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理解REST软件架构

    文/骆古道

一种思维方式影响了软件行业的发展。REST软件架构是当今世界上最成功的互联网的超媒体分布式系统。它让人们真正理解我们的网络协议HTTP本来面貌。它正在成为网络服务的主流技术，同时也正在改变互联网的网络软件开发的全新思维方式。AJAX技术和Rails框架把REST软件架构思想真正地在实际中很好表现出来。今天微软也已经应用REST并且提出把我们现有的网络变成为一个语义网，这种网络将会使得搜索更加智能化。

REST与HTTP协议

REST软件架构是由Roy Thomas Fielding博士在2000年首次提出的。他为我们描绘了开发基于互联网的网络软件的蓝图。REST软件架构是一个抽象的概念，是一种为了实现这一互联网的超媒体分布式系统的行动指南。利用任何的技术都可以实现这种理念。而实现这一软件架构最著名的就是HTTP协议。通常我们把REST也写作为REST/HTTP，在实际中往往把REST理解为基于HTTP的REST软件架构，或者更进一步把REST和HTTP看作为等同的概念。

今天，HTTP是互联网上应用最广泛的计算机协议。HTTP不是一个简单的运载数据的协议，而是一个具有丰富内涵的网络软件的协议。它不仅仅能够对于互联网资源进行唯一定位，而且还能告诉我们对于该资源进行怎样运作。这也是REST软件架构当中最重要的两个理念。而REST软件架构理念是真正理解HTTP协议而形成的。有了REST软件架构理念出现，才使得软件业避免了对HTTP协议的片面理解。只有正确的理论指导，才能避免在软件开发的实际工作过程中少走弯路。

REST与URI（资源定位）

REST软件架构之所以是一个超媒体系统，是因为它可以把网络上所有资源进行唯一的定位，不管你的文件是图片、文件Word还是视频文件，也不管你的文件是txt文件格式、xml文件格式还是其它文本文件格式。它利用支持HTTP的TCP/IP协议来确定互联网上的资源。

REST与CRUD原则

REST软件架构遵循了CRUD原则，该原则告诉我们对于资源（包括网络资源）只需要四种行为：创建（Create）、获取（Read）、更新（Update）和销毁（DELETE）就可以完成对其操作和处理了。其实世界万物都是遵循这一规律的：生、变、见、灭。所以计算机世界也不例外。这个原则是源自于我们对于数据库表的数据操作：insert（生）、select（见）、update（变）和delete（灭），所以有时候CRUD也写作为RUDI，其中的I就是insert。这四个操作是一种原子操作，即一种无法再分的操作，通过它们可以构造复杂的操作过程，正如数学上四则运算是数字的最基本的运算一样。

REST与网络服务

尽管在Java语言世界中网络服务目前是以SOAP技术为主，但是REST将是网络服务的另一选择，并且是真正意义上的网络服务。基于REST思想的网络服务，不久的将来也会成为是网络服务的主流技术。REST不仅仅把HTTP作为自己的数据运输协议，而且也作为直接进行数据处理的工具。而当前的网络服务技术都需要使用其它手段来完成数据处理工作，它们完全独立于HTTP协议来进行的，这样增加了大量的复杂软件架构设计工作。REST的思想充分利用了现有的HTTP技术的网络能力。在德国电视台上曾经出现过一个这样的五十万欧元智力题：如何实现网络服务才能充分利用现有的HTTP协议？该问题给出了四个答案：去问微软；WSDL2.0/SOAP1.2；WS-Transfer；根本没有。这个问题告诉我们HTTP并不是一个简单的数据传来传去的协议，而是一个聪明的会表现自己的协议，这也许是REST = Representational State Transfer的真正含义。

实际上目前很多大公司已经采用了REST技术作为网络服务，如Google、Amazon等。在Java语言中重要的两个以SOAP技术开始的网络服务框架XFire和Axis也把REST作为自己的另一种选择。它们的新的项目分别是Apache CXF 和Axis2 。Java语言也制定关于REST网络服务规范：JAX-RS: Java API for RESTful Web Services (JSR 311)。相信还会出现更多与REST相关的激动人心的信息。

REST与AJAX技术

尽管AJAX技术的出现才不到两年时间，但是AJAX技术遵循了REST的一些重要原则。AJAX技术充分利用了HTTP来获取网络资源并且实现了HTTP没有的对于异步数据进行传输的功能。AJAX技术还使得软件更好地实现分布性功能，在一个企业内只要一个人下载了AJAX引擎，其它企业内部的人员，就可以共享该资源了。AJAX技术遵守REST准则的应用程序中简单和可伸缩的架构，凡是采用AJAX技术的页面简洁而又丰富，一个页面表现了丰富多彩的形态。

AJAX技术还使用了一种不同于XML格式的JSON文件格式，这个意义在哪里呢？在REST软件架构下我们不能对于XML文件进行序列化处理，这样程序员必须要使用自己的XML绑定框架。而以序列化的JavaScript对象为基础的JSON已经获得了广泛认可，它被认为能以远比XML更好的方式来序列化和传输简单数据结构，而且它更简洁。这对REST是一个极大贡献和补充。

当前的网络应用软件还违背了REST的“无状态服务器”约束。REST服务器只知道自己的状态。REST不关心客户端的状态，客户端的状态自己来管理，这是AJAX技术的应用之地。通过AJAX技术，可以发挥有状态网络客户机的优势。而REST的服务器关心的是从所有网络客户端发送到服务器操作的顺序。这样使得互联网这样一个巨大的网络得到有序的管理。

REST与Rails框架

Ruby on Rails框架（简称Rails或者Rails框架）是一个基于Ruby语言的越来越流行的网络应用软件开发框架。它提供了关于REST最好的支持，也是当今应用REST最成功的一个软件开发框架。Rails框架（从版本1.2.x起）成为了第一个引入REST作为核心思想的主流网络软件开发框架。在Rails框架的充分利用了REST软件架构之后，人们更加坚信REST的重要性和必要性。Rails利用REST软件架构思想对网络服务也提供了一流的支持。从最直观的角度看待REST，它是网络服务最理想的手段，但是Rails框架把REST带到了网络应用软件开发框架。这是一次飞跃，让REST的思想从网络服务的应用提升到了网络应用软件开发。利用REST思想的simply_restful插件已经成为了Rails框架的核心内容。

REST安全性

我们把现有基于SOAP的网络服务和基于REST/HTTP网络服务作个比喻，前者是一种传统的寄信方式，而后者是现代网络的电子邮件方式。要是寄信和电子邮件都有病毒存在的话，传统的寄信被送到对方就很危险，而电子邮件是开发的，电子邮件供应商比如Google为我们检查了电子邮件是否有病毒。这里并不是说明SOAP网络服务消息容易包含病毒，而是说明HTTP是无法处理SOAP信息包究竟好不好，需要额外的软件工具解决这一问题，包括防火墙也用不上和管不了。

REST/HTTP网络服务的信息包可以被防火墙理解和控制。你可以按照操作和链接进行过滤信息包，如你可以规定从外部来的只能读取（GET操作）自己服务器的资源。这样对于系统管理员而言使得软件管理更为简单。REST的安全性还可以利用传输安全协议SSL/TLS、基本和摘要式认证（Basic und Digest Authentication）。除了这些REST自身的安全性功能外，还可以利用像基于信息的Web Services Security（JSR 155）作为REST不错的补充。

作者简介：骆古道，网名Cnruby，八十年代初毕业于西北工业大学数理力学系，1988年公派留学德国，从事组合最优化理论研究，从九十年代初期起一直致力于计算机领域软件开发、设计和管理等方面工作，个人博客为“道喜技术日记”。

1. C语言不是面向对象语言。因为这一点，任何学习C语言的人必须学会用函数思考问题。当你真正的去学习一门面向对象语言时，就会有C语言的函数学习基础去对比。这会使学习面向对象编程更容易理解和更有乐趣。
2. 用C编程就像进行智力体操。你要顾及到每一件事情，而这在很多其他语言中他会为你处理。你要管理指针，内存分配，和内存回收。你要明白如何处理串，还有动态数据。在其他语言中，所有这些对你来说是隐藏的。你不知道他们如何运行，更不用说改变他们的运行方式了。你得到了使用的便利，失却了对程序的控制和速度。很多情况下，这是笔值得的买卖。其他的情况下就不是这样了。
3. 不同情况下你会使用不同的编程语言。某些情况下要求使用Lisp,其他的要Java,还有别的要C＋＋。但是C是你坚实的基础。你可能不会使用它做一些项目，但是它会帮助提高你的能力，熟练的用其他语言编程。
4. 除了汇编语言之外，C代码生成的程序比其他任何语言生成的程序来得更小和运行更快。那么为什么不学汇编语言呢？汇编是一门学了很有用的语言，但是它没有C那样的可移植性，并且其他流行的语言比如JAVA的语法是基于C的，而不是汇编。你仍然应该学汇编，但它并不会证明它会像学C那样有用。
5. 如果你想要写一个视频游戏引擎或操作系统，你会需要C。你不能使用C#, Java, 或 Basic来完成这些编程任务。

　　博客的写作需要一定的搜索引擎优化(SEO)的技巧才可能得到良好的回报，这里有很简单的七个博客写作技巧和方法，虽然看起来很简单，但是这些技巧可以最大限度的使你的努力获得更多的收获和成果，目标只有一个：增加你的读者并且吸引他们阅读你的文章。

　　1、删除代词，并将其修改为描述性的名词

　　这个方法是为了帮助搜索引擎能更准确的索引和确定你文章的内容，名词有利于说明你的文章，并减少歧义，在大多数情况下，代词都很多余，并限制你的文章达到其应有的最高潜力。

　　2、为你的文章选择准确描述性标题

　　这对于你来说可能不是个新闻，因为这是优化策略中非常重要的一部分，不过，根据我的经验，一个理想的标的长度通常是4-7个英文单词，标题应该转却的反映文章内容，并且尝试使用最重要的关键词短语。

　　3、在第一段中强化你的标题关键词

　　你已经选择了一个非常不错的标题栏，那么，你应该不能就此为止吧，在你正文第第一段中，你应该补充你标题的主要内容：

　　1)一个精确的短语来匹配标题中的内容。

　　2)增加一些额外的关键词。

　　4、文章内容至少150个单词

　　短小的内容会遭到搜索引擎惩罚，但是关键内容过于稀释的话可能伤害更大，因此，我推荐150-250的高关键词密度，并减少代名词。对于参考文章和HOW-TO类型的文章，我一般推荐500个以上的单词，这样就很容易超过关键词优化的界限，以避免遭到搜索引擎的人为惩罚，通常最好关键词分布在三段之中。也许很多人对于这点有不同的意见，但是文章的长度的确非常重要，尝试不同的技巧，你会最终尝到甜头。

　　5、使用超级链接文字推广你的文章

　　即使只有一个链接到你的文章，那也是很好的，关键是要添加链接，同样重要的是，链接中的锚文本要和文章标题的关键字匹配。

　　通过一些社会化的工具，例如DIGG等可以将你的文章推送到社会化网络中，以便获得更多人的推荐。另外，还要鼓励他人在自己的博客中对其进行评论，每一个博客都在寻找写作的主题，所以一篇好的文章往往会得到充分认可。

　　6、鼓励相互交流

　　你写的每一篇文章，对于你来说都是一个机会，你可以借机和你的读者进行交流，有很多方法可以鼓励留言评论，但重要的是，你要重视你的读者们的看法，问他们有什么想法，或者对他们提出一些有挑战性的问题。

　　7、让用户能轻松订阅

　　可能你并不知道什么是RSS Feed，但是你依旧可以建立一个RSS Feed的订阅基础，一个Feed订户很可能会在未来经常访问你的博客，如果你想换个花样，你可以考虑每月通过电子邮件的方式发送一篇通讯稿，无论使用哪种形式，你都应该鼓励大家订阅，无论是在文章的底部还是在顶部，用粗体字呼吁大家订阅你的博客。

　　好了，以上就是7个文章写作技巧，可以让你的博客文章最大限度的在搜索引擎上表现良好。

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架构原理
Apache通常是开源界的首选Web服务器，因为它的强大和可靠，已经具有了品牌效应，可以适用于绝大部分的应用场合。但是它的强大有时候却显得笨重，配置文件得让人望而生畏，高并发情况下效率不太高。而轻量级的Web服务器Lighttpd却是后起之秀，其静态文件的响应能力远高于Apache，据说是Apache的2-3倍。Lighttpd的高性能和易用性，足以打动我们，在它能够胜任的领域，尽量用它。Lighttpd对PHP的支持也很好，还可以通过Fastcgi方式支持其他的语言，比如Python。

毕竟Lighttpd是轻量级的服务器，功能上不能跟Apache比，某些应用无法胜任。比如Lighttpd还不支持缓存，而现在的绝大部分站点都是用程序生成动态内容，没有缓存的话即使程序的效率再高也很难满足大访问量的需求，而且让程序不停的去做同一件事情也实在没有意义。首先，Web程序是需要做缓存处理的，即把反复使用的数据做缓存。即使这样也还不够，单单是启动Web处理程序的代价就不少，缓存最后生成的静态页面是必不可少的。而做这个是 Squid的强项，它本是做代理的，支持高效的缓存，可以用来给站点做反向代理加速。把Squid放在Apache或者Lighttpd的前端来缓存 Web服务器生成的动态内容，而Web应用程序只需要适当地设置页面实效时间即可。

即使是大部分内容动态生成的网站，仍免不了会有一些静态元素，比如图片、JS脚本、CSS等等，将Squid放在Apache或者Lighttp前端后，反而会使性能下降，毕竟处理HTTP请求是Web服务器的强项。而且已经存在于文件系统中的静态内容再在Squid中缓存一下，浪费内存和硬盘空间。因此可以考虑将Lighttpd再放在Squid的前面，构成 Lighttpd+Squid+Apache的一条处理链，Lighttpd在最前面，专门用来处理静态内容的请求，把动态内容请求通过proxy模块转发给Squid，如果Squid中有该请求的内容且没有过期，则直接返回给Lighttpd。新请求或者过期的页面请求交由Apache中Web程序来处理。经过Lighttpd和Squid的两级过滤，Apache需要处理的请求将大大减少，减少了Web应用程序的压力。同时这样的构架，便于把不同的处理分散到多台计算机上进行，由Lighttpd在前面统一把关。

在这种架构下，每一级都是可以进行单独优化的，比如Lighttpd可以采用异步IO方式，Squid可以启用内存来缓存，Apache可以启用MPM 等，并且每一级都可以使用多台机器来均衡负载，伸缩性很好。

实例讲解
下面以daviesliu.net和rainbud.net域下面的几个站点为例来介绍一下此方案的具体做法。daviesliu.net域下有几个用 mod_python实现的blog站点，几个php的站点，一个mod_python的小程序，以后可能还会架设几个PHP和Django的站点。而服务器非常弱，CPU为Celeron 500，内存为PC 100 384M，因此比较关注Web服务器的效率。这几个站点都是采用虚拟主机方式，开在同一台机器的同一个端口上。

Lighttpd服务于80端口，Squid运行在3128端口，Apache运行在81端口。

Lighttpd的配置
多个域名采用/var/www/domain/subdomain 的目录结构，用evhost模块配置document-root如下：

evhost.path-pattern        =  var.basedir + "/%0/%3/"

FtpSearch中有Perl脚本，需要启用CGI支持，它是用来做ftp站内搜索的，缓存的意义不大，直接由lighttpd的mod_cgi处理：

$HTTP["url"] =~ "^/cgi-bin/" { # only allow cgi's in this directory
    dir-listing.activate = "disable"    # disable directory listings
    cgi.assign = ( ".pl"   =>  "/usr/bin/perl", ".cgi"  =>  "/usr/bin/perl" )
}

bbs使用的是phpBB，访问量不大，可以放在lighttpd(fastcgi)或者apache(mod_php)下，暂时使用 lighttpd，设置所有.php的页面请求有fastcgi处理：

fastcgi.server = ( ".php" =>  ( (  "host"  => "127.0.0.1", "port"=> 1026,  "bin-path"  =>  "/usr/bin/php-cgi"  )  ) )

blog.daviesliu.net 和 blog.rainbud.net 是用mod_python编写的blogxp程序，所有静态内容都有扩展名，而动态内容没有扩展名。blogxp是用python程序生成XML格式的数据再交由mod_xslt转换成HTML页面，只能放在Apache下运行。该站点采用典型Lighttpd+Squid+Apache方式处理：

$HTTP["host"] =~ "^blog" {
    $HTTP["url"] !~ "." {     
        proxy.server = ( "" => ( "localhost" => ( "host"=> "127.0.0.1", "port"=> 3128 ) ) )  #3128端口为
    }
}

share中有静态页面，也有用mod_python处理的请求，在/cgi/下：

$HTTP["host"] =~ "^share" {
    proxy.server = (
        "/cgi" => ( "localhost" => ( "host"=> "127.0.0.1", "port"=> 3128 )  ) 
    )
}

Squid的配置
只允许本地访问：

http_port   3128
http_access allow localhost
http_access deny all

启用反向代理：

 httpd_accel_host 127.0.0.1
 httpd_accel_port 81                   #apache的端口
 httpd_accel_single_host on
 httpd_accel_with_proxy on          #启用缓存
 httpd_accel_uses_host_header on #启用虚拟主机支持

此方向代理支持该主机上的所有域名。

Apache的配置
配置/etc/conf.d/apache2，让其加载mod_python、mod_xslt、mod_php模块：

APACHE2_OPTS="-D PYTHON -D XSLT -D PHP5"

所有网站的根目录：

<Directory "/var/www">
   AllowOverride All     #允许.htaccess覆盖
    Order allow,deny
    Allow from all
</Directory>

基于域名的虚拟主机：

<VirtualHost *:81>
ServerName blog.daviesliu.net
DocumentRoot /var/www/daviesliu.net/blog
</VirtualHost>

这里明显没有lighttpd的evhost配置方便。

blog.daviesliu.net下的.htaccess设置(便于开发，不用重启Apache):

SetHandler mod_python
PythonHandler blogxp.publisher
PythonDebug On
PythonAutoReload On

<FilesMatch ".">
    SetHandler None        #静态文件直接由Apache处理
</FilesMatch>

<IfModule mod_xslt.c>
    AddType text/xsl .xsl  #防止对xsl文件进行转化
    AddOutputFilterByType mod_xslt text/xml
    XSLTCache off
    XSLTProcess on
</IfModule>
Header set Pragma "cache"
Header set Cache-Control "cache"

在blogxp.publisher里面，还需要设置返回的文档类型和过期时间：

    req.content_type = "text/xml"
    req.headers_out['Expires'] = formatdate( time.time() + 60 * 5 )

经过这样的配置，所有站点都可以通过80、3128、81三个端口进行正常访问，80端口用作对外的访问，以减少负荷。81端口可以用作开发时的调试，没有缓存的困扰。

性能测试
由于时间和精力有限，下面只用ab2做一个并不规范的性能对比测试(每项都测多次取平均)，评价指标为每秒钟的请求数。
测试命令,以测试lighttpd上并发10个请求 scripts/prototype.js 为例：

ab2 -n 1000 -c 10 http://blog.daviesliu.net:80/scripts/prototype.js

静态内容：prototype.js (27kB)

Con
 Lighttpd(:80)
 Squid(:3128)
 Apache(:81)
 
1
 380
 210
 240
 
10
 410
 215
 240
 
100
 380
 160
 230
 
可见在静态内容上，Lighttpd表现强劲，而Squid在没有配内存缓存的情况下比另两个Web服务器的性能要差些。

动态页面：/rss (31kB)

Con
 Lighttpd(:80)
 Squid(:3128)
 Apache(:81)
 
1
 103
 210
 6.17
 
10
 110
 200
 6.04
 
100
 100
 100
 6.24
 

在动态内容上，Squid的作用非常明显，而Lighttpd受限于Squid的效率，并且还要低一大截。如果是有多台Squid来做均衡的话，Lighttpd的功效才能发挥出来。
在单机且静态内容很少的情况下，可以不用Lighttpd而将Squid置于最前面。