رایانش ابری

رابط زبان برنامه نویسی یا API چیست؟

بازدید: 139 آخرین به‌روزرسانی: 11 مرداد 1404

مقدمه

در عصر دیجیتال که فناوری‌های گوناگون به‌صورت یکپارچه با یکدیگر تعامل دارند، رابط‌های برنامه‌نویسی کاربردی (APIها) نقشی محوری در ایجاد ارتباط بین سیستم‌ها، برنامه‌ها و خدمات ایفا می‌کنند. از برنامه‌های هواشناسی که اطلاعات به‌روز را نمایش می‌دهند تا وب‌سایت‌هایی که امکان ورود با حساب‌های شبکه‌های اجتماعی را فراهم می‌کنند، APIها به‌عنوان واسطه‌هایی قدرتمند، تبادل داده و عملکرد را ممکن می‌سازند. این راهنما با هدف ارائه توضیحی جامع و دقیق، به بررسی چیستی API، نحوه عملکرد و کاربردهای آن، مراحل ساخت یک API و بهترین شیوه‌های توسعه و استفاده از آن می‌پردازد. این مقاله برای توسعه‌دهندگان نرم‌افزار، مهندسان فناوری و کاربرانی که به درک فناوری‌های مدرن علاقه‌مند هستند طراحی شده است و اطلاعات لازم برای یادگیری و بهره‌گیری از APIها را به‌صورت منسجم و قابل اعتماد ارائه می‌دهد.

API چیست؟

رابط برنامه‌نویسی کاربردی (API) مجموعه‌ای از پروتکل‌ها، استانداردها و ابزارهایی است که به برنامه‌های نرم‌افزاری امکان می‌دهد با یکدیگر ارتباط برقرار کنند و داده‌ها را به اشتراک بگذارند. API مانند یک واسطه عمل می‌کند که درخواست‌ها را از یک برنامه (client یا سرویس‌گیرنده) دریافت کرده، به سیستم مقصد (server یا سرویس‌دهنده) منتقل می‌کند و پاسخ مناسب را بازمی‌گرداند؛ بدون آنکه جزئیات داخلی سیستم‌ها افشا شود. برای مثال، هنگامی که در یک برنامه هواشناسی، وضعیت هوای یک شهر را جست‌وجو می‌کنید، برنامه، درخواستی را به API هواشناسی ارسال می‌کند و داده‌هایی مانند دما یا رطوبت را دریافت و نمایش می‌دهد.

ویژگی‌های کلیدی APIها:

استانداردسازی: APIها از پروتکل‌های مشخص مانند HTTP یا REST پیروی می‌کنند.

انتزاع: پیچیدگی‌های داخلی سیستم را مخفی کرده و تنها اطلاعات ضروری را ارائه می‌دهند.

قابلیت استفاده مجدد: امکان استفاده از یک API در چندین برنامه یا پروژه را فراهم می‌کنند.

نحوه عملکرد API

APIها بر اساس مدل درخواست-پاسخ (Request-Response) عمل می‌کنند و معمولاً از پروتکل‌های HTTP/HTTPS برای ارتباط استفاده می‌کنند. فرآیند عملکرد API به‌صورت زیر است:

ارسال درخواست: سرویس‌گیرنده (مانند اپلیکیشن موبایل یا وب‌سایت)، درخواستی به یک نقطه پایانی (Endpoint) مشخص، که یک آدرس URL است، ارسال می‌کند. این درخواست شامل اطلاعاتی مانند نوع عملیات (GET، POST، PUT، DELETE)، پارامترها و اطلاعات احراز هویت است.
پردازش درخواست: سرور API، درخواست را دریافت، آن را اعتبارسنجی کرده و با تعامل با پایگاه‌های داده یا سیستم‌های دیگر، آن را پردازش می‌کند.
ارسال پاسخ: سرور، پاسخی را معمولاً در قالب داده‌های ساختاریافته مانند JSONیا XML بازمی‌گرداند که شامل داده‌های درخواستی یا پیام وضعیت (مانند موفقیت یا خطا) است.

مثال: اپلیکیشن هواشناسی درخواستی به API ارسال می‌کند. مانند:

https://api.weatherapi.com/v1/current.json?key=your_key&q=Tehran

سرور، داده‌های هواشناسی تهران را بازیابی کرده و اطلاعاتی مانند دما و رطوبت را در قالب JSON بازمی‌گرداند.

بیایید با هم اجزای اصلی API را بشناسیم:

نقطه پایانی (Endpoint): آدرس URL مشخصی که API از طریق آن قابل دسترسی است (مانند /users یا /weather).

متدها: عملیات HTTP مانند GET (دریافت داده)، POST (ایجاد داده)، PUT (به‌روزرسانی داده) و DELETE (حذف داده).

هدرها (Headers): اطلاعات فرداده (metadata) مانند توکن‌های احراز هویت یا نوع محتوا (مانند Content-Type: application/json).

داده‌های انتقال داده شده (Payload): داده‌هایی که در درخواست ارسال یا در پاسخ دریافت می‌شوند.

کدهای وضعیت: نشان‌دهنده نتیجه درخواست (مانند 200 OK برای موفقیت یا 404 Not Found برای خطا).

انواع APIها

وابسته به نیاز و معماری سیستم، انواع مختلفی از APIها وجود دارند که هر کدام مزایا و کاربردهای خاص خود را دارند.

APIهای REST:

رابط‌های انتقال حالت نمایشی (REST) رایج‌ترین نوع API هستند که از متدهای HTTP استفاده می‌کنند و بدون حالت (Stateless) هستند. این APIها سبک، مقیاس‌پذیر و پرکاربردند (مانند API توییتر).

* مزایا:

مقیاس‌پذیری: به دلیل بدون حالت بودن، سرورها می‌توانند درخواست‌های متعدد را به‌صورت موازی پردازش کنند.

سادگی: استفاده از استانداردهای HTTP باعث می‌شود توسعه و یکپارچه‌سازی آسان باشد.

پشتیبانی گسترده: اکثر زبان‌های برنامه‌نویسی و ابزارها با REST سازگارند.

* معایب:

محدودیت در داده‌ها: ممکن است داده‌های اضافی (Over-fetching) یا ناکافی (Under-fetching) ارائه شود.

عدم پشتیبانی ذاتی از ارتباطات بلادرنگ: برای برنامه‌های بلادرنگ نیاز به ابزارهای مکمل مانند WebSocket است.

* کاربردها:

شبکه‌های اجتماعی (مانند API توییتر برای دریافت توییت‌ها)، خدمات ابری (مانند API AWS)، و اپلیکیشن‌های وب و موبایل.

* مثال عملی

API توییتر (X) امکان دریافت توییت‌های یک کاربر را از طریق درخواست GET به آدرس /2/users/:id/tweets فراهم می‌کند.

منبع پیشنهادی: برای اطلاعات بیشتر، به آموزش REST API در سایت ابررایانه سیمرغ مراجعه کنید.

APIهای SOAP:

SOAP (Simple Object Access Protocol) از XML برای تبادل داده‌ها استفاده می‌کند و معمولاً در سیستم‌های سازمانی که نیاز به امنیت بالا و تراکنش‌های پیچیده دارند، به کار می‌رود. SOAP پروتکلی سخت‌گیرانه‌تر از REST است و استانداردهای مشخصی برای پیام‌رسانی و امنیت دارد.

* مزایا:

امنیت بالا: پشتیبانی از استانداردهای امنیتی مانند WS-Security برای احراز هویت و رمزنگاری.

قابلیت اطمینان: مناسب برای تراکنش‌های حساس مانند عملیات بانکی.

پشتیبانی از پروتکل‌های متنوع: علاوه بر HTTP، از پروتکل‌هایی مانند SMTP نیز پشتیبانی می‌کند.

* معایب:

پیچیدگی: استفاده از XML و ساختارهای پیچیده، توسعه را دشوارتر می‌کند.

عملکرد پایین‌تر: به دلیل حجم بالای داده‌های XML، نسبت به REST کندتر است.

* کاربردها:

سیستم‌های بانکی، مدیریت هویت سازمانی، و سرویس‌های مخابراتی.

APIهای GraphQL:

GraphQL یک زبان پرس‌وجو (Query Language) برای APIهاست که به سرویس‌گیرنده اجازه می‌دهد دقیقاً داده‌های موردنیاز خود را درخواست کند. برخلاف REST که ممکن است داده‌های اضافی یا ناکافی ارائه دهد، GraphQL انعطاف‌پذیری بیشتری در انتخاب داده‌ها فراهم می‌کند.

* مزایا:

دقت در داده‌ها: کلاینت می‌تواند مشخص کند چه داده‌هایی نیاز دارد، که باعث کاهش حجم داده‌های ارسالی می‌شود.

انعطاف‌پذیری: امکان ترکیب چندین درخواست در یک پرس‌وجو.

توسعه سریع‌تر: تغییرات در سرور نیازی به تغییر ساختار کلاینت ندارد.

* معایب:

پیچیدگی سرور: پیاده‌سازی سرور GraphQL پیچیده‌تر از REST است.

مدیریت کش: کش کردن درخواست‌ها به دلیل انعطاف‌پذیری بالا دشوارتر است.

* کاربردها:

برنامه‌هایی با نیازهای داده‌ای پویا، مانند داشبوردهای تحلیلی یا اپلیکیشن‌های شبکه‌های اجتماعی (مانند API گیت‌هاب).

APIهای WebSocket:

APIهای WebSocket برای ارتباطات دوطرفه و بلادرنگ طراحی شده‌اند و برخلاف مدل درخواست-پاسخ سنتی، یک اتصال مداوم بین سرویس‌گیرنده و سرویس‌دهنده ایجاد می‌کنند. این APIها برای برنامه‌هایی که نیاز به به‌روزرسانی‌های فوری دارند، ایده‌آل‌ هستند.

* مزایا:

ارتباط بلادرنگ: امکان ارسال و دریافت داده‌ها به‌صورت همزمان و بدون تأخیر.

کارایی بالا: کاهش سربار نسبت به درخواست‌های مکرر HTTP.

* معایب:

پیچیدگی پیاده‌سازی: مدیریت اتصالات مداوم نیاز به زیرساخت پیچیده دارد.

مقیاس‌پذیری دشوار: برای تعداد زیادی کاربر، نیاز به سرورهای قوی‌تر است.

* کاربردها:

برنامه‌های چت، بازی‌های آنلاین، و داشبوردهای به‌روزرسانی زنده (مانند نمایش قیمت سهام).

APIهای gRPC:

gRPC یک فریم‌ورک توسعه‌یافته توسط گوگل است که از پروتکل‌های بافر (Protocol Buffers) برای تبادل داده‌ها استفاده می‌کند. این APIها برای سیستم‌هایی با نیاز به عملکرد بالا و تأخیر کم طراحی شده‌اند و معمولاً در معماری‌های میکروسرویس به کار می‌روند.

* مزایا:

عملکرد بالا: استفاده از پروتکل HTTP/2 و فرمت باینری Protocol Buffers باعث کاهش تأخیر و حجم داده‌ها می‌شود.

پشتیبانی از چند زبان: ابزارهای gRPC در زبان‌های مختلف قابل استفاده‌اند.

قابلیت پخش جریانی: پشتیبانی از پخش جریانی یا Sreaming دوطرفه و یک‌طرفه.

* معایب:

پیچیدگی اولیه: نیاز به یادگیری Protocol Buffers و تنظیمات اضافی.

پشتیبانی محدود در مرورگرها: بیشتر برای ارتباطات سرور به سرور مناسب است.

* کاربردها:

سیستم‌های میکروسرویس، برنامه‌های ابری با عملکرد بالا، و IoT.

چگونه یک API بسازیم؟

ساخت یک API شامل طراحی، پیاده‌سازی و استقرار سرویسی است که سایر برنامه‌ها بتوانند از آن استفاده کنند. در ادامه، مراحل ساخت یک REST API ساده با استفاده از Node.js و Express شرح داده شده است.

گام ۱: برنامه‌ریزی API

تعیین هدف: مشخص کنید API شما چه داده‌ها یا عملکردی ارائه می‌دهد (مانند مدیریت کاربران یا محصولات).

طراحی نقاط پایانی: URLها و متدهای موردنیاز را تعریف کنید (مانند GET /users یا POST /users).

انتخاب فناوری: از فناوری‌هایی مانند Node.js، پایتون (Flask/Django) یا جاوا (Spring) استفاده کنید.

گام ۲: آماده‌سازی محیط توسعه

ابتدا Node.js و npm را نصب کنید، سپس یک پروژه جدید ایجاد کنید:

mkdir my-api

cd my-api

npm init -y

npm install express

گام ۳: پیاده‌سازی API

کد زیر یک API ساده برای مدیریت کاربران ایجاد می‌کند:

const express = require('express');
const app = express();
const port = 3000;

// Middleware برای پردازش درخواست‌های JSON
app.use(express.json());

// داده‌های نمونه
let users = [
  { id: 1, name: 'name1' },
  { id: 2, name: 'name2' }
];

// دریافت همه کاربران
app.get('/api/users', (req, res) => {
  res.json(users);
});

// دریافت کاربر با شناسه
app.get('/api/users/:id', (req, res) => {
  const user = users.find(u => u.id === parseInt(req.params.id));
  if (!user) return res.status(404).json({ message: 'not found' });
  res.json(user);
});

// افزودن کاربر جدید
app.post('/api/users', (req, res) => {
  const newUser = {
    id: users.length + 1,
    name: req.body.name
  };
  users.push(newUser);
  res.status(201).json(newUser);
});

// راه‌اندازی سرور
app.listen(port, () => {
  console.log(`API is running http://localhost:${port}`);
});

گام ۴: آزمایش API

از ابزارهایی مانند Postman یا cURL برای آزمایش نقاط پایانی استفاده کنید:

curl http://localhost:3000/api/users
curl -X POST -H "Content-Type: application/json" -d '{"name":"name1"}' http://localhost:3000/api/users

گام ۵: افزودن امنیت

برای ایمن‌سازی API، از روش‌هایی مانند کلیدهای API، OAuth یا توکن‌های JWT استفاده کنید. برای مثال، پکیج jsonwebtoken برای احراز هویت JWT مناسب است.

گام ۶: استقرار API

API را روی پلتفرم‌هایی مانند Heroku، AWS یا Vercel مستقر کنید. اطمینان حاصل کنید که مستندات مناسب با استفاده از ابزارهایی مانند Swagger/OpenAPI ارائه شده است.

گام ۷: مستندسازی API

مستندات جامعی ارائه دهید که شامل موارد زیر باشد:

توضیحات نقاط پایانی
نمونه‌های درخواست و پاسخ
جزئیات احراز هویت
کدهای خطا و پیام‌های مربوطه

کاربردهای API در دنیای واقعی

APIها در بسیاری از جنبه‌های فناوری مدرن نقش دارند. برخی از کاربردهای کلیدی آن‌ها عبارت‌اند از:

ادغام با شبکه‌های اجتماعی: APIها امکان اشتراک‌گذاری محتوا یا ورود به سیستم با حساب‌های شبکه‌های اجتماعی (مانند گوگل یا توییتر) را فراهم می‌کنند.

تجارت الکترونیک: درگاه‌های پرداخت مانند Stripe یا PayPal از APIها برای پردازش تراکنش‌ها استفاده می‌کنند.

اینترنت اشیا (IoT): دستگاه‌های هوشمند مانند ترموستات‌ها یا دوربین‌های امنیتی از APIها برای ارتباط با اپلیکیشن‌ها بهره می‌برند.

تجمیع داده‌ها: برنامه‌های خبری یا اپلیکیشن‌های تجمیع داده از APIها برای جمع‌آوری اطلاعات از منابع مختلف استفاده می‌کنند.

فرآیند خودکارسازی: ابزارهایی مانند Zapier با استفاده از APIها، فرآیندهای کاری را بین برنامه‌های مختلف خودکار می‌کنند.

برای توسعه‌دهندگان، APIها زمان توسعه را کاهش می‌دهند، زیرا عملکردهای آماده را ارائه می‌کنند. برای کاربران عادی، APIها تجربه کاربری را بدون نیاز به درک جزئیات فنی بهبود می‌بخشند.

API هوش مصنوعی یا یادگیری ماشین چیست؟

API هوش مصنوعی یا یادگیری ماشین (AI/ML API) رابط برنامه‌نویسی کاربردی‌ای است که قابلیت‌های یک مدل هوش مصنوعی یا یادگیری ماشین را از طریق درخواست‌های استاندارد (مانند HTTP) در دسترس برنامه‌های دیگر قرار می‌دهد. این APIها به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهند بدون نیاز به درک جزئیات پیچیده مدل (مانند معماری شبکه عصبی یا فرآیند آموزش)، از خروجی‌های آن (مانند پیش‌بینی، طبقه‌بندی، یا تولید محتوا) استفاده کنند. AI/ML APIها معمولاً داده‌های ورودی (مانند متن، تصویر یا داده‌های عددی) را دریافت کرده، آن‌ها را با استفاده از مدل پردازش می‌کنند و نتایج را در قالب داده‌های ساختاریافته (مانند JSON) بازمی‌گردانند.

ویژگی‌های کلیدی AI/ML APIها:

دسترسی ساده: توسعه‌دهندگان می‌توانند با ارسال درخواست‌های HTTP از مدل‌های پیچیده استفاده کنند.

مقیاس‌پذیری: امکان ارائه خدمات به تعداد زیادی کاربر از طریق زیرساخت‌های ابری را دارند.

انتزاع: جزئیات فنی مدل (مانند الگوریتم‌ها یا پارامترها) از کاربر مخفی می‌ماند.

انعطاف‌پذیری: قابلیت ادغام با اپلیکیشن‌های وب، موبایل یا سیستم‌های سازمانی را دارند.

کاربردها:

پردازش زبان طبیعی (NLP): مانند APIهای ترجمه متن (Google Translate) یا تحلیل احساسات.

پردازش تصویر: مانند APIهای تشخیص چهره یا شناسایی اشیا (Amazon Rekognition).

پیش‌بینی و تحلیل داده: مانند پیش‌بینی قیمت یا تشخیص تقلب.

تولید محتوا: مانند APIهای تولید متن (مانند APIهای مدل‌های زبانی).

مثال عملی: فرض کنید یک مدل یادگیری ماشین برای پیش‌بینی قیمت خانه بر اساس ویژگی‌هایی مانند متراژ و تعداد اتاق دارید. با تبدیل این مدل به API، یک اپلیکیشن وب می‌تواند با ارسال ویژگی‌های یک خانه، قیمت پیش‌بینی‌شده را دریافت کند.

مزایا:

امکان استفاده از مدل‌های سنگین بدون نیاز به منابع محاسباتی قوی در سمت سرویس‌گیرنده.
تسریع توسعه اپلیکیشن‌ها با استفاده از مدل‌های آماده.
قابلیت به‌روزرسانی مدل بدون تغییر در سمت سرویس‌گیرنده.

چالش‌ها:

نیاز به مدیریت منابع محاسباتی برای مدل‌های سنگین (مانند پردازنده گرافیکی).

آیا می‌دانستید ابررایانه سیمرغ مجهز به پردازنده‌های گرافیکی قدرتمند مانند H200 با 141 گیگابایت رم گرافیکی یا vram است که نیازهای شما به منابع محاسباتی پیشرفته را به‌طور کامل برآورده می‌کند؟

امنیت داده‌های ورودی و خروجی، به‌ویژه در کاربردهای حساس مانند پزشکی.
بهینه‌سازی برای تأخیر کم و پاسخ‌گویی سریع.

جمع‌بندی

رابط‌های برنامه‌نویسی کاربردی (APIها) ستون فقرات فناوری مدرن هستند که امکان ارتباط یکپارچه بین برنامه‌ها و خدمات را فراهم می‌کنند. با تنوع انواع APIها، از REST و GraphQL گرفته تا WebSocket و gRPC، توسعه‌دهندگان می‌توانند بر اساس نیاز پروژه خود بهترین گزینه را انتخاب کنند. همچنین، با پیشرفت هوش مصنوعی، APIهای AI/ML به ابزاری کلیدی برای ارائه قابلیت‌های مدل‌های یادگیری ماشین به برنامه‌های دیگر تبدیل شده‌اند. چه توسعه‌دهنده‌ای باشید که قصد دارد APIهای کارآمد و امن طراحی کند یا مدل‌های هوش مصنوعی را به سرویس‌های قابل دسترس تبدیل کند، چه کاربری که می‌خواهد از قابلیت‌های API برای خودکارسازی یا بهبود تجربه کاربری استفاده کند، درک APIها دریچه‌ای به سوی امکانات بی‌پایان باز می‌کند. با رعایت بهترین شیوه‌ها، مطالعه مستندات و بهره‌گیری از ابزارهای موجود، می‌توانید از ظرفیت کامل APIها برای خلق نوآوری یا ساده‌سازی وظایف روزمره بهره ببرید. اکنون زمان آن است که با APIها شروع کنید و به دنیای فناوری‌های متصل بپیوندید.