api-design-principles

API 設計の原則

REST API と GraphQL API の設計原則を習得して、直感的で、スケーラブルかつ保守しやすく、開発者に喜ばれ、長く使える API を構築しましょう。

このスキルを使う場面

• 新しい REST API または GraphQL API を設計する
• 既存の API をリファクタリングして、使いやすさを向上させる
• チームの API 設計標準を確立する
• 実装前に API 仕様をレビューする
• API の設計パラダイムを移行する（REST から GraphQL など）
• 開発者にとって使いやすい API ドキュメントを作成する
• 特定のユースケース（モバイル、サードパーティとの連携など）に合わせて API を最適化する

コアコンセプト

1. RESTful 設計の原則

リソース指向アーキテクチャ

• リソースには動詞ではなく名詞（ユーザー、注文、商品など）を使います
• 操作には HTTP メソッド（GET、POST、PUT、PATCH、DELETE）を使います
• URL はリソースの階層を表します
• 一貫性のある命名規則を使います

HTTP メソッドの意味：

• GET：リソースを取得します（冪等かつ安全）
• POST：新しいリソースを作成します
• PUT：リソース全体を置き換えます（冪等）
• PATCH：リソースの一部を更新します
• DELETE：リソースを削除します（冪等）

2. GraphQL 設計の原則

スキーマファースト開発

• 型でドメインモデルを定義します
• データの読み取りにはクエリを使います
• データの変更にはミューテーションを使います
• リアルタイム更新にはサブスクリプションを使います

クエリ構造：

• クライアントは必要なデータだけをリクエストします
• 単一のエンドポイントで複数の操作を扱います
• 強い型付けのスキーマを使います
• イントロスペクションが組み込まれています

3. API バージョニング戦略

URL バージョニング：

/api/v1/users
/api/v2/users

ヘッダーバージョニング：

Accept: application/vnd.api+json; version=1

クエリパラメータバージョニング：

/api/users?version=1

REST API 設計パターン

パターン 1：リソースコレクションの設計

# Good: Resource-oriented endpoints
GET    /api/users              # List users (with pagination)
POST   /api/users              # Create user
GET    /api/users/{id}         # Get specific user
PUT    /api/users/{id}         # Replace user
PATCH  /api/users/{id}         # Update user fields
DELETE /api/users/{id}         # Delete user

# Nested resources
GET    /api/users/{id}/orders  # Get user's orders
POST   /api/users/{id}/orders  # Create order for user

# Bad: Action-oriented endpoints (avoid)
POST   /api/createUser
POST   /api/getUserById
POST   /api/deleteUser

パターン 2：ページネーションとフィルタリング

from typing import List, Optional
from pydantic import BaseModel, Field

class PaginationParams(BaseModel):
    page: int = Field(1, ge=1, description="Page number")
    page_size: int = Field(20, ge=1, le=100, description="Items per page")

class FilterParams(BaseModel):
    status: Optional[str] = None
    created_after: Optional[str] = None
    search: Optional[str] = None

class PaginatedResponse(BaseModel):
    items: List[dict]
    total: int
    page: int
    page_size: int
    pages: int

    @property
    def has_next(self) -> bool:
        return self.page < self.pages

    @property
    def has_prev(self) -> bool:
        return self.page > 1

# FastAPI endpoint example
from fastapi import FastAPI, Query, Depends

app = FastAPI()

@app.get("/api/users", response_model=PaginatedResponse)
async def list_users(
    page: int = Query(1, ge=1),
    page_size: int = Query(20, ge=1, le=100),
    status: Optional[str] = Query(None),
    search: Optional[str] = Query(None)
):
    # Apply filters
    query = build_query(status=status, search=search)

    # Count total
    total = await count_users(query)

    # Fetch page
    offset = (page - 1) * page_size
    users = await fetch_users(query, limit=page_size, offset=offset)

    return PaginatedResponse(
        items=users,
        total=total,
        page=page,
        page_size=page_size,
        pages=(total + page_size - 1) // page_size
    )

パターン 3：エラーハンドリングとステータスコード

from fastapi import HTTPException, status
from pydantic import BaseModel

class ErrorResponse(BaseModel):
    error: str
    message: str
    details: Optional[dict] = None
    timestamp: str
    path: str

class ValidationErrorDetail(BaseModel):
    field: str
    message: str
    value: Any

# Consistent error responses
STATUS_CODES = {
    "success": 200,
    "created": 201,
    "no_content": 204,
    "bad_request": 400,
    "unauthorized": 401,
    "forbidden": 403,
    "not_found": 404,
    "conflict": 409,
    "unprocessable": 422,
    "internal_error": 500
}

def raise_not_found(resource: str, id: str):
    raise HTTPException(
        status_code=status.HTTP_404_NOT_FOUND,
        detail={
            "error": "NotFound",
            "message": f"{resource} not found",
            "details": {"id": id}
        }
    )

def raise_validation_error(errors: List[ValidationErrorDetail]):
    raise HTTPException(
        status_code=status.HTTP_422_UNPROCESSABLE_ENTITY,
        detail={
            "error": "ValidationError",
            "message": "Request validation failed",
            "details": {"errors": [e.dict() for e in errors]}
        }
    )

# Example usage
@app.get("/api/users/{user_id}")
async def get_user(user_id: str):
    user = await fetch_user(user_id)
    if not user:
        raise_not_found("User", user_id)
    return user

パターン 4：HATEOAS（アプリケーション状態のエンジンとしてのハイパーメディア）

class UserResponse(BaseModel):
    id: str
    name: str
    email: str
    _links: dict

    @classmethod
    def from_user(cls, user: User, base_url: str):
        return cls(
            id=user.id,
            name=user.name,
            email=user.email,
            _links={
                "self": {"href": f"{base_url}/api/users/{user.id}"},
                "orders": {"href": f"{base_url}/api/users/{user.id}/orders"},
                "update": {
                    "href": f"{base_url}/api/users/{user.id}",
                    "method": "PATCH"
                },
                "delete": {
                    "href": f"{base_url}/api/users/{user.id}",
                    "method": "DELETE"
                }
            }
        )

GraphQL 設計パターン

パターン 1：スキーマ設計

# schema.graphql

# Clear type definitions
type User {
  id: ID!
  email: String!
  name: String!
  createdAt: DateTime!

  # Relationships
  orders(
    first: Int = 20
    after: String
    status: OrderStatus
  ): OrderConnection!

  profile: UserProfile
}

type Order {
  id: ID!
  status: OrderStatus!
  total: Money!
  items: [OrderItem!]!
  createdAt: DateTime!

  # Back-reference
  user: User!
}

# Pagination pattern (Relay-style)
type OrderConnection {
  edges: [OrderEdge!]!
  pageInfo: PageInfo!
  totalCount: Int!
}

type OrderEdge {
  node: Order!
  cursor: String!
}

type PageInfo {
  hasNextPage: Boolean!
  hasPreviousPage: Boolean!
  startCursor: String
  endCursor: String
}

# Enums for type safety
enum OrderStatus {
  PENDING
  CONFIRMED
  SHIPPED
  DELIVERED
  CANCELLED
}

# Custom scalars
scalar DateTime
scalar Money

# Query root
type Query {
  user(id: ID!): User
  users(
    first: Int = 20
    after: String
    search: String
  ): UserConnection!

  order(id: ID!): Order
}

# Mutation root
type Mutation {
  createUser(input: CreateUserInput!): CreateUserPayload!
  updateUser(input: UpdateUserInput!): UpdateUserPayload!
  deleteUser(id: ID!): DeleteUserPayload!

  createOrder(input: CreateOrderInput!): CreateOrderPayload!
}

# Input types for mutations
input CreateUserInput {
  email: String!
  name: String!
  password: String!
}

# Payload types for mutations
type CreateUserPayload {
  user: User
  errors: [Error!]
}

type Error {
  field: String
  message: String!
}

パターン 2：リゾルバーの設計

from typing import Optional, List
from ariadne import QueryType, MutationType, ObjectType
from dataclasses import dataclass

query = QueryType()
mutation = MutationType()
user_type = ObjectType("User")

@query.field("user")
async def resolve_user(obj, info, id: str) -> Optional[dict]:
    """Resolve single user by ID."""
    return await fetch_user_by_id(id)

@query.field("users")
async def resolve_users(
    obj,
    info,
    first: int = 20,
    after: Optional[str] = None,
    search: Optional[str] = None
) -> dict:
    """Resolve paginated user list."""
    # Decode cursor
    offset = decode_cursor(after) if after else 0

    # Fetch users
    users = await fetch_users(
        limit=first + 1,  # Fetch one extra to check hasNextPage
        offset=offset,
        search=search
    )

    # Pagination
    has_next = len(users) > first
    if has_next:
        users = users[:first]

    edges = [
        {
            "node": user,
            "cursor": encode_cursor(offset + i)
        }
        for i, user in enumerate(users)
    ]

    return {
        "edges": edges,
        "pageInfo": {
            "hasNextPage": has_next,
            "hasPreviousPage": offset > 0,
            "startCursor": edges[0]["cursor"] if edges else None,
            "endCursor": edges[-1]["cursor"] if edges else None
        },
        "totalCount": await count_users(search=search)
    }

@user_type.field("orders")
async def resolve_user_orders(user: dict, info, first: int = 20) -> dict:
    """Resolve user's orders (N+1 prevention with DataLoader)."""
    # Use DataLoader to batch requests
    loader = info.context["loaders"]["orders_by_user"]
    orders = await loader.load(user["id"])

    return paginate_orders(orders, first)

@mutation.field("createUser")
async def resolve_create_user(obj, info, input: dict) -> dict:
    """Create new user."""
    try:
        # Validate input
        validate_user_input(input)

        # Create user
        user = await create_user(
            email=input["email"],
            name=input["name"],
            password=hash_password(input["password"])
        )

        return {
            "user": user,
            "errors": []
        }
    except ValidationError as e:
        return {
            "user": None,
            "errors": [{"field": e.field, "message": e.message}]
        }

パターン 3：DataLoader（N+1 問題の防止）

from aiodataloader import DataLoader
from typing import List, Optional

class UserLoader(DataLoader):
    """Batch load users by ID."""

    async def batch_load_fn(self, user_ids: List[str]) -> List[Optional[dict]]:
        """Load multiple users in single query."""
        users = await fetch_users_by_ids(user_ids)

        # Map results back to input order
        user_map = {user["id"]: user for user in users}
        return [user_map.get(user_id) for user_id in user_ids]

class OrdersByUserLoader(DataLoader):
    """Batch load orders by user ID."""

    async def batch_load_fn(self, user_ids: List[str]) -> List[List[dict]]:
        """Load orders for multiple users in single query."""
        orders = await fetch_orders_by_user_ids(user_ids)

        # Group orders by user_id
        orders_by_user = {}
        for order in orders:
            user_id = order["user_id"]
            if user_id not in orders_by_user:
                orders_by_user[user_id] = []
            orders_by_user[user_id].append(order)

        # Return in input order
        return [orders_by_user.get(user_id, []) for user_id in user_ids]

# Context setup
def create_context():
    return {
        "loaders": {
            "user": UserLoader(),
            "orders_by_user": OrdersByUserLoader()
        }
    }

ベストプラクティス

REST API

1. 一貫した命名：コレクションには複数形の名詞を使います（/user ではなく /users）
2. ステートレス：各リクエストに必要な情報をすべて含めます
3. HTTP ステータスコードを正しく使う：2xx は成功、4xx はクライアントエラー、5xx はサーバーエラーです
4. API にバージョンを付ける：初日から破壊的変更に備えて計画します
5. ページネーション：大規模なコレクションには必ずページネーションを適用します
6. レート制限：レート制限で API を保護します
7. ドキュメント：インタラクティブなドキュメントには OpenAPI/Swagger を使います

GraphQL API

1. スキーマファースト：リゾルバーを書く前にスキーマを設計します
2. N+1 を回避する：効率的なデータ取得には DataLoader を使います
3. 入力検証：スキーマとリゾルバーの両方のレベルで検証します
4. エラーハンドリング：ミューテーションのペイロードで構造化されたエラーを返します
5. ページネーション：カーソルベースのページネーション（Relay 仕様）を使います
6. 非推奨化：段階的な移行には @deprecated ディレクティブを使います
7. モニタリング：クエリの複雑さと実行時間を追跡します

よくある落とし穴

• 過剰取得／過少取得（REST）：GraphQL では解消できますが、DataLoader が必要です
• 破壊的変更：API にバージョンを付けるか、非推奨化戦略を使います
• 一貫性のないエラー形式：エラーレスポンスを標準化します
• レート制限がない：制限のない API は悪用されるおそれがあります
• 不十分なドキュメント：ドキュメントのない API は開発者を困らせます
• HTTP のセマンティクスを無視する：冪等な操作に POST を使うと、期待に反します
• 密結合：API の構造をデータベースのスキーマに合わせるべきではありません

リソース

• references/rest-best-practices.md：REST API 設計の包括的なガイド
• references/graphql-schema-design.md：GraphQL スキーマのパターンとアンチパターン
• references/api-versioning-strategies.md：バージョニングの手法と移行経路
• assets/rest-api-template.py：FastAPI REST API テンプレート
• assets/graphql-schema-template.graphql：GraphQL スキーマの完全な例
• assets/api-design-checklist.md：実装前のレビュー用チェックリスト
• scripts/openapi-generator.py：コードから OpenAPI 仕様を生成します