API (Application Programming Interface)

API steht für Application Programming Interface (deutsch: Anwendungsprogrammierschnittstelle) und bezeichnet eine definierte Schnittstelle, über die verschiedene Softwaresysteme miteinander kommunizieren können. Eine API legt fest, wie Anfragen gestellt werden, welche Daten ausgetauscht werden und in welchem Format Antworten zurückgegeben werden.

Du kannst dir eine API wie einen Kellner in einem Restaurant vorstellen: Du (der Client) gibst deine Bestellung auf, der Kellner (die API) nimmt sie entgegen, übermittelt sie an die Küche (den Server) und bringt dir das Ergebnis zurück. Die API sorgt dafür, dass du nicht selbst in die Küche gehen musst, um an dein Essen zu kommen.

Geschichte und Entwicklung von APIs

Der Begriff "Application Programming Interface" wurde erstmals 1968 in einem wissenschaftlichen Paper mit dem Titel "Data structures and techniques for remote computer graphics" verwendet. Damals beschrieb er, wie eine Grafikanwendung mit dem Computersystem interagiert.

Die wichtigsten Meilensteine

Die Entwicklung von APIs hat mehrere wichtige Phasen durchlaufen, von lokalen Bibliotheksschnittstellen bis hin zu modernen Web-APIs:

• 1968: Erste Verwendung des Begriffs "API" für Grafikanwendungen
• 1974: C.J. Date führt APIs im Datenbankbereich ein (ANSI/SPARC-Framework)
• 1970er-1980er: Remote Procedure Calls (RPC) ermöglichen Aufrufe über Netzwerke
• 1990er: Standards wie CORBA, COM und DCOM konkurrieren um API-Dominanz
• 1998: SOAP (Simple Object Access Protocol) wird entwickelt
• 2000: Roy Fielding beschreibt REST in seiner Dissertation
• 2000er: Web-APIs mit XML und JSON werden zum Standard
• 2015: GraphQL wird von Facebook veröffentlicht
• Heute: APIs sind das Rückgrat moderner Softwarearchitektur

Funktionsweise einer API

Eine API funktioniert nach dem Request-Response-Prinzip. Der Client sendet eine Anfrage (Request) an die API, diese verarbeitet die Anfrage, prüft Berechtigungen, kommuniziert mit dem Server oder der Datenbank und liefert eine strukturierte Antwort (Response) zurück.

Typischer API-Ablauf

Bei einer Web-API läuft die Kommunikation typischerweise so ab:

1. Client sendet Request: Eine Anwendung sendet eine HTTP-Anfrage an einen API-Endpunkt
2. API empfängt Anfrage: Der Server nimmt die Anfrage entgegen und validiert sie
3. Authentifizierung: API-Keys, OAuth-Tokens oder andere Credentials werden geprüft
4. Verarbeitung: Die angeforderte Aktion wird ausgeführt (z.B. Datenbankabfrage)
5. Response: Das Ergebnis wird in einem strukturierten Format (meist JSON) zurückgesendet

Einfaches Beispiel: Wetter-API

Ein praktisches Beispiel ist eine Wetter-API. Du sendest eine Anfrage mit dem Ortsnamen und erhältst strukturierte Wetterdaten zurück:

# HTTP GET Request an eine Wetter-API
GET https://api.wetter.example/v1/weather?city=Berlin

# JSON Response
{
  "city": "Berlin",
  "temperature": 18,
  "unit": "celsius",
  "condition": "sonnig",
  "humidity": 65
}

API-Architekturen im Überblick

Es gibt verschiedene Architekturstile für APIs, die sich in ihrer Komplexität, Flexibilität und ihren Einsatzgebieten unterscheiden. Die drei wichtigsten sind REST, SOAP und GraphQL.

REST (Representational State Transfer)

REST ist der heute am weitesten verbreitete API-Architekturstil. Er wurde 2000 von Roy Fielding in seiner Dissertation beschrieben und basiert auf den Prinzipien des HTTP-Protokolls. REST-APIs nutzen Standard-HTTP-Methoden wie GET, POST, PUT und DELETE für verschiedene Operationen.

# REST API Beispiele
GET    /api/users          # Alle Benutzer abrufen
GET    /api/users/123      # Benutzer mit ID 123 abrufen
POST   /api/users          # Neuen Benutzer erstellen
PUT    /api/users/123      # Benutzer 123 aktualisieren
DELETE /api/users/123      # Benutzer 123 löschen

REST-APIs sind zustandslos (stateless), was bedeutet, dass jede Anfrage alle notwendigen Informationen enthalten muss. Das macht sie gut skalierbar und einfach zu cachen.

SOAP (Simple Object Access Protocol)

SOAP ist ein älteres, XML-basiertes Protokoll für den Austausch strukturierter Informationen. Es bietet strenge Standards und eingebaute Sicherheitsfunktionen (WS-Security), ist aber auch komplexer und erzeugt mehr Overhead als REST.

• Vorteile: Strenge Verträge, hohe Sicherheit, Transaktionsunterstützung
• Nachteile: Komplexität, hoher Overhead durch XML, langsamere Performance
• Einsatzgebiet: Enterprise-Systeme, Banking, Bereiche mit strengen Compliance-Anforderungen

GraphQL

GraphQL wurde 2015 von Facebook entwickelt und ermöglicht es Clients, genau die Daten anzufordern, die sie benötigen. Im Gegensatz zu REST, wo oft mehrere Endpunkte abgefragt werden müssen, nutzt GraphQL einen einzigen Endpunkt mit flexiblen Abfragen.

# GraphQL Query
query {
  user(id: 123) {
    name
    email
    posts {
      title
      createdAt
    }
  }
}

Vergleich der API-Architekturen

Die Wahl der richtigen API-Architektur hängt von den Anforderungen deines Projekts ab:

Für die meisten modernen Webanwendungen ist REST die beste Wahl aufgrund seiner Einfachheit und breiten Unterstützung. GraphQL eignet sich besonders für Anwendungen mit komplexen Datenbeziehungen oder wenn verschiedene Clients unterschiedliche Daten benötigen. SOAP findest du hauptsächlich in Legacy-Systemen und Bereichen mit hohen Sicherheitsanforderungen.

Datenformate: JSON und XML

APIs tauschen Daten in strukturierten Formaten aus. Die beiden wichtigsten sind JSON und XML.

JSON (JavaScript Object Notation)

JSON ist heute das dominierende Format für Web-APIs. Es ist kompakt, gut lesbar und wird von praktisch allen Programmiersprachen unterstützt:

{
  "benutzer": {
    "id": 123,
    "name": "Max Mustermann",
    "email": "max@example.de",
    "aktiv": true
  }
}

XML (Extensible Markup Language)

XML war das ursprüngliche Format für Web-APIs und wird heute noch in SOAP-APIs und älteren Systemen verwendet:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<benutzer>
  <id>123</id>
  <name>Max Mustermann</name>
  <email>max@example.de</email>
  <aktiv>true</aktiv>
</benutzer>

API-Sicherheit und Authentifizierung

Die Absicherung von APIs ist entscheidend, da sie oft sensible Daten transportieren. Es gibt verschiedene Mechanismen, um sicherzustellen, dass nur autorisierte Anwendungen und Benutzer Zugriff erhalten.

Gängige Authentifizierungsmethoden

Je nach Anwendungsfall und Sicherheitsanforderungen kommen unterschiedliche Methoden zum Einsatz:

• API-Keys: Einfache Schlüssel, die bei jeder Anfrage mitgesendet werden
• OAuth 2.0: Standard für delegierte Autorisierung (z.B. "Mit Google anmelden")
• JWT (JSON Web Tokens): Signierte Tokens, die Benutzerinformationen enthalten
• Basic Authentication: Benutzername und Passwort (Base64-kodiert)
• mTLS: Gegenseitige TLS-Authentifizierung mit Zertifikaten

# Beispiel: API-Key im Header
curl -H "X-API-Key: dein-geheimer-api-key" \
     https://api.example.de/v1/daten

# Beispiel: Bearer Token (OAuth/JWT)
curl -H "Authorization: Bearer eyJhbGciOiJIUzI1NiIs..." \
     https://api.example.de/v1/benutzer

API-Dokumentation und Tools

Gute API-Dokumentation ist essentiell, damit Entwickler die API effektiv nutzen können. Es gibt verschiedene Standards und Tools, die dabei helfen.

OpenAPI Specification (Swagger)

Die OpenAPI Specification (früher Swagger Specification) ist der De-facto-Standard für die Beschreibung von REST-APIs. Mit Swagger-Tools kannst du aus einer OpenAPI-Definition automatisch Dokumentation, Client-SDKs und Server-Stubs generieren.

Beliebte API-Entwicklungstools

Für die Entwicklung, das Testen und die Dokumentation von APIs gibt es zahlreiche hilfreiche Werkzeuge:

• Postman: Umfangreiches Tool zum Testen und Dokumentieren von APIs
• Swagger UI: Interaktive API-Dokumentation aus OpenAPI-Specs
• Insomnia: Leichtgewichtiger REST-Client
• curl: Kommandozeilen-Tool für HTTP-Anfragen
• HTTPie: Benutzerfreundliche curl-Alternative

APIs in der Praxis

APIs sind aus der modernen Softwareentwicklung nicht mehr wegzudenken. Sie ermöglichen die Integration verschiedener Dienste und bilden das Rückgrat von Microservices-Architekturen.

Typische Einsatzgebiete

APIs findest du in nahezu jedem Bereich der Softwareentwicklung:

• Zahlungsabwicklung: Stripe, PayPal, Klarna-APIs für E-Commerce
• Social Media: Twitter, Facebook, Instagram-APIs für Integration
• Kartendienste: Google Maps, OpenStreetMap für Standortfunktionen
• Cloud-Dienste: AWS, Azure, Google Cloud APIs
• Wetter und Geodaten: Wetterdienste, Geocoding-APIs
• Kommunikation: Twilio für SMS/Telefonie, SendGrid für E-Mail

Vorteile von APIs

Der Einsatz von APIs bietet zahlreiche Vorteile für die Softwareentwicklung:

• Wiederverwendbarkeit: Einmal entwickelte Funktionen können von vielen Anwendungen genutzt werden
• Schnellere Entwicklung: Bestehende APIs nutzen statt alles selbst zu bauen
• Skalierbarkeit: Dienste können unabhängig voneinander skaliert werden
• Flexibilität: Frontend und Backend können getrennt entwickelt werden
• Integration: Verschiedene Systeme können einfach verbunden werden

APIs in der IT-Ausbildung

Das Verständnis von APIs ist eine grundlegende Kompetenz für IT-Fachkräfte. In der täglichen Arbeit wirst du regelmäßig mit APIs in Berührung kommen, sei es beim Konsumieren externer Dienste oder beim Entwickeln eigener Schnittstellen.

Als Fachinformatiker für Anwendungsentwicklung entwickelst du selbst APIs für Web- und Mobile-Anwendungen. Du lernst, RESTful APIs zu designen, zu dokumentieren und abzusichern. Frameworks wie Spring Boot (Java), Laravel (PHP) oder Express.js (Node.js) helfen dir dabei.

Als Fachinformatiker für Systemintegration nutzt du APIs, um verschiedene Systeme miteinander zu verbinden. Ob Monitoring-Tools, Cloud-Dienste oder Automatisierungslösungen - überall kommunizieren Systeme über APIs. Das Verstehen von API-Dokumentationen und das Testen von Schnittstellen gehört zu deinen Kernaufgaben.

Quellen und weiterführende Links

• OpenAPI Specification - Standard für API-Dokumentation
• Swagger Tools - Tools für API-Design und -Dokumentation
• GraphQL - Offizielle GraphQL-Website
• JSON.org - JSON-Spezifikation
• RESTful API Design - Best Practices für REST-APIs
• Wikipedia: API - Ausführlicher Hintergrund und Geschichte