详解Go语言RESTful JSON API创建

RESTful API在Web项目开发中广泛使用，本文针对Go语言如何一步步实现RESTful JSON API进行讲解， 另外也会涉及到RESTful设计方面的话题。

也许我们之前有使用过各种各样的API, 当我们遇到设计很糟糕的API的时候，简直感觉崩溃至极。希望通过本文之后，能对设计良好的RESTful API有一个初步认识。

JSON API是什么?

JSON之前，很多网站都通过XML进行数据交换。如果在使用过XML之后，再接触JSON, 毫无疑问，你会觉得世界多么美好。这里不深入JSON API的介绍，有兴趣可以参考jsonapi。

基本的Web服务器

从根本上讲，RESTful服务首先是Web服务。 因此我们可以先看看Go语言中基本的Web服务器是如何实现的。下面例子实现了一个简单的Web服务器，对于任何请求，服务器都响应请求的URL回去。

package main

import (
  "fmt"
  "html"
  "log"
  "net/http"
)

func main() {
  http.HandleFunc("/", func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    fmt.Fprintf(w, "Hello, %q", html.EscapeString(r.URL.Path))
  })

  log.Fatal(http.ListenAndServe(":8080", nil))
}

上面基本的web服务器使用Go标准库的两个基本函数HandleFunc和ListenAndServe。

func HandleFunc(pattern string, handler func(ResponseWriter, *Request)) {
  DefaultServeMux.HandleFunc(pattern, handler)
}

func ListenAndServe(addr string, handler Handler) error {
  server := &Server{Addr: addr, Handler: handler}
  return server.ListenAndServe()
}

运行上面的基本web服务，就可以直接通过浏览器访问http://localhost:8080来访问。

> go run basic_server.go

添加路由

虽然标准库包含有router, 但是我发现很多人对它的工作原理感觉很困惑。 我在自己的项目中使用过各种不同的第三方router库。 最值得一提的是Gorilla Web ToolKit的mux router。

另外一个流行的router是来自Julien Schmidt的叫做httprouter的包。

package main

import (
  "fmt"
  "html"
  "log"
  "net/http"

  "github.com/gorilla/mux"
)

func main() {
  router := mux.NewRouter().StrictSlash(true)
  router.HandleFunc("/", Index)

  log.Fatal(http.ListenAndServe(":8080", router))
}

func Index(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
  fmt.Fprintf(w, "Hello, %q", html.EscapeString(r.URL.Path))
}

要运行上面的代码，首先使用go get获取mux router的源代码：

> go get github.com/gorilla/mux

上面代码创建了一个基本的路由器，给请求"/"赋予Index处理器，当客户端请求http://localhost:8080/的时候，就会执行Index处理器。

如果你足够细心，你会发现之前的基本web服务访问http://localhost:8080/abc能正常响应: 'Hello, "/abc"', 但是在添加了路由之后，就只能访问http://localhost:8080了。 原因很简单，因为我们只添加了对"/"的解析，其他的路由都是无效路由，因此都是404。

创建一些基本的路由

既然我们加入了路由，那么我们就可以再添加更多路由进来了。

假设我们要创建一个基本的ToDo应用， 于是我们的代码就变成下面这样：

package main

import (
  "fmt"
  "log"
  "net/http"

  "github.com/gorilla/mux"
)

func main() {
  router := mux.NewRouter().StrictSlash(true)
  router.HandleFunc("/", Index)
  router.HandleFunc("/todos", TodoIndex)
  router.HandleFunc("/todos/{todoId}", TodoShow)

  log.Fatal(http.ListenAndServe(":8080", router))
}

func Index(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
  fmt.Fprintln(w, "Welcome!")
}

func TodoIndex(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
  fmt.Fprintln(w, "Todo Index!")
}

func TodoShow(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
  vars := mux.Vars(r)
  todoId := vars["todoId"]
  fmt.Fprintln(w, "Todo Show:", todoId)
}

在这里我们添加了另外两个路由: todos和todos/{todoId}。

这就是RESTful API设计的开始。

请注意最后一个路由我们给路由后面添加了一个变量叫做todoId。

这样就允许我们传递id给路由，并且能使用具体的记录来响应请求。

基本模型

路由现在已经就绪，是时候创建Model了，可以用model发送和检索数据。在Go语言中，model可以使用结构体来实现，而其他语言中model一般都是使用类来实现。

package main

import (
  "time"
)

type Todo struct {
  Name   string
  Completed bool
  Due    time.Time
}

type Todos []Todo

上面我们定义了一个Todo结构体，用于表示待做项。 另外我们还定义了一种类型Todos, 它表示待做列表，是一个数组，或者说是一个分片。

稍后你就会看到这样会变得非常有用。

返回一些JSON

我们有了基本的模型，那么我们可以模拟一些真实的响应了。我们可以为TodoIndex模拟一些静态的数据列表。

package main

import (
  "encoding/json"
  "fmt"
  "log"
  "net/http"

  "github.com/gorilla/mux"
)

// ...

func TodoIndex(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
  todos := Todos{
    Todo{Name: "Write presentation"},
    Todo{Name: "Host meetup"},
  }

  json.NewEncoder(w).Encode(todos)
}

// ...

现在我们创建了一个静态的Todos分片来响应客户端请求。注意，如果你请求http://localhost:8080/todos, 就会得到下面的响应:

[
  {
    "Name": "Write presentation",
    "Completed": false,
    "Due": "0001-01-01T00:00:00Z"
  },
  {
    "Name": "Host meetup",
    "Completed": false,
    "Due": "0001-01-01T00:00:00Z"
  }
]

更好的Model

对于经验丰富的老兵来说，你可能已经发现了一个问题。响应JSON的每个key都是首字母答写的，虽然看起来微不足道，但是响应JSON的key首字母大写不是习惯的做法。 那么下面教你如何解决这个问题:

type Todo struct {
  Name   string  `json:"name"`
  Completed bool   `json:"completed"`
  Due    time.Time `json:"due"`
}

其实很简单，就是在结构体中添加标签属性， 这样可以完全控制结构体如何编排(marshalled)成JSON。

拆分代码

到目前为止，我们所有代码都在一个文件中。显得杂乱， 是时候拆分代码了。我们可以将代码按照功能拆分成下面多个文件。

我们准备创建下面的文件，然后将相应代码移到具体的代码文件中:

1. main.go: 程序入口文件。
2. handlers.go: 路由相关的处理器。
3. routes.go: 路由。
4. todo.go: todo相关的代码。

package main

import (
  "encoding/json"
  "fmt"
  "net/http"

  "github.com/gorilla/mux"
)

func Index(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
  fmt.Fprintln(w, "Welcome!")
}

func TodoIndex(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
  todos := Todos{
    Todo{Name: "Write presentation"},
    Todo{Name: "Host meetup"},
  }

  if err := json.NewEncoder(w).Encode(todos); err != nil {
    panic(err)
  }
}

func TodoShow(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
  vars := mux.Vars(r)
  todoId := vars["todoId"]
  fmt.Fprintln(w, "Todo show:", todoId)
}

package main

import (
  "net/http"

  "github.com/gorilla/mux"
)

type Route struct {
  Name    string
  Method   string
  Pattern   string
  HandlerFunc http.HandlerFunc
}

type Routes []Route

func NewRouter() *mux.Router {

  router := mux.NewRouter().StrictSlash(true)
  for _, route := range routes {
    router.
      Methods(route.Method).
      Path(route.Pattern).
      Name(route.Name).
      Handler(route.HandlerFunc)
  }

  return router
}

var routes = Routes{
  Route{
    "Index",
    "GET",
    "/",
    Index,
  },
  Route{
    "TodoIndex",
    "GET",
    "/todos",
    TodoIndex,
  },
  Route{
    "TodoShow",
    "GET",
    "/todos/{todoId}",
    TodoShow,
  },
}

package main

import "time"

type Todo struct {
  Name   string  `json:"name"`
  Completed bool   `json:"completed"`
  Due    time.Time `json:"due"`
}

type Todos []Todo

package main
import (
  "log"
  "net/http"
)

func main() {
  router := NewRouter()
  log.Fatal(http.ListenAndServe(":8080", router))
}

更好的Routing

我们重构的过程中，我们创建了一个更多功能的routes文件。 这个新文件利用了一个包含多个关于路由信息的结构体。 注意，这里我们可以指定请求的类型，例如GET, POST, DELETE等等。

输出Web日志

在拆分的路由文件中，我也包含有一个不可告人的动机。稍后你就会看到，拆分之后很容易使用另外的函数来修饰http处理器。

首先我们需要有对web请求打日志的能力，就像很多流行web服务器那样的。 在Go语言中，标准库里边没有web日志包或功能, 因此我们需要自己创建。

package logger
import (
  "log"
  "net/http"
  "time"
)

func Logger(inner http.Handler, name string) http.Handler {
  return http.HandlerFunc(func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    start := time.Now()
    inner.ServeHTTP(w, r)
    log.Printf(
      "%s\t%s\t%s\t%s",
      r.Method,
      r.RequestURI,
      name,
      time.Since(start),
    )
  })
}

上面我们定义了一个Logger函数，可以给handler进行包装修饰。

这是Go语言中非常标准的惯用方式。其实也是函数式编程的惯用方式。 非常有效，我们只需要将Handler传入该函数， 然后它会将传入的handler包装一下，添加web日志和耗时统计功能。

应用Logger修饰器

要应用Logger修饰符， 我们可以创建router， 我们只需要简单的将我们所有的当前路由都包到其中， NewRouter函数修改如下:

func NewRouter() *mux.Router {

  router := mux.NewRouter().StrictSlash(true)
  for _, route := range routes {
    var handler http.Handler

    handler = route.HandlerFunc
    handler = Logger(handler, route.Name)

    router.
      Methods(route.Method).
      Path(route.Pattern).
      Name(route.Name).
      Handler(handler)
  }

  return router
}

现在再次运行我们的程序，我们就可以看到日志大概如下:

2014/11/19 12:41:39 GET /todos TodoIndex 148.324us

这个路由文件太疯狂...让我们重构它吧

路由routes文件现在已经变得稍微大了些， 下面我们将它分解成多个文件:

1. routes.go
2. router.go

package main

import "net/http"

type Route struct {
  Name    string
  Method   string
  Pattern   string
  HandlerFunc http.HandlerFunc
}

type Routes []Route

var routes = Routes{
  Route{
    "Index",
    "GET",
    "/",
    Index,
  },
  Route{
    "TodoIndex",
    "GET",
    "/todos",
    TodoIndex,
  },
  Route{
    "TodoShow",
    "GET",
    "/todos/{todoId}",
    TodoShow,
  },
}

package main

import (
  "net/http"

  "github.com/gorilla/mux"
)

func NewRouter() *mux.Router {
  router := mux.NewRouter().StrictSlash(true)
  for _, route := range routes {
    var handler http.Handler
    handler = route.HandlerFunc
    handler = Logger(handler, route.Name)

    router.
      Methods(route.Method).
      Path(route.Pattern).
      Name(route.Name).
      Handler(handler)

  }
  return router
}

另外再承担一些责任

到目前为止，我们已经有了一些相当好的样板代码(boilerplate), 是时候重新审视我们的处理器了。我们需要稍微多的责任。 首先修改TodoIndex，添加下面两行代码:

func TodoIndex(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
  todos := Todos{
    Todo{Name: "Write presentation"},
    Todo{Name: "Host meetup"},
  }
  w.Header().Set("Content-Type", "application/json; charset=UTF-8")
  w.WriteHeader(http.StatusOK)
  if err := json.NewEncoder(w).Encode(todos); err != nil {
    panic(err)
  }
}

这里发生了两件事。 首先，我们设置了响应类型并告诉客户端期望接受JSON。第二，我们明确的设置了响应状态码。

Go语言的net/http服务器会尝试为我们猜测输出内容类型(然而并不是每次都准确的), 但是既然我们已经确切的知道响应类型，我们总是应该自己设置它。

稍等片刻，我们的数据库在哪里?

很明显，如果我们要创建RESTful API, 我们需要一些用于存储和检索数据的地方。然而，这个是不是本文的范围之内， 因此我们将简单的创建一个非常简陋的模拟数据库(非线程安全的)。

我们创建一个repo.go文件，内容如下：

package main

import "fmt"

var currentId int

var todos Todos

// Give us some seed data
func init() {
  RepoCreateTodo(Todo{Name: "Write presentation"})
  RepoCreateTodo(Todo{Name: "Host meetup"})
}

func RepoFindTodo(id int) Todo {
  for _, t := range todos {
    if t.Id == id {
      return t
    }
  }
  // return empty Todo if not found
  return Todo{}
}

func RepoCreateTodo(t Todo) Todo {
  currentId += 1
  t.Id = currentId
  todos = append(todos, t)
  return t
}
func RepoDestroyTodo(id int) error {
  for i, t := range todos {
    if t.Id == id {
      todos = append(todos[:i], todos[i+1:]...)
      return nil
    }
  }
  return fmt.Errorf("Could not find Todo with id of %d to delete", id)
}

给Todo添加ID

我们创建了模拟数据库，我们使用并赋予id, 因此我们相应的也需要更新我们的Todo结构体。

package main
import "time"
type Todo struct {
  Id    int    `json:"id"`
  Name   string  `json:"name"`
  Completed bool   `json:"completed"`
  Due    time.Time `json:"due"`
}
type Todos []Todo

更新我们的TodoIndex

要使用数据库，我们需要在TodoIndex中检索数据。修改代码如下:

func TodoIndex(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
  w.Header().Set("Content-Type", "application/json; charset=UTF-8")
  w.WriteHeader(http.StatusOK)
  if err := json.NewEncoder(w).Encode(todos); err != nil {
    panic(err)
  }
}

POST JSON

到目前为止，我们只是输出JSON, 现在是时候进入存储一些JSON了。

在routes.go文件中添加如下路由：

Route{
  "TodoCreate",
  "POST",
  "/todos",
  TodoCreate,
},

Create路由

func TodoCreate(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
  var todo Todo
  body, err := ioutil.ReadAll(io.LimitReader(r.Body, 1048576))
  if err != nil {
    panic(err)
  }
  if err := r.Body.Close(); err != nil {
    panic(err)
  }
  if err := json.Unmarshal(body, &todo); err != nil {
    w.Header().Set("Content-Type", "application/json; charset=UTF-8")
    w.WriteHeader(422) // unprocessable entity
    if err := json.NewEncoder(w).Encode(err); err != nil {
      panic(err)
    }
  }

  t := RepoCreateTodo(todo)
  w.Header().Set("Content-Type", "application/json; charset=UTF-8")
  w.WriteHeader(http.StatusCreated)
  if err := json.NewEncoder(w).Encode(t); err != nil {
    panic(err)
  }
}

首先我们打开请求的body。 注意我们使用io.LimitReader。这样是保护服务器免受恶意攻击的好方法。假设如果有人想要给你服务器发送500GB的JSON怎么办？

我们读取body以后，我们解构Todo结构体。 如果失败，我们作出正确的响应，使用恰当的响应码422， 但是我们依然使用json响应回去。 这样可以允许客户端理解有错发生了， 而且有办法知道到底发生了什么错误。

最后，如果所有都通过了，我们就响应201状态码，表示请求创建的实体已经成功创建了。 我们同样还是响应回代表我们创建的实体的json， 它会包含一个id, 客户端可能接下来需要用到它。

POST一些JSON

我们现在有了伪repo, 也有了create路由，那么我们需要post一些数据。 我们使用curl通过下面的命令来达到这个目的:

代码如下：

curl -H "Content-Type: application/json" -d '{"name": "New Todo"}' http://localhost:8080/todos

如果你再次通过http://localhost:8080/todos访问，大概会得到下面的响应:

[
  {
    "id": 1,
    "name": "Write presentation",
    "completed": false,
    "due": "0001-01-01T00:00:00Z"
  },
  {
    "id": 2,
    "name": "Host meetup",
    "completed": false,
    "due": "0001-01-01T00:00:00Z"
  },
  {
    "id": 3,
    "name": "New Todo",
    "completed": false,
    "due": "0001-01-01T00:00:00Z"
  }
]

我们还没有做的事情

虽然我们已经有了很好的开端，但是还有很多事情没有做：

1. 版本控制: 如果我们需要修改API, 结果完全改变了怎么办? 可能我们需要在我们的路由开头加上/v1/prefix?
2. 授权: 除非这些都是公开/免费API, 我们可能还需要授权。 建议学习JSON web tokens的东西。

eTag - 如果你正在构建一些需要扩展的东西，你可能需要实现eTag。

还有什么?

对于所有项目来说，开始都很小，但是很快就变得失控了。但是如果我们想要将它带到另外一个层次， 让他生产就绪， 还有一些额外的事情需要做:

1. 大量重构(refactoring).
2. 为这些文件创建几个包，例如一些JSON助手、修饰符、处理器等等。
3. 测试， 使得，你不能忘记这点。这里我们没有做任何测试。对于生产系统来说，测试是必须的。

源代码：https://github.com/corylanou/tns-restful-json-api

总结

对我来说，最重要的，需要记住的是我们要建立一个负责任的API。 发送适当的状态码，header等，这些是API广泛采用的关键。我希望本文能让你尽快开始自己的API。

参考链接

Go语言RESTful JSON API实现
JSON API
Gorilla Web Toolkit
httprouter
JSON Web Tokens
eTag