Rails による API 専用アプリケーション

このガイドの内容:

API専用アプリケーションを支援するRailsの機能
Railsの起動時にブラウザ向け機能をオフにする方法
ミドルウェアの選定
コントローラで使うモジュールの選定

1 APIアプリケーションについて

従来、Railsの「API」というと、プログラムからアクセスできるAPIをWebアプリケーションに追加することを指すのが通例でした。たとえば、GitHubが提供するAPIはカスタムクライアントから利用できます。

近年、さまざまなクライアント側フレームワークが登場したことによって、Railsで構築したバックエンドサーバーを他のWebアプリケーションとネイティブアプリケーションの間で共有する手法が増えてきました。

たとえば、X.comは自社のWebアプリケーションでパブリックAPIを利用しています。このWebアプリケーションは、JSONリソースを消費するだけの静的サイトとして構築されています。

多くの開発者が、Railsで生成したHTMLフォームやリンクをサーバー間のやりとりに使うのではなく、Webアプリケーションを単なるAPIクライアントにとどめて、JSON APIを利用するHTMLとJavaScriptの提供に専念するようになってきました。

本ガイドでは、JSONリソースをAPIクライアントに提供するRailsアプリケーションの構築方法を解説します。クライアント側フレームワークについても言及します。

2 JSON APIにRailsを使う理由

RailsでJSON APIを構築することについて、多くの開発者から受ける質問の筆頭は「RailsでJSONを出力するのは大げさすぎませんか？Sinatraじゃダメなんですか？」です。

単なるAPIサーバーであれば、それでもよいでしょう。しかし、フロントHTMLの比重が非常に大きいアプリケーションであっても、アプリケーションロジックのほとんどはビューレイヤ以外の部分にあるものです。

Railsが多くの開発者に採用されている理由は、細かな設定をいちいち決めなくても、すばやくアプリケーションを立ち上げられるからこそです。

APIアプリケーションの開発にすぐ役立つRailsの機能をいくつかご紹介します。

ミドルウェア層で提供される機能

再読み込み: Railsアプリケーションでは「透過的な再読み込み」がサポートされます。たとえアプリケーションが巨大化し、リクエストごとにサーバーを再起動する方法が使えなくなっても、透過的な再読み込みは有効です。
developmentモード: Railsアプリケーションのdevelopmentモードには開発に最適なデフォルト値が設定されているので、productionモードのパフォーマンスを損なわずに快適な開発環境を利用できます。
testモード: developmentモードと同様です。
ログ出力: Railsアプリケーションはすべてのリクエストをログに出力します。また、現在のモードに応じてログの詳細レベルが調整されます。developmentモードのログには、リクエスト環境、データベースクエリ、基本的なパフォーマンス情報などが出力されます。
セキュリティ: IPスプーフィング攻撃を検出・防御します。また、タイミング攻撃に対応できる暗号化署名を扱います。皆さんはIPスプーフィング攻撃やタイミング攻撃がどんなものかご存知ですか？
パラメータ解析: URLエンコード文字列の代わりにJSONでパラメータを指定できます。JSONはRailsでデコードされ、paramsでアクセスできます。もちろん、ネストしたURLエンコードパラメータも扱えます。
条件付きGET: Railsでは、ETagやLast-Modifiedを使った条件付きGETを扱えます。条件付きGETはリクエストヘッダを処理し、正しいレスポンスヘッダとステータスコードを返します。コントローラに stale?チェックを追加するだけで、HTTPの細かなやりとりはRailsが代行してくれます。
HEADリクエスト: RailsはHEADリクエストを透過的にGETリクエストに変換し、ヘッダだけを返します。これによって、すべてのRails APIでHEADリクエストを確実に利用できます。

Rackミドルウェアのこうした既存の機能を自前で構築する方法も考えられますが、Railsのデフォルトのミドルウェアを「JSON生成専用」に使うだけでも多数のメリットが得られます。

Action Pack層で提供される機能

リソースベースのルーティング: RESTful JSON APIを開発するなら、Railsのルーターも使いたいでしょう。RailsでおなじみのHTTPからコントローラへの明確なマッピングを利用できるので、APIモデルをHTTPベースでゼロから設計せずに済みます。
URL生成: ルーティングはURL生成にも便利です。よくできたHTTPベースのAPIにはURLも含まれています（GitHub Gist APIを参照）。
ヘッダレスポンスやリダイレクトレスポンス: head :no_contentやredirect_to user_url(current_user)などをすぐ利用できるので、ヘッダレスポンスを自分で書かずに済みます。
キャッシュ: Railsでは「ページキャッシュ」「アクションキャッシュ（gem）」「フラグメントキャッシュを利用できます。特に、フラグメントキャッシュはネストJSONオブジェクトを構成するときに便利です。
認証: 「BASIC認証」「ダイジェスト認証」「トークン認証」という3種類のHTTP認証を簡単に導入できます。
Instrumentation（計測）: Railsのinstrumentation APIは、登録したさまざまなイベントハンドラをトリガーでき、アクションの処理、ファイルやデータの送信、リダイレクト、データベースクエリなどを扱えます。各イベントのペイロードにはさまざまな関連情報が含まれます。たとえば、イベントを処理するアクションの場合、ペイロードにはコントローラ、アクション、パラメータ、リクエスト形式、リクエストHTTPメソッド、リクエストの完全なパスなどが含まれます。
ジェネレータ: コマンド1つでリソースを手軽に生成して「モデル」「コントローラ」「テストスタブ」「ルーティング」を微調整できるので便利です。マイグレーションなども同様にコマンドで実行できます。
プラグイン: Rails用のサードパーティライブラリを多数利用できます。ライブラリの設定やWebフレームワークとの連携も簡単なので、コストを削減できます。プラグインによっては、デフォルトのジェネレータをオーバーライドしたり、Rakeタスクを追加したり、ロガーやキャッシュのバックエンドなどのRails標準機能を活用したりするものもあります。

もちろん、Railsの起動プロセスでは、登録済みのコンポーネントをすべて読み込んで連携します。たとえば、起動中にconfig/database.ymlファイルを使ってActive Recordを設定します。

要約: ビュー層を取り除いたRailsでは、どんな機能を引き続き利用できるのでしょう。手短に言うと「ほとんどの機能」です。

3 基本設定

APIサーバーにするRailsアプリケーションをすぐにでも構築したいのであれば、機能を限定したRailsサブセットを作って、必要な機能を順次追加するのがよいでしょう。

3.1 アプリケーションを新規作成する

API専用Railsアプリケーションの生成には次のコマンドを使います。

$ rails new my_api --api

上のコマンドを実行すると、以下の3つが行われます。

利用するミドルウェアを通常よりも絞り込んでアプリケーションを起動するよう設定します。特に、ブラウザ向けアプリケーションで有用なミドルウェア（cookiesのサポートなど）はデフォルトでは利用しません。
ApplicationControllerが通常のActionController::BaseではなくActionController::APIを継承します。ミドルウェアと同様、Action Controllerモジュールのうち、ブラウザ向けアプリケーションでしか使われないモジュールをすべて除外します。
ビュー、ヘルパー、アセットを生成しないようジェネレーターを設定します。

3.2 新しいリソースを生成する

新しく作成したAPIで新しいリソースを生成する方法を確認するために、新しいGroupリソースを作成してみましょう。各グループごとに名前を付けます。

$ bin/rails g scaffold Group name:string

scaffoldで生成したコードを使えるようにするには、データベーススキーマを更新する必要があります。

$ bin/rails db:migrate

ここでGroupsControllerを開いてみると、API RailsアプリではJSONデータのみをレンダリングしていることがわかります。indexアクションではGroup.allをクエリしてインスタンス変数@groupsに代入しています。これを、renderに:jsonオプションを指定して渡すと、自動的にグループをJSONとしてレンダリングします。

# app/controllers/groups_controller.rb
class GroupsController < ApplicationController
  before_action :set_group, only: %i[ show update destroy ]

  # GET /groups
  def index
    @groups = Group.all

    render json: @groups
  end

  # GET /groups/1
  def show
    render json: @group
  end

  # POST /groups
  def create
    @group = Group.new(group_params)

    if @group.save
      render json: @group, status: :created, location: @group
    else
      render json: @group.errors, status: :unprocessable_entity
    end
  end

  # PATCH/PUT /groups/1
  def update
    if @group.update(group_params)
      render json: @group
    else
      render json: @group.errors, status: :unprocessable_entity
    end
  end

  # DELETE /groups/1
  def destroy
    @group.destroy
  end

  private
    # Use callbacks to share common setup or constraints between actions.
    def set_group
      @group = Group.find(params[:id])
    end

    # Only allow a list of trusted parameters through.
    def group_params
      params.expect(group: [:name])
    end
end

最後に、Railsコンソールでデータベースにグループを追加してみましょう。

irb> Group.create(name: "Rails Founders")
irb> Group.create(name: "Rails Contributors")

ある程度のデータがアプリにあれば、サーバーを起動してhttp://localhost:3000/groups.jsonにアクセスするとJSONデータを表示できます。

[
{"id":1, "name":"Rails Founders", "created_at": ...},
{"id":2, "name":"Rails Contributors", "created_at": ...}
]

3.3 既存アプリケーションを変更する

既存のアプリケーションをAPI専用に変えるには、以下の手順をお読みください。

config/application.rbのApplicationクラス定義の冒頭に以下の設定を追加します。

config.api_only = true

developmentモードでのエラー発生時に使われるレスポンス形式を設定するには、config/environments/development.rbファイルでconfig.debug_exception_response_formatを設定します。

値を:defaultにすると、デバッグ情報をHTMLページに表示します。

config.debug_exception_response_format = :default

値を:apiにすると、レスポンス形式を変更せずにデバッグ情報を表示します。

config.debug_exception_response_format = :api

config.api_onlyをtrueに設定すると、config.debug_exception_response_formatがデフォルトで:apiに設定されます。

最後に、app/controllers/application_controller.rbの以下のコードを置き換えます。

class ApplicationController < ActionController::Base
end

上を以下に変更します。

class ApplicationController < ActionController::API
end

4 ミドルウェアの選択

APIアプリケーションでは、デフォルトで以下のミドルウェアを利用できます。

ActionDispatch::HostAuthorization
Rack::Sendfile
ActionDispatch::Static
ActionDispatch::Executor
ActionDispatch::ServerTiming
ActiveSupport::Cache::Strategy::LocalCache::Middleware
Rack::Runtime
ActionDispatch::RequestId
ActionDispatch::RemoteIp
Rails::Rack::Logger
ActionDispatch::ShowExceptions
ActionDispatch::DebugExceptions
ActionDispatch::ActionableExceptions
ActionDispatch::Reloader
ActionDispatch::Callbacks
ActiveRecord::Migration::CheckPending
Rack::Head
Rack::ConditionalGet
Rack::ETag

詳しくは、Rackガイドの「Rails と Rack - ミドルウェアスタックの内容」を参照してください。

ミドルウェアは、Active Recordなど他のプラグインによって追加されることもあります。一般に、ミドルウェアは構築するアプリケーションの種類を問いませんが、API専用Railsアプリケーションでも意味があります。

アプリケーションの全ミドルウェアを表示するには次のコマンドを使います。

$ bin/rails middleware

4.1 Rack::Cacheを使う

Rack::Cacheは、Railsで利用する場合はRailsのキャッシュストアをエンティティストアとメタストアに使います。つまり、たとえばRailsアプリでmemcacheを使うと、組み込みのHTTPキャッシュがmemcacheを使うようになります。

Rack::Cacheを利用するには、最初にrack-cache gemをGemfileに追加し、config.action_dispatch.rack_cacheにtrueを設定する必要があります。この機能を有効にするには、コントローラでstale?を使う必要があります。以下は、stale?の利用例です。

def show
  @post = Post.find(params[:id])

  if stale?(last_modified: @post.updated_at)
    render json: @post
  end
end

stale?呼び出しは、リクエストにあるIf-Modified-Sinceヘッダと@post.updated_atを比較します。ヘッダが最終更新時より新しい場合、「304 Not Modified」を返すか、レスポンスをレンダリングしてLast-Modifiedヘッダをそこに表示します。

通常、この動作はクライアントごとに行われますが、Rack::Cacheがあるとクライアント間でこのキャッシュを共有できるようになります。以下のように、stale?の呼び出しを使ってクロスクライアントキャッシュを有効にできます。

def show
  @post = Post.find(params[:id])

  if stale?(last_modified: @post.updated_at, public: true)
    render json: @post
  end
end

Rack::Cacheは上のコードによって、URLに対応するLast-Modified値をRailsキャッシュに保存し、以後同じURLへのリクエストを受信したときにIf-Modified-Sinceヘッダを追加するようになります。

これは、HTTPセマンティクスを利用したページキャッシュと考えることができます。

4.2 Rack::Sendfileを使う

Railsコントローラ内部でsend_fileメソッドを実行すると、X-Sendfileヘッダが設定されます。実際のファイル送信を担当するのはRack::Sendfileです。

ファイル送信アクセラレーションをサポートするフロントエンドサーバーでは、Rack::Sendfileの代わりにフロントエンドサーバーがファイルを送信します。これにより、Railsはリクエスト処理を早期に完了してリソースを解放できるようになります。

フロントエンドサーバーでのファイル送信に使うヘッダ名は、該当する環境設定ファイルのconfig.action_dispatch.x_sendfile_headerで設定できます。

主要なフロントエンドでRack::Sendfileを使う方法について詳しくは、Rack::Sendfileドキュメントを参照してください。

主要なサーバーでファイル送信アクセラレーションを有効にするには、ヘッダに次のような値を設定します。

# Apacheやlighttpd
config.action_dispatch.x_sendfile_header = "X-Sendfile"

# Nginx
config.action_dispatch.x_sendfile_header = "X-Accel-Redirect"

これらのオプションを有効にするには、Rack::Sendfileドキュメントに従ってサーバーを設定してください。

4.3 ActionDispatch::Requestを使う

ActionDispatch::Request#paramsは、クライアントからのパラメータをJSON形式で受け取り、コントローラ内部のparamsでアクセスできるようにします。

この機能を使うには、JSONエンコード化したパラメータをクライアントから送信し、Content-Typeにapplication/jsonを指定する必要があります。

以下はサンプルコードです。

fetch('/people', {
  method: 'POST',
  headers: { 'Content-Type': 'application/json' },
  body: JSON.stringify({ person: { firstName: 'Yehuda', lastName: 'Katz' } })
}).then(response => response.json())

ActionDispatch::RequestはこのContent-Typeを認識し、パラメータは以下のようになります。

{ person: { firstName: "Yehuda", lastName: "Katz" } }

4.4 セッションミドルウェアを利用する

通常は以下のセッション管理用ミドルウェアは不要なので、APIから除外されています。ブラウザもAPIクライアントとして使われる場合は、以下のいずれかを追加するとよいでしょう。

ActionDispatch::Session::CacheStore
ActionDispatch::Session::CookieStore
ActionDispatch::Session::MemCacheStore

ここで注意が必要なのは、これらのミドルウェア（およびセッションキー）はデフォルトではsession_optionsに渡されることです。つまり、通常どおりにsession_store.rbイニシャライザを追加してuse ActionDispatch::Session::CookieStoreを指定しただけではセッションは機能しません（補足: セッションは動作しますがセッションオプションが無視されるので、セッションキーがデフォルトで_session_idになります）。

そのため、セッション関連のオプションはイニシャライザで設定するのではなく、以下のように自分が使うミドルウェアが構築されるより前の場所（config/application.rbなど）に配置して、使いたいオプションをミドルウェアに渡さなければなりません。

# 以下のsession_optionsも利用可能
config.session_store :cookie_store, key: "_your_app_session"

# このミドルウェアはすべてのセッション管理で必須（session_storeに関わらず）
config.middleware.use ActionDispatch::Cookies

config.middleware.use config.session_store, config.session_options

4.5 その他のミドルウェア

Railsではこの他にも、APIアプリケーション向けのミドルウェアを多数利用できます。特に、ブラウザもAPIクライアントとして使う場合は以下のミドルウェアが便利です。

Rack::MethodOverride
ActionDispatch::Cookies
ActionDispatch::Flash

これらのミドルウェアは、以下の方法で追加できます。

config.middleware.use Rack::MethodOverride

4.6 ミドルウェアを削除する

API専用ミドルウェアに含めたくないミドルウェアは、以下の方法で削除できます。

config.middleware.delete ::Rack::Sendfile

これらのミドルウェアを削除すると、Action Controllerの一部の機能が利用できなくなりますので、ご注意ください。

5 コントローラモジュールを選択する

APIアプリケーション（ActionController::APIを利用）には、デフォルトで次のコントローラモジュールが含まれます。

ActionController::UrlFor: url_forなどのヘルパーを提供
ActionController::Redirecting: redirect_toをサポート
AbstractController::RenderingとActionController::ApiRendering: 基本的なレンダリングのサポート
ActionController::Renderers::All: render :jsonなどのサポート
ActionController::ConditionalGet: stale?のサポート
ActionController::BasicImplicitRender: 指定がない限り空のレスポンスを返す
ActionController::StrongParameters: パラメータのフィルタリングをサポート（Active Modelのマスアサインメントと連携）
ActionController::DataStreaming: send_fileやsend_dataのサポート
AbstractController::Callbacks: before_actionなどのヘルパーをサポート
ActionController::Rescue: rescue_fromをサポート
ActionController::Instrumentation: Action Controllerで定義するinstrumentationフックをサポート（詳しくはinstrumentationガイドを参照）
ActionController::ParamsWrapper: パラメータハッシュをラップしてネステッドハッシュにする（たとえばPOSTリクエスト送信時のroot要素が必須でなくなる）
ActionController::Head: コンテンツのないヘッダのみのレスポンスを返すのに用いる

他のプラグインによってモジュールが追加されることもあります。ActionController::APIの全モジュールのリストは以下のコマンドで表示できます。

irb> ActionController::API.ancestors - ActionController::Metal.ancestors
=> [ActionController::API,
    ActiveRecord::Railties::ControllerRuntime,
    ActionDispatch::Routing::RouteSet::MountedHelpers,
    ActionController::ParamsWrapper,
    ... ,
    AbstractController::Rendering,
    ActionView::ViewPaths]

5.1 その他のモジュールを追加する

Action Controllerのどのモジュールも、自身が依存するモジュールを認識しているので、コントローラにモジュールを含めるだけで、必要な依存モジュールも同様に設定できます。

よく追加されるのは、次のようなモジュールです。

AbstractController::Translation: ローカライズ用のlメソッドや翻訳用のtメソッド
HTTPのBasic認証、ダイジェスト認証、トークン認証:
- ActionController::HttpAuthentication::Basic::ControllerMethods
- ActionController::HttpAuthentication::Digest::ControllerMethods
- ActionController::HttpAuthentication::Token::ControllerMethods
ActionView::Layouts: レンダリングでレイアウトをサポート
ActionController::MimeResponds: respond_toをサポート
ActionController::Cookies: cookiesのサポート（署名や暗号化も含む）。cookiesミドルウェアが必要。
ActionController::Caching: APIコントローラでビューのキャッシュをサポート（ただし以下のようにコントローラ内でキャッシュストアを手動で指定する必要がある）
```
class ApplicationController < ActionController::API
  include ::ActionController::Caching
  self.cache_store = :mem_cache_store
end
```
Railsはこの設定を「自動的には渡しません」。

モジュールはApplicationControllerに追加するのが最適ですが、個別のコントローラに追加することも可能です。

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