich sind
  • Standardisiert und zuverlässig: Funktioniert als formelles Protokoll mit einem strengen Vertrag (WSDL), was Zuverlässigkeit und Unterstützung für Transaktionen (ACID-Konformität) gewährleistet
  • Sprachunabhängig: Das starre XML-basierte Format ist hochgradig standardisiert und plattformunabhängig.
  • Unternehmensanwendungen, die ein hohes Maß an Sicherheit und Transaktionsintegrität erfordern
  • Integrationen von Finanz- und Zahlungs-Gateways
  • Integration von Legacy-Systemen

GraphQL

  • Dateneffizienz: Clients können genau die Daten anfordern, die sie benötigen, und nicht mehr. So wird das bei REST APIs übliche Überabrufen von Daten vermieden.
  • Weniger Netzwerkaufrufe: Clients können Daten aus mehreren Ressourcen in einer einzigen Anfrage abrufen. Das ist besonders für mobile Anwendungen mit begrenzter Netzwerkbandbreite von Vorteil.
  • Stark typisiertes Schema: Die API basiert auf einem stark typisierten System, das leistungsstarke Entwicklertools ermöglicht und die API selbst dokumentierend macht.
  • Mobile Anwendungen, bei denen Datennutzung und Netzwerkeffizienz entscheidend sind
  • Anwendungen mit komplexen Datenmodellen und miteinander verknüpften Ressourcen
  • Frontends, die Daten aus mehreren Mikrodiensten aggregieren

Architekturstil

Wichtigste Stärken

Gängige Anwendungsfälle

RESTful APIs

  • Einfachheit und Skalierbarkeit: Verwendet standardmäßige HTTP-Methoden und ist zustandslos, wodurch es einfach zu verstehen, zu implementieren und horizontal zu skalieren ist
  • Flexibilität: Unterstützt mehrere Datenformate, wobei JSON das gängigste ist. Es ist schlank und lässt sich von Webclients einfach parsen.
  • Weit verbreitet: Es ist der am weitesten verbreitete Stil für Web-APIs mit einem riesigen Ökosystem an Tools und Entwicklerwissen.
  • Öffentlich zugängliche Web-APIs
  • Backends für mobile Anwendungen
  • Kommunikation zwischen internen Mikrodiensten

SOAP-APIs


  • Hohe Sicherheit: Integrierte Standards wie WS-Security, die in vielen Unternehmens- und Behördenumgebungen erforderlich sind
  • Standardisiert und zuverlässig: Funktioniert als formelles Protokoll mit einem strengen Vertrag (WSDL), was Zuverlässigkeit und Unterstützung für Transaktionen (ACID-Konformität) gewährleistet
  • Sprachunabhängig: Das starre XML-basierte Format ist hochgradig standardisiert und plattformunabhängig.
  • Unternehmensanwendungen, die ein hohes Maß an Sicherheit und Transaktionsintegrität erfordern
  • Integrationen von Finanz- und Zahlungs-Gateways
  • Integration von Legacy-Systemen

GraphQL

  • Dateneffizienz: Clients können genau die Daten anfordern, die sie benötigen, und nicht mehr. So wird das bei REST APIs übliche Überabrufen von Daten vermieden.
  • Weniger Netzwerkaufrufe: Clients können Daten aus mehreren Ressourcen in einer einzigen Anfrage abrufen. Das ist besonders für mobile Anwendungen mit begrenzter Netzwerkbandbreite von Vorteil.
  • Stark typisiertes Schema: Die API basiert auf einem stark typisierten System, das leistungsstarke Entwicklertools ermöglicht und die API selbst dokumentierend macht.
  • Mobile Anwendungen, bei denen Datennutzung und Netzwerkeffizienz entscheidend sind
  • Anwendungen mit komplexen Datenmodellen und miteinander verknüpften Ressourcen
  • Frontends, die Daten aus mehreren Mikrodiensten aggregieren

Der Lebenszyklus der API-Entwicklung

Die Entwicklung einer API für die Produktion ist ein strukturierter Prozess, der mehrere Phasen umfasst.

1. Planung und Design

In dieser ersten Phase werden die Ziele der API definiert, die Zielgruppe ermittelt und der API-Vertrag entworfen. Bei diesem „Design-First“-Ansatz wird häufig eine Spezifikationssprache wie die OpenAPI-Spezifikation verwendet, um einen Entwurf der Endpunkte, Datenmodelle und Authentifizierungsmethoden zu erstellen, bevor Code geschrieben wird.

2. Entwicklung und Implementierung

In dieser Phase schreiben die Nutzer den Backend-Code, um die in der Designphase definierte Logik zu implementieren. Sie wählen eine Programmiersprache und ein Framework aus (z. B. Python und Flask oder Node.js und Express) und erstellen die Funktionen, die eingehende API-Anfragen verarbeiten.

3. Testen

Umfangreiche Tests sind entscheidend, um sicherzustellen, dass die API zuverlässig, sicher und leistungsstark ist. Dazu gehören Unit-Tests für einzelne Funktionen, Integrationstests, um sicherzustellen, dass verschiedene Teile des Systems zusammenarbeiten, und Lasttests, um zu sehen, wie sich die API bei hohem Traffic verhält.

4. Bereitstellung

Nachdem die API erstellt und getestet wurde, wird sie in einer Hosting-Umgebung bereitgestellt, auf die Clientanwendungen zugreifen können. Das kann ein herkömmlicher Server, eine virtuelle Maschine oder eine moderne serverlose Plattform in der Cloud sein.

5. Monitoring und Wartung

Nach der Bereitstellung muss die API kontinuierlich auf Fehler, Latenz und Nutzungsmuster überwacht werden. Diese Beobachtbarkeit ermöglicht es Teams, Probleme proaktiv zu erkennen, Fehler zu beheben und zu verstehen, wie die API verwendet wird.

6. Versionsverwaltung

Wenn sich die Geschäftsanforderungen ändern, müssen sich auch die APIs ändern. Eine klare Versionierungsstrategie (z. B. mit einer Versionsnummer in der URL wie /v2/users) ist entscheidend, damit Nutzer Änderungen oder neue Funktionen einführen können, ohne bestehende Anwendungen zu beeinträchtigen, die auf der älteren Version basieren.

Best Practices für die API-Entwicklung

  • Design-First-Ansatz: Verwenden Sie eine Spezifikation wie OpenAPI, um die API zu entwerfen, bevor Sie Code schreiben.
  • Einheitliche Namenskonventionen verwenden: Endpunktpfade und Datenfelder sollten vorhersehbar und leicht verständlich sein.
  • Klare und umfassende Dokumentation bereitstellen: Machen Sie es anderen Nutzern leicht, Ihre API kennenzulernen und zu verwenden.
  • Robuste Sicherheitsmaßnahmen implementieren: Authentifizierung und Autorisierung erzwingen, um Daten und Dienste zu schützen
  • Von Anfang an die Versionierung einplanen: Entscheiden Sie, wie Sie mit Änderungen umgehen, um zu vermeiden, dass Clientanwendungen in Zukunft nicht mehr funktionieren.
  • Aussagekräftige Fehlermeldungen bereitstellen: Wenn etwas schiefgeht, sollten Sie klare Fehlermeldungen und passende HTTP-Statuscodes zurückgeben, um Nutzern bei der Fehlerbehebung zu helfen.

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Erste Schritte bei der API-Entwicklung

Für diejenigen, die noch keine Erfahrung mit diesem Bereich haben, kann die Erstellung der ersten API eine leicht zu bewältigende Aufgabe sein. Wenn Sie den Prozess in einige wenige wichtige Schritte unterteilen, können Sie ihn besser nachvollziehen.

Sprache und Framework auswählen

Wählen Sie eine Programmiersprache und ein Web-Framework aus, mit denen Sie vertraut sind. Beliebte Optionen sind Python mit einem Framework wie Flask oder FastAPI oder Node.js mit Express, da sie hervorragende Unterstützung bieten und große Communities haben.

Entwicklungsumgebung einrichten

Installieren Sie die erforderlichen Tools auf Ihrem lokalen Computer. Dazu gehören in der Regel die Sprachlaufzeit (z. B. Python), ein Code-Editor (wie VS Code) und das Versionsverwaltungssystem Git.

Ersten API-Endpunkt schreiben

Beginnen Sie mit einem einfachen „Hallo Welt!“-Endpunkt. Dazu erstellen Sie eine Route, die auf eine GET-Anfrage antwortet und eine einfache JSON-Nachricht zurückgibt. So können Sie bestätigen, dass Ihre grundlegende Einrichtung, Ihr Framework und Ihr Server ordnungsgemäß funktionieren, bevor Sie sich komplexeren Logiken zuwenden.

Vorteile der API-Entwicklung

Skalierbarkeit

Cloud-Plattformen können die Rechenressourcen Ihrer API je nach Traffic automatisch skalieren, sodass die Leistung ohne Überbereitstellung gewährleistet wird.

Verwaltete Dienste

Der Cloud-Anbieter kümmert sich um die zugrunde liegende Infrastruktur, die Serverwartung und das Einspielen von Sicherheitspatches, sodass sich Ihr Team auf die Logik der API konzentrieren kann.

Globale Reichweite

Sie können Ihre API ganz einfach in Rechenzentren auf der ganzen Welt bereitstellen und so die Latenz für Ihre Nutzerbasis reduzieren.

Integrierte Tools

Cloud-Plattformen bieten ein umfangreiches Ökosystem integrierter Dienste für Datenbanken, Monitoring, Logging und CI/CD, was den gesamten Entwicklungslebenszyklus vereinfacht.

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Dieser Dienst wurde mit Vertex AI erstellt. Nutzer müssen mindestens 18 Jahre alt sein, um ihn verwenden zu können. Geben Sie keine vertraulichen oder personenbezogenen Daten ein.

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