Hypermedia As The Engine Of Application State (HATEOAS)

HATEOAS（Hypermedia as the engine of application state）是 REST 架构风格中最复杂的约束，也是构建成熟 REST 服务的核心。它的重要性在于打破了客户端和服务器之间严格的契约，使得客户端可以更加智能和自适应，而 REST 服务本身的演化和更新也变得更加容易。

HATEOAS的优点有:

具有可进化性并且能自我描述

超媒体(Hypermedia, 例如超链接)驱动如何消费和使用API, 它告诉客户端如何使用API, 如何与API交互, 例如: 如何删除资源, 更新资源, 创建资源, 如何访问下一页资源等等.

例如下面就是一个不使用HATEOAS的响应例子:

{
    "id" : 1,
    "body" : "My first blog post",
    "postdate" : "2015-05-30T21:41:12.650Z"
}

如果不使用HATEOAS的话, 可能会有这些问题:

客户端更多的需要了解API内在逻辑
如果API发生了一点变化(添加了额外的规则, 改变规则)都会破坏API的消费者.
API无法独立于消费它的应用进行进化.

如果使用HATEOAS:

{
    "id" : 1,
    "body" : "My first blog post",
    "postdate" : "2015-05-30T21:41:12.650Z",
    "links" : [
        {
            "rel" : "self",
            "href" : http://blog.example.com/posts/{id},
            "method" : "GET"
        },
　　　　　{
　　　　　　  "rel": "update-blog",
　　　　　　　"href": http://blog.example.com/posts/{id},
　　　　　　  "method" "PUT"
        }
        ....
    ] 
}

这个response里面包含了若干link, 第一个link包含着获取当前响应的链接, 第二个link则告诉客户端如何去更新该post.

Roy Fielding的一句名言: "如果在部署的时候客户端把它们的控件都嵌入到了设计中, 那么它们就无法获得可进化性, 控件必须可以实时的被发现. 这就是超媒体能做到的." ????

比如说针对上面的例子, 我可以在不改变响应主体结果的情况下添加另外一个删除的功能(link), 客户端通过响应里的links就会发现这个删除功能, 但是对其他部分都没有影响.

所以说HTTP协议还是很支持HATEOAS的:

如果你仔细想一下, 这就是我们平时浏览网页的方式. 浏览网站的时候, 我们并不关心网页里面的超链接地址是否变化了, 只要知道超链接是干什么就可以.

我们可以点击超链接进行跳转, 也可以提交表单, 这就是超媒体驱动应用程序(浏览器)状态的例子.

如果服务器决定改变超链接的地址, 客户端程序(浏览器)并不会因为这个改变而发生故障, 这就浏览器使用超媒体响应来告诉我们下一步该怎么做.

那么怎么展示这些link呢?

JSON和XML并没有如何展示link的概念. 但是HTML却知道, anchor元素:

<a href="uri" rel="type"  type="media type">

href包含了URI

rel则描述了link如何和资源的关系

type是可选的, 它表示了媒体的类型

为了支持HATEOAS, 这些形式就很有用了:

{
    ...
    "links" : [
        {
            "rel" : "self",
            "href" : http://blog.example.com/posts/{id},
            "method" : "GET"
        }
        ....
    ] 
}

method: 定义了需要使用的方法

rel: 表明了动作的类型

href: 包含了执行这个动作所包含的URI.

为了让ASP.NET Core Web API 支持HATEOAS, 得需要自己手动编写代码实现. 有两种办法:

静态类型方案: 需要基类(包含link)和包装类, 也就是返回的资源的ViewModel里面都含有link, 通过继承于同一个基类来实现.

动态类型方案: 需要使用例如匿名类或ExpandoObject等, 对于单个资源可以使用ExpandoObject, 而对于集合类资源则使用匿名类.

这一篇文章介绍如何实施第一种方案 -- 静态类型方案

首先需要准备一个asp.net core 2.0 web api的项目. 项目搭建的过程就不介绍了, 我的很多文章里都有介绍.

下面开始建立Domain Model -- Vehicle.cs:

using SalesApi.Core.Abstractions.DomainModels;

namespace SalesApi.Core.DomainModels
{
    public class Vehicle: EntityBase
    {
        public string Model { get; set; }
        public string Owner { get; set; }
    }
}

这里的父类EntityBase是我的项目特有的, 您可能不需要.

然后为这个类添加约束(数据库映射的字段长度, 必填等等) VehicleConfiguration.cs:

using Microsoft.EntityFrameworkCore.Metadata.Builders;
using SalesApi.Core.Abstractions.DomainModels;

namespace SalesApi.Core.DomainModels
{
    public class VehicleConfiguration : EntityBaseConfiguration<Vehicle>
    {
        public override void ConfigureDerived(EntityTypeBuilder<Vehicle> b)
        {
            b.Property(x => x.Model).IsRequired().HasMaxLength(50);
            b.Property(x => x.Owner).IsRequired().HasMaxLength(50);
        }
    }
}

然后把Vehicle添加到SalesContext.cs:

using Microsoft.EntityFrameworkCore;
using SalesApi.Core.Abstractions.Data;
using SalesApi.Core.DomainModels;

namespace SalesApi.Core.Contexts
{
    public class SalesContext : DbContextBase
    {
        public SalesContext(DbContextOptions<SalesContext> options)
            : base(options)
        {
        }

        protected override void OnModelCreating(ModelBuilder modelBuilder)
        {
            base.OnModelCreating(modelBuilder);
            modelBuilder.ApplyConfiguration(new ProductConfiguration());
            modelBuilder.ApplyConfiguration(new VehicleConfiguration());
            modelBuilder.ApplyConfiguration(new CustomerConfiguration());
        }

        public DbSet<Product> Products { get; set; }
        public DbSet<Vehicle> Vehicles { get; set; }
        public DbSet<Customer> Customers { get; set; }
    }
}

建立IVehicleRepository.cs:

using SalesApi.Core.Abstractions.Data;
using SalesApi.Core.DomainModels;

namespace SalesApi.Core.IRepositories
{
    public interface IVehicleRepository: IEntityBaseRepository<Vehicle>
    {
        
    }
}

这里面的IEntityBaseRepository也是我项目里面的类, 您可以没有.

然后实现这个VehicleRepository.cs:

using SalesApi.Core.Abstractions.Data;
using SalesApi.Core.DomainModels;
using SalesApi.Core.IRepositories;

namespace SalesApi.Repositories
{
    public class VehicleRepository : EntityBaseRepository<Vehicle>, IVehicleRepository
    {
        public VehicleRepository(IUnitOfWork unitOfWork) : base(unitOfWork)
        {
        }
    }
}

具体的实现是在我的泛型父类里面了, 所以这里没有代码, 您可能需要实现一下.

然后是重要的部分:

建立一个LinkViewMode.cs 用其表示超链接:

namespace SalesApi.Core.Abstractions.Hateoas
{
    public class LinkViewModel
    {
        public LinkViewModel(string href, string rel, string method)
        {
            Href = href;
            Rel = rel;
            Method = method;
        }
        
        public string Href { get; set; }
        public string Rel { get; set; }
        public string Method { get; set; }
    }
}

里面的三个属性正好就是超链接的三个属性.

然后建立LinkedResourceBaseViewModel.cs, 它将作为ViewModel的父类:

using System.Collections.Generic;
using SalesApi.Core.Abstractions.DomainModels;

namespace SalesApi.Core.Abstractions.Hateoas
{
    public abstract class LinkedResourceBaseViewModel: EntityBase
    {
        public List<LinkViewModel> Links { get; set; } = new List<LinkViewModel>();
    }
}

这样一个ViewModel就可以包含多个link了.

然后就可以建立VehicleViewModel了:

using SalesApi.Core.Abstractions.DomainModels;
using SalesApi.Core.Abstractions.Hateoas;

namespace SalesApi.ViewModels
{
    public class VehicleViewModel: LinkedResourceBaseViewModel
    {
        public string Model { get; set; }
        public string Owner { get; set; }
    }
}

注册Repository:

services.AddScoped<IVehicleRepository, VehicleRepository>();

注册Model/ViewModel到AutoMapper:

CreateMap<Vehicle, VehicleViewModel>();

CreateMap<VehicleViewModel, Vehicle>();

建立VehicleController.cs:

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Threading.Tasks;
using Microsoft.AspNetCore.Authorization;
using Microsoft.AspNetCore.JsonPatch;
using Microsoft.AspNetCore.Mvc;
using Microsoft.EntityFrameworkCore;
using SalesApi.Core.Abstractions.Hateoas;
using SalesApi.Core.DomainModels;
using SalesApi.Core.IRepositories;
using SalesApi.Core.Services;
using SalesApi.Shared.Enums;
using SalesApi.ViewModels;
using SalesApi.Web.Controllers.Bases;

namespace SalesApi.Web.Controllers
{
    [AllowAnonymous]
    [Route("api/sales/[controller]")]
    public class VehicleController : SalesBaseController<VehicleController>
    {
        private readonly IVehicleRepository _vehicleRepository;
        private readonly IUrlHelper _urlHelper;

        public VehicleController(
            ICoreService<VehicleController> coreService,
            IVehicleRepository vehicleRepository,
            IUrlHelper urlHelper) : base(coreService)
        {
            _vehicleRepository = vehicleRepository;
            this._urlHelper = urlHelper;
        }

        [HttpGet]
        [Route("{id}", Name = "GetVehicle")]
        public async Task<IActionResult> Get(int id)
        {
            var item = await _vehicleRepository.GetSingleAsync(id);
            if (item == null)
            {
                return NotFound();
            }
            var vehicleVm = Mapper.Map<VehicleViewModel>(item);
            return Ok(CreateLinksForVehicle(vehicleVm));
        }

        [HttpPost]
        public async Task<IActionResult> Post([FromBody] VehicleViewModel vehicleVm)
        {
            if (vehicleVm == null)
            {
                return BadRequest();
            }

            if (!ModelState.IsValid)
            {
                return BadRequest(ModelState);
            }

            var newItem = Mapper.Map<Vehicle>(vehicleVm);
            _vehicleRepository.Add(newItem);
            if (!await UnitOfWork.SaveAsync())
            {
                return StatusCode(500, "保存时出错");
            }

            var vm = Mapper.Map<VehicleViewModel>(newItem);

            return CreatedAtRoute("GetVehicle", new { id = vm.Id }, CreateLinksForVehicle(vm));
        }

        [HttpPut("{id}", Name = "UpdateVehicle")]
        public async Task<IActionResult> Put(int id, [FromBody] VehicleViewModel vehicleVm)
        {
            if (vehicleVm == null)
            {
                return BadRequest();
            }

            if (!ModelState.IsValid)
            {
                return BadRequest(ModelState);
            }
            var dbItem = await _vehicleRepository.GetSingleAsync(id);
            if (dbItem == null)
            {
                return NotFound();
            }
            Mapper.Map(vehicleVm, dbItem);
            _vehicleRepository.Update(dbItem);
            if (!await UnitOfWork.SaveAsync())
            {
                return StatusCode(500, "保存时出错");
            }

            return NoContent();
        }

        [HttpPatch("{id}", Name = "PartiallyUpdateVehicle")]
        public async Task<IActionResult> Patch(int id, [FromBody] JsonPatchDocument<VehicleViewModel> patchDoc)
        {
            if (patchDoc == null)
            {
                return BadRequest();
            }
            var dbItem = await _vehicleRepository.GetSingleAsync(id);
            if (dbItem == null)
            {
                return NotFound();
            }
            var toPatchVm = Mapper.Map<VehicleViewModel>(dbItem);
            patchDoc.ApplyTo(toPatchVm, ModelState);

            TryValidateModel(toPatchVm);
            if (!ModelState.IsValid)
            {
                return BadRequest(ModelState);
            }

            Mapper.Map(toPatchVm, dbItem);

            if (!await UnitOfWork.SaveAsync())
            {
                return StatusCode(500, "更新时出错");
            }

            return NoContent();
        }

        [HttpDelete("{id}", Name = "DeleteVehicle")]
        public async Task<IActionResult> Delete(int id)
        {
            var model = await _vehicleRepository.GetSingleAsync(id);
            if (model == null)
            {
                return NotFound();
            }
            _vehicleRepository.Delete(model);
            if (!await UnitOfWork.SaveAsync())
            {
                return StatusCode(500, "删除时出错");
            }
            return NoContent();
        }
private VehicleViewModel CreateLinksForVehicle(VehicleViewModel vehicle)
        {
            vehicle.Links.Add(
                new LinkViewModel(
                    href: _urlHelper.Link("GetVehicle", new { id = vehicle.Id }),
                    rel: "self",
                    method: "GET"));

            vehicle.Links.Add(
                new LinkViewModel(
                    href: _urlHelper.Link("UpdateVehicle", new { id = vehicle.Id }),
                    rel: "update_vehicle",
                    method: "PUT"));

            vehicle.Links.Add(
            new LinkViewModel(
                href: _urlHelper.Link("PartiallyUpdateVehicle", new { id = vehicle.Id }),
                rel: "partially_update_vehicle",
                method: "PATCH"));

            vehicle.Links.Add(
            new LinkViewModel(
                href: _urlHelper.Link("DeleteVehicle", new { id = vehicle.Id }),
                rel: "delete_vehicle",
                method: "DELETE"));

            return vehicle;
        }
    }
}

在Controller里, 查询方法返回的都是ViewModel, 我们需要为ViewModel生成Links, 所以我建立了CreateLinksForVehicle方法来做这件事.

假设客户通过API得到一个Vehicle的时候, 它可能会需要得到修改(整体修改和部分修改)这个Vehicle的链接以及删除这个Vehicle的链接. 所以我把这两个链接放进去了, 当然别忘了还有本身的链接也一定要放进去, 放在最前边.

这里我使用了IURLHelper, 它会通过Action的名字来定位Action, 所以我把相应Action都赋上了Name属性.

在ASP.NET Core 2.0里面使用IUrlHelper需要在Startup里面注册:

            services.AddSingleton<IHttpContextAccessor, HttpContextAccessor>();
            services.AddSingleton<IActionContextAccessor, ActionContextAccessor>();
            services.AddScoped<IUrlHelper>(factory =>
            {
                var actionContext = factory.GetService<IActionContextAccessor>()
                                        .ActionContext;
                return new UrlHelper(actionContext);
            });

最后, 在调用Get和Post方法返回的时候使用CreateLinksForVehicle方法对要返回的VehicleViewModel进行包装, 生成links.

下面我们可以使用POSTMAN来测试一下效果:

首先添加一笔数据:

返回结果:

没问题, 这就是我想要的效果.

然后看一下GET:

也没问题.

针对集合类返回结果

上面的例子都是返回单笔数据, 如果返回集合类的数据, 我当然可以遍历集合里的每一个数据, 然后做CreateLinksForVehicle. 但是这样就无法添加这个GET集合Action本身的link了. 所以针对集合类结果需要再做一个父类.

LinkedCollectionResourceWrapperViewModel.cs:

using System.Collections.Generic;

namespace SalesApi.Core.Abstractions.Hateoas
{
    public class LinkedCollectionResourceWrapperViewModel<T> : LinkedResourceBaseViewModel
        where T : LinkedResourceBaseViewModel
    {
        public LinkedCollectionResourceWrapperViewModel(IEnumerable<T> value)
        {
            Value = value;
        }

        public IEnumerable<T> Value { get; set; }
    }
}

这里, 我把集合数据包装到了这个类的value属性里.

然后在Controller里面添加另外一个方法:

        private LinkedCollectionResourceWrapperViewModel<VehicleViewModel> CreateLinksForVehicle(LinkedCollectionResourceWrapperViewModel<VehicleViewModel> vehiclesWrapper)
        {
            vehiclesWrapper.Links.Add(
                new LinkViewModel(_urlHelper.Link("GetAllVehicles", new { }),
                "self",
                "GET"
            ));

            return vehiclesWrapper;
        }

然后针对集合查询的ACTION我这样修改:

        [HttpGet(Name = "GetAllVehicles")]
        public async Task<IActionResult> GetAll()
        {
            var items = await _vehicleRepository.All.ToListAsync();
            var results = Mapper.Map<IEnumerable<VehicleViewModel>>(items);
            results = results.Select(CreateLinksForVehicle);
            var wrapper = new LinkedCollectionResourceWrapperViewModel<VehicleViewModel>(results);
            return Ok(CreateLinksForVehicle(wrapper));
        }

这里主要有三项工作:

通过results.Select(x => CreateLinksForVehicle(x)) 对集合的每个元素添加links.
然后把集合用上面刚刚建立的父类进行包装
使用刚刚建立的CrateLinksForVehicle重载方法对这个包装的集合添加本身的link.

最后看看效果:

嗯, 没问题.

这是第一种实现HATEOAS的方案, 另外一种等我稍微研究下再写.

下面是我的关于ASP.NET Core Web API相关技术的公众号--草根专栏:

使用静态基类方案让 ASP.NET Core 实现遵循 HATEOAS Restful Web API

Hypermedia As The Engine Of Application State (HATEOAS)

这一篇文章介绍如何实施第一种方案 -- 静态类型方案

针对集合类返回结果

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