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Creare API RESTful per applicazioni cloud IoT

The API (Interfacce di Programmazione Applicativa) svolgono un ruolo cruciale nell’ambito delle applicazioni IoT. Esse fungono da ponte tra i dispositivi fisici e le applicazioni cloud, consentendo ai dispositivi di inviare dati, ricevere comandi e comunicare con il mondo esterno. Le API semplificano l’accesso ai dati e le operazioni su di essi, permettendo agli sviluppatori di creare applicazioni intelligenti e reattive che sfruttano al meglio il potenziale dell’IoT.
La scalabilità è un aspetto critico nella progettazione delle API IoT. Con il crescere del numero di dispositivi connessi e dei dati generati, è essenziale garantire che le API possano gestire carichi di lavoro crescenti in modo efficiente. Per rendere le API scalabili, è possibile adottare diverse strategie:

  1. Architettura a Microservizi
    Strutturare le API in modo modulare, suddividendole in microservizi indipendenti. Questo consente di distribuire e scalare ciascun componente separatamente in risposta alla domanda, stando attenti a non compromettere eccessivamente le prestazioni.
  2. Utilizzo di Servizi di Cloud functions
    Sfruttare i servizi di cloud functions, come AWS Lambda o Azure Functions, che consentono di eseguire il codice solo quando necessario, evitando sprechi di risorse e garantendo una scalabilità automatica.
  3. Cache dei Dati
    Implementare una cache dei dati per ridurre il carico sulle risorse sottostanti. La cache può essere utilizzata per memorizzare temporaneamente i risultati delle richieste frequenti e ridurre il tempo di risposta complessivo.
  4. Load Balancing
    Utilizzare il Load Balancing per distribuire il carico tra più istanze della propria applicazione. Ciò garantisce che il traffico venga gestito in modo uniforme e che la crescita del traffico possa essere gestita senza problemi. Se si vuole scalare è possibile farlo in due modi: orizzontalmente (via preferibile) o verticalmente.Scalare orizzontalmente significa creare istanze multiple della propria applicazione che vengono bilanciate da un load balancer.Scalare verticalmente significa semplicemente aumentare le risorse hardware della singola macchina che ospita il server.Mentre lo scaling orizzontale non ha limiti (potenzialmente si possono aggiungere macchine infinite), lo scaling verticale è limitato dalle possibilità dell’hardware in commercio.
  5. Monitoraggio Costante
    Monitorare costantemente le prestazioni delle API utilizzando strumenti di monitoraggio e analisi. Questo consente di identificare eventuali punti critici e di apportare miglioramenti in tempo reale.

The API svolgono un ruolo centrale nelle applicazioni IoT, consentendo la comunicazione e la gestione dei dati tra dispositivi e applicazioni cloud. La scalabilità è fondamentale per garantire che le API possano gestire carichi di lavoro in crescita e adattarsi alle esigenze mutevoli dell’IoT. Seguendo le migliori pratiche e adottando strategie di scalabilità adeguate, è possibile creare API IoT robuste e performanti che contribuiscono al successo del vostro progetto IoT.

Che cosa sono le API RESTful?

The API RESTful (Representational State Transfer) sono un’architettura software utilizzata per la progettazione di servizi web che consentono la comunicazione e lo scambio di dati tra diverse applicazioni o sistemi distribuiti su Internet. Questo approccio si basa su un insieme di principi chiari e uniformi che ne definiscono il funzionamento tecnico.
Vediamo insieme quali sono i concetti chiave per la creazione di API RESTful:

  • Risorse: Le risorse sono oggetti o dati che le API RESTful gestiscono. Ad esempio, una risorsa potrebbe essere un utente, un articolo, o qualsiasi altra entità che si desidera accedere o manipolare tramite l’API.
  • URI (Uniform Resource Identifier): Ogni risorsa è identificata da un URI unico, che funge da suo indirizzo. Ad esempio, un URI potrebbe essere https://api.example.com/users/123, dove /users/123 identifica una risorsa utente specifica.
  • Metodi HTTP: Le API RESTful utilizzano i metodi HTTP standard per definire le operazioni che possono essere eseguite su una risorsa. I metodi principali includono:
    GET: Utilizzato per recuperare i dati di una risorsa.
    POST: Utilizzato per creare una nuova risorsa.
    PUT: Utilizzato per aggiornare una risorsa esistente.
    DELETE: Utilizzato per rimuovere una risorsa.
  • Stato delle Risorse: Lo stato delle risorse può variare nel tempo tramite le operazioni CRUD: Create, Read, Update, Delete. Ognuna di queste è tradizionalmente associata ad uno specifico metodo HTTP.
  • Rappresentazione: Le risorse possono essere rappresentate in vari formati, ma attualmente i più comuni sono JSON (JavaScript Object Notation) e XML (eXtensible Markup Language). Le rappresentazioni dei dati vengono scambiate tra client e server durante le richieste e le risposte.
  • Statelessness (Assenza di Stato): Una delle caratteristiche fondamentali delle API RESTful è la mancanza di stato. Ogni richiesta del client al server deve contenere tutte le informazioni necessarie per comprenderla, il che semplifica la scalabilità e la gestione delle richieste parallele.
  • Interfaccia Uniforme: Le API RESTful seguono un’interfaccia uniforme, il che significa che seguono un insieme coerente di regole e convenzioni, come l’utilizzo dei metodi HTTP e la struttura dei dati in formato JSON o XML. Questo favorisce la semplicità e l’interoperabilità.
  • Client-Server Separation: Le API RESTful promuovono la separazione tra il client e il server. Il client e il server sono considerati indipendenti, e questa separazione consente una maggiore scalabilità e flessibilità nell’architettura delle applicazioni.

In sintesi, le API RESTful sono un modello architetturale per la progettazione di servizi web basati su HTTP. Questo approccio è ampiamente utilizzato per creare servizi web scalabili, interoperabili e stateless che consentono la comunicazione tra diverse applicazioni o servizi su Internet. Le API RESTful seguono principi chiari e uniformi per la gestione delle risorse, l’utilizzo dei metodi HTTP e la rappresentazione dei dati, garantendo una comunicazione efficiente e coesa.

1. REST: Architettura Orientata alle Risorse
Le API RESTful si basano sull’architettura orientata alle risorse, dove ogni risorsa è identificata da un URI (Uniform Resource Identifier) unico. Nella progettazione di API IoT, le risorse possono rappresentare dispositivi, sensori, dati o qualsiasi altra entità significativa.

2. Metodi HTTP
I metodi HTTP standard (GET, POST, PUT, DELETE, ecc.) vengono utilizzati per interagire con le risorse. Ad esempio, il metodo GET può essere utilizzato per recuperare dati da un sensore, mentre il metodo POST può essere utilizzato per inviare dati a un dispositivo.

3. Formato dei Dati
Le API RESTful utilizzano formati di dati comuni come JSON o XML per rappresentare le informazioni. JSON è spesso preferito per la sua leggibilità e la facilità di analisi da parte delle applicazioni.

Come creare API RESTful: esempio pratico

L’esempio che riportiamo di seguito mostra la costruzione di una semplice APi per gestire le operazioni di lettura, creazione e rimozione della risorsa chiamata “libro”. Il controller si occupa di esporre l’interfaccia dell’APi  all’utente finale, senza implementare alcuna logica. Questa verrà racchiusa completamente nel livello dei servizi.

In un’applicazione completa, BookService dovrebbe comunicare direttamente con un qualche tipo di database per persistere i cambiamenti sulla risorsa libro.

In questo esempio, per semplicità, viene tutto salvato in memoria. Le modifiche all’array books sono quindi perse ad ogni riavvio del server

L’utente tramite le api ha le possibilità di ottenere la lista completa dei libri o le informazioni di un singolo libro, inserirne uno nuovo e cancellarlo.

Per generare i file basta usare i comandi

nest generate module book
nest generate controller book
nest generate service book

 

Best practice per la creazione di API RESTful per connettere oggetti

1. Autenticazione e Autorizzazione

Proteggere le API con autenticazione e autorizzazione adeguate. Utilizzare token JWT (JSON Web Token) o altri meccanismi per garantire che solo utenti autorizzati possano accedere alle risorse.

2. Versionamento

Includere il numero di versione nell’URI delle API (ad esempio, /v1/temperature) per garantire la retrocompatibilità quando si apportano modifiche.

3. Limitare le Richieste

Implementare limiti sulle richieste per evitare abusi e sovraccarico del server. Ad esempio, è possibile limitare il numero di richieste al minuto da parte di un singolo client.

4. Monitoraggio e Analisi

Utilizzare strumenti di monitoraggio e analisi per tenere traccia delle prestazioni delle API e delle metriche di utilizzo. Questo aiuta a individuare e risolvere problemi rapidamente.

5. Documentazione Chiara

Fornire documentazione chiara e dettagliata delle API, inclusi esempi di utilizzo e spiegazioni dei parametri. Strumenti come Swagger possono semplificare la creazione di documentazione interattiva.


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