Was ist eine API (Application Programming Interface)?

Eine API (Application Programming Interface) ist eine Programmierschnittstelle, die es verschiedenen Softwareanwendungen ermöglicht, miteinander zu kommunizieren und Daten auszutauschen. Eine Schnittstelle fungiert dabei als ein universeller Dolmetscher, der Anfragen entgegennimmt, verarbeitet und in einer Form zurückgibt, die von der anfragenden Anwendung verstanden wird. APIs ermöglichen es Entwicklern, auf Funktionen und Daten von Anwendungen oder Diensten zuzugreifen, ohne den zugrunde liegenden Code zu kennen oder verändern zu müssen.

APIs sind die Basis digitaler Infrastrukturen

Schnittstellen sind das Bindeglied und somit die Grundlage digitaler Services und Infrastrukturen. Von der Anzeige von Wetterdaten auf Ihrem Smartphone bis hin zum Teilen von Inhalten auf sozialen Netzwerken – APIs machen diese nahtlosen Interaktionen überhaupt erst möglich.

Wie funktionieren APIs?

APIs funktionieren nach einem Anfrage-Antwort-Modell, bei dem eine Anwendung (der Client) bei einem API-Aufruf eine Anfrage (Request) an die API sendet, die sie an den Server (oder eine andere Datenquelle) weiterleitet, um auf bestimmte Daten oder Funktionen zuzugreifen. Diese Anfrage wird über das Internet übermittelt und enthält in der Regel spezifische Informationen darüber, welche Operation ausgeführt werden soll und welche Daten benötigt werden. Die Schnittstelle nimmt diese Anfrage entgegen, verarbeitet sie, greift auf die erforderlichen Daten oder Funktionen zu und sendet eine Antwort (Response) zurück an den Client.

Der schrittweise Prozess von der API-Anfrage bis zur Antwort:

1. Der Client sendet eine API-Anfrage, meist über das HTTP-Protokoll. Die Anfrage enthält einen spezifischen Endpunkt (URL), Methode (GET, POST, PUT, DELETE usw.), eventuell benötigte Header (für Authentifizierung, Inhaltstyp usw.) und bei Bedarf einen Body (bei POST- oder PUT-Anfragen mit Daten).
2. Die API empfängt die Anfrage und leitet sie weiter (Routing) an den entsprechenden Dienst oder die Funktion.
3. Die API verarbeitet die Anfrage. An diesem Punkt werden z.B. Authentifizierungs- und Autorisierungsdetails überprüft und Eingabeparameter validiert.
4. Die API erstellt eine Antwort auf Basis der empfangenen Daten. Die wird entsprechend dem erwarteten Format (z.B. JSON, XML) strukturiert und enthält sowohl die angeforderten Daten (bei erfolgreicher Anfrage) als auch Statusinformationen über den Erfolg oder Misserfolg der Anfrage.
5. Die API sendet die Antwort zurück an den Client. Sie beinhaltet den HTTP-Statuscode, der den (Miss-)Erfolg der Anfrage angibt (z.B. Code 200 für „Erfolg“, Code 404 für „nicht gefunden“) und bei erfolgreichen Anfragen die angeforderten Daten oder Ergebnisse liefert.
6. Der Client empfängt die Antwort und verarbeitet sie. Das kann beispielsweise bedeuten, dass erhaltene Daten angezeigt, weitere Anfragen ausgelöst oder Fehler behandelt werden.

Dieser Prozess ermöglicht eine effiziente Interaktion zwischen verschiedenen Softwareanwendungen, ohne dass für jede neue Funktion oder jeden neuen Dienst ein komplett neuer Code geschrieben werden muss. APIs definieren dabei die Protokolle und Datenformate, die Anfragen und Antworten verwenden müssen, wodurch sie eine universelle Sprache für die Kommunikation zwischen Programmen darstellen. Durch die Standardisierung dieser Kommunikation können Entwickler Softwareanwendungen erstellen, die auf eine Vielzahl von Diensten und Informationen zugreifen können, unabhängig von den internen Abläufen dieser Systeme.

Auch Dienste von Drittanbietern können mithilfe von APIs einfach integriert werden. So können Entwickler beispielsweise Kartendienste, Zahlungssysteme oder Social-Media-Funktionen in ihre Anwendungen integrieren, indem sie einfach die dafür vorgesehene API nutzen.

Verschiedene Arten von Programmierschnittstellen

APIs lassen sich anhand verschiedener Kriterien klassifizieren. Eine grundlegende Unterscheidung erfolgt zwischen Private-, Public-, und Partner-APIs und semi-öffentlichen APIs, basierend auf dem Grad ihrer Verfügbarkeit und dem vorgesehenen Nutzerkreis.

Private, öffentliche und semi-öffentliche APIs

• Private APIs sind nur innerhalb einer bestimmten Organisation oder eines bestimmten Systems zugänglich. Sie ermöglichen die Interaktion zwischen verschiedenen internen Softwarekomponenten oder Diensten und dienen dazu, interne Abläufe zu optimieren und die Effizienz zu steigern.
• Öffentliche APIs oder auch externe APIs, sind öffentlich zugänglich und ermöglichen Entwicklern außerhalb der Organisation, die sie bereitstellt, den Zugriff auf spezifische Funktionen oder Daten. Diese APIs fördern Innovation und Kollaboration, indem sie die Entwicklung von Drittanbieter-Anwendungen unterstützen, die auf den Diensten oder Daten der bereitstellenden Organisation aufbauen.
• Partner-APIs (semi-öffentlich) sind eine Zwischenform, die nur einer ausgewählten Gruppe von externen Entwicklern oder Partnern zur Verfügung stehen. Sie dienen oft der Förderung strategischer Partnerschaften oder der Erweiterung des Ökosystems einer Plattform, ohne dabei komplett öffentlich zugänglich zu sein.

REST, SOAP und GraphQL – verschiedene Technologien, Protokolle und API-Architekturen

• REST (Representational State Transfer) ist ein Architekturstil für die Gestaltung von Netzwerksoftware, der sich durch Leichtigkeit, Effizienz und Skalierbarkeit auszeichnet. RESTful APIs (kurz REST-APIs) nutzen HTTP-Anfragen, um Daten zu lesen (GET), zu erstellen (POST), zu aktualisieren (PUT) oder zu löschen (DELETE). Eine REST-API ist besonders geeignet für Webdienste und öffentliche APIs.
• SOAP (Simple Object Access Protocol) ist ein Protokoll, das strengere Anforderungen stellt und Sicherheit, Transaktionsmanagement und andere Unternehmensanforderungen besser unterstützt. SOAP-APIs sind daher oft in Geschäftsumgebungen und für komplexere Operationen zu finden.
• GraphQL ist eine Abfragesprache für APIs und eine Laufzeitumgebung zur Ausführung dieser Abfragen mit vorhandenen Daten. GraphQL ermöglicht es Clients, genau zu spezifizieren, welche Daten sie benötigen, was Über- und Unterabfragen reduziert und die Effizienz verbessert.
• WebSocket ist ein Kommunikationsprotokoll, das eine persistente, bidirektionale Verbindung zwischen einem Client und einem Server ermöglicht. Es wird häufig in Echtzeitanwendungen wie Online-Spielen, Chat-Anwendungen und interaktiven Diensten verwendet.
• OData (Open Data Protocol) ist ein offener Standard, der von Microsoft entwickelt wurde. Er ermöglicht die einfache und standardisierte Erstellung und Nutzung von REST-APIs und ist in der Lage, komplexe Abfragen, Sortierung, Filterung und Paginierung zu unterstützen.

Unterteilung von APIs nach Einsatzbereichen

Neben der Unterscheidung verschiedener Architekturen und Architekturstilen (wie REST oder SOAP) oder der Zugänglichkeit (wie öffentlich oder privat), können APIs auch nach ihren Einsatzbereichen kategorisiert werden. Die jeweilige Bezeichnung ist dabei relativ selbsterklärend.

• Web-APIs
• Datenbank-APIs
• Betriebssystem-APIs
• Hardware-APIs
• Cloud-APIs
• SaaS-APIs (Software-as-a-Service)
  
• Social-Media-APIs
• Payment-APIs

Vor- und Nachteile von Open-Source-APIs

Open-Source-APIs bieten im Gegensatz zu proprietären APIs den Vorteil, dass ihr Quellcode öffentlich einsehbar ist und von der Entwicklergemeinschaft genutzt, erweitert und verbessert werden kann. Das offene API-Design fördert die Transparenz, Sicherheit und Innovationskraft, da viele Augen mögliche Fehler schneller finden und Ideen zur Verbesserung beisteuern können. Allerdings erfordern Open Source APIs eine sorgfältige Wartung und Governance, um zu gewährleisten, dass Änderungen und Erweiterungen den Qualitätsstandards entsprechen und die Kompatibilität erhalten bleibt.

Anwendungsbereiche und Aufgaben von Schnittstellen in der IT

APIs finden in nahezu jedem Bereich der IT Anwendung und sind relevant für die Entwicklung und Bereitstellung moderner Software und Dienstleistungen. Sie ermöglichen die Integration und das Zusammenspiel verschiedener digitaler Plattformen und Systeme.

10 Beispiele häufiger Einsatzbereiche von Programmierschnittstellen

1. Integration von Drittanbieterdiensten: Viele Apps integrieren Wetterdaten, Kartendienste oder Zahlungssysteme wie PayPal, indem sie die APIs dieser Dienste nutzen.
2. Webentwicklung: In der Webentwicklung ermöglichen sie das Laden bestimmter Daten, ohne die gesamte Webseite neu laden zu müssen, was sowohl der Interaktivität als auch der Benutzerfreundlichkeit von Websites zugutekommt.
3. Mobile Anwendungen: Fast jede Mobile App verbindet sich über APIs mit Servern, um Daten zu synchronisieren, Authentifizierungen durchzuführen und Benutzerdaten zu aktualisieren.
4. Cloud-Services: APIs sind der Dreh- und Angelpunkt für Cloud-Dienste (z.B. bei SaaS-Plattformen), indem sie den Zugriff und die Manipulation von Daten in der Cloud über verschiedene Geräte und Plattformen hinweg ermöglichen.
5. Internet der Dinge (IoT): IoT-Geräte wie Smart-Home-Systeme kommunizieren über APIs, um Daten auszutauschen und Aktionen zwischen den Geräten zu koordinieren.
6. Soziale Netzwerke: Die Integration sozialer Medien in Apps und Webseiten erfolgt normalerweise über APIs. Sie erlauben es, Inhalte zu teilen, auf Profilinformationen zuzugreifen und interaktive Funktionen anzubieten.
7. Automatisierung von Geschäftsprozessen: Unternehmen nutzen APIs, um ihre Systeme zu verbinden sowie Prozesse und Workflows zu automatisieren.
8. Datenanalyse und -visualisierung: APIs erlauben den Zugriff auf große Datenmengen von Diensten wie Google Analytics oder Social-Media-Plattformen, um Trends zu analysieren und Entscheidungen zu treffen.
9. E-Commerce: Online-Shops integrieren Versanddienstleister, Zahlungsgateways und Produktbewertungsplattformen über APIs, um das Einkaufserlebnis zu optimieren.
10. Künstliche Intelligenz (KI) und Machine Learning (ML): Mithilfe von APIs können Entwickler auf ML-Modelle und KI-Tools zuzugreifen, die z.B. Bilderkennung, Sprachverarbeitung und Prognosen ermöglichen.

API Development und Integration: Die Entwicklung eigener APIs

Die Entwicklung einer eigenen API erlaubt es, maßgeschneiderte Lösungen für spezifische Anforderungen zu erstellen und die volle Kontrolle über die Integration und den Datenaustausch zwischen verschiedenen Systemen zu behalten.

Ein gut durchdachter API-Aufbau und ein kluges Design sind wesentliche Faktoren für die Benutzerfreundlichkeit, Sicherheit und Skalierbarkeit der jeweiligen Programmierschnittstelle. Die Überlegungen beginnen mit der Definition der Ziele und Anforderungen, gefolgt von der Auswahl der geeigneten Technologien und API-Architektur.

Aufbau und Designelemente

• Endpunkte (Endpoints): Jeder Endpunkt ist eine spezifische URL, die einen Zugriffspunkt zu Funktionen der API darstellt. Eine klare Benennung und Strukturierung der Endpunkte erleichtert deren Verständlichkeit und Nutzung.
• Ressourcenorientierung (RESTful-Prinzipien): Viele APIs folgen dem REST-Prinzip (Representational State Transfer), wobei der Fokus auf den Ressourcen liegt, auf die mittels HTTP-Methoden (GET, POST, PUT, DELETE) zugegriffen wird.
• Datenformat: JSON (JavaScript Object Notation) ist aufgrund seiner Einfachheit und Lesbarkeit das am weitesten verbreitete Datenformat für den Austausch von Informationen zwischen APIs und den anfragenden Clients.
• Statuscodes: Die Verwendung standardisierter HTTP-Statuscodes hilft den API-Nutzern zu verstehen, ob ihre Anfragen erfolgreich waren oder nicht, und wenn nicht, warum.

Wichtige Aspekte bei der API-Entwicklung

• API-Security: Authentifizierungs- und Autorisierungsmethoden wie OAuth sorgen dafür, dass nur berechtigte Nutzer Zugang erhalten. Auch sollten Datenübertragungen verschlüsselt erfolgen, um Datenmissbrauch zu verhindern.
• Dokumentation: Eine umfassende, verständliche und vor allem aktuelle Dokumentation unterstützt Entwickler bei der API-Integration und ermöglicht es, die Schnittstelle und ihre Spezifikationen schnell zu verstehen und sie effizient zu nutzen.
• Versionskontrolle: APIs entwickeln sich permanent weiter. Durch die Versionierung können Änderungen ausgerollt werden, ohne bestehende Nutzer zu beeinträchtigen. So kann die Kompatibilität und eine reibungslose Übergangsphase auf eine neue API-Version für die Nutzer gewährleistet werden.
• Fehlerbehandlung: Eine konsistente und informative Fehlerbehandlung erleichtert die Fehlersuche und Korrektur bei der Anwendungsentwicklung.
• Skalierbarkeit: Das API-Design sollte von Anfang an Überlegungen zur Skalierbarkeit beinhalten, um mit steigender Anzahl von Nutzern und Abrufen einer API umgehen zu können. Dies beinhaltet Überlegungen zur Lastverteilung und zur Optimierung der Datenbankanfragen.

Wichtige Aspekte bei der API-Integration

• Rate Limiting und Quotas nutzen: Es kann sinnvoll sein, die Anzahl der Anfragen zu beschränken, die ein Benutzer innerhalb eines bestimmten Zeitraums stellen kann, um Unterbrechungen oder Ausfälle durch Überlastungen insbesondere zur Hauptnutzungszeit zu vermeiden.
• Performance und Skalierbarkeit sicherstellen: Die Auswirkungen der API-Integration auf die Systemleistung sind im Vorfeld zu berücksichtigen. API-Anfragen sollten die Leistung einer Anwendung nicht negativ beeinflussen, sodass das System bei steigender Nachfrage problemlos skalieren kann.
• Kompatibilität und Interoperabilität überprüfen: Es ist zu prüfen, ob die API mit der vorhandenen Infrastruktur und den Technologien kompatibel ist, um eine nahtlose Integration und Interoperabilität zu gewährleisten.
• Testen: APIs müssen nach der Integration umfangreich getestet werden, um sicherzustellen, dass alles wie erwartet funktioniert. Das umfasst Funktionstests, Lasttests und Sicherheitstests.
• Kosten: Die Kosten der API-Nutzung sind zu bewerten, da viele Anbieter je nach Nutzungsvolumen unterschiedliche und teils nicht linear ansteigende Gebühren erheben. Für API-Anbieter selbst gilt es, die Bereitstellungskosten in der Monetarisierungsstrategie mit bedacht werden, da sich diese stark unterscheiden und sich auf die Profitabilität bei Nutzern mit besonders vielen API-Aufrufen auswirken können.
• Monitoring und Analyse: Um Einblicke in die Leistung und das Nutzerverhalten zu erhalten und Optimierungspotenziale oder auch Probleme frühzeitig zu identifizieren, sollten APIs nach der Integration fortlaufend überwacht und analysiert werden.

API-Management-Plattformen zur effektiven Entwicklung und Integration von APIs

API-Management-Plattformen spielen eine wichtige Rolle bei der effektiven Entwicklung, Verwaltung und Bereitstellung von APIs. Sie bieten eine Reihe von Tools und Funktionen, die den gesamten API-Lebenszyklus abdecken, von der Planung und Erstellung über die Veröffentlichung und Überwachung bis hin zur Sicherheit und Dokumentation. Das führt wiederum zu einer besseren Erfahrung für die Entwickler, die die APIs nutzen sowie für die Endnutzer, die von den durch die APIs ermöglichten Diensten profitieren.

Mit der richtigen API-Management-Plattform kann eine Organisation ihre APIs effizient verwalten und die optimale Leistung und lückenlose Verfügbarkeit sicherstellen. Nachfolgend gehen wir auf die wichtigsten Funktionen von API-Management-Plattformen ein.

1. Lifecycle-Management: Plattformen für API-Management sind in der Lage, den gesamten API-Lebenszyklus abzubilden und zentral zu verwalten, von der Design-Planung ganz zu Beginn bis hin zur letztlichen Stilllegung am Ende des Lebenszyklus.
2. Gateway: Über einen API-Gateway können APIs miteinander kommunizieren. API-Gateways dienen dabei als Vermittler zwischen den API-Anfragen von Nutzern und den jeweiligen Backend-Diensten, die diese Anfragen verarbeiten. Außerdem beinhalten sie wichtige Sicherheitsfunktionen wie Authentifizierung und Autorisierung.
3. Zugriffskontrolle und Sicherheit: Sie bieten Funktionen, um APIs vor unerlaubten Zugriffen und Angriffen zu schützen, etwa durch Funktionen wie Rate Limiting, Quota-Verwaltung oder auch eine automatisierte Erkennung von Bedrohungen und anderen Anomalien.
4. Entwicklerportal: Ein zentrales Portal für Entwickler, um auf API-Dokumentationen zuzugreifen, API-Schlüssel zu erhalten oder abzuspeichern und die API-Nutzung im Auge zu behalten.
5. API-Design und -Erstellung: API-Plattformen bieten meist umfangreiche Möglichkeiten, APIs selbst zu erstellen, zu testen und zu implementieren. Dafür unterstützen sie meist gängige Spezifikationsformate wie OpenAPI (ehem. Swagger).
6. Performance- und Fehlerüberwachung: API-Aufrufe können in Echtzeit überwacht werden, um Leistungsengpässe zu identifizieren und sicherzustellen, dass die APIs wie erwartet funktionieren.
7. Analytics und Reporting: Sie ermöglichen detaillierte Einblicke in die Nutzungsmuster, einschließlich wer die APIs wie oft aufruft und welche Endpunkte am beliebtesten sind. Diese Daten helfen bei der Optimierung und strategischen Planung.
8. Monetarisierung: Aktive Akteure der API-Economy können für die Monetarisierung der eigenen APIs detaillierte Nutzungsmodelle erstellen und verwalten. So können sie genau verfolgen wer eine API verwendet, wie häufig und mit welchem Datenvolumen, was die Voraussetzung dafür ist, Nutzungsgebühren zu erheben.