使用 Elevation API 網路服務的最佳做法

Google 地圖平台網路服務是 Google 服務的 HTTP 介面集合,可為地圖應用程式提供地理資料。

本指南說明一些適用於設定網路服務要求和處理服務回應的常見做法。如需 Elevation API 的完整說明文件,請參閱開發人員指南

什麼是網路服務?

Google 地圖平台網路服務是一種介面,可用來向外部服務要求 Maps API 資料,並在地圖應用程式中使用資料。這些服務應該依照《Google 地圖平台服務條款》的授權限制規定與地圖搭配使用。

Maps API 網路服務使用對特定網址的 HTTP(S) 要求,並將網址參數和/或 JSON 格式的 POST 資料做為服務的引數傳遞至服務。一般而言,這些服務會在回應主體中傳回 JSON 或 XML 資料,供應用程式剖析和/或處理。

一般的 Elevation API 要求通常採用下列形式:

https://maps.googleapis.com/maps/api/elevation/output?parameters

其中 output 代表回應格式 (通常是 jsonxml)。

注意:所有 Elevation API 應用程式都需要驗證。進一步瞭解驗證憑證

SSL/TLS 存取

凡是使用 API 金鑰或包含使用者資料的 Google 地圖平台要求,都必須採用 HTTPS。如果透過 HTTP 傳送包含機密資料的要求,可能會遭到拒絕。

建立有效網址

您可能認為網址是否「有效」一眼就能判斷,但實際情況不然。例如,在瀏覽器的網址列內輸入的網址可能包含特殊字元 (例如 "上海+中國");瀏覽器必須在內部將這些字元轉譯為其他編碼方式才能傳送。同理可證,產生或接受 UTF-8 輸入值的任何程式碼都可能會將含有 UTF-8 字元的網址視為「有效網址」,但也需要先轉譯這些字元,才能向外傳送至網路伺服器。這個過程稱為網址編碼百分比編碼

特殊字元

所有網址都必須符合統一資源 ID (URI) 規格指定的語法,因此我們必須轉譯特殊字元。實務上,這表示網址只能包含一部分特殊 ASCII 字元:慣用的英數字元符號,以及用做網址內控制字元的部分預留字元。下表摘要列出這些字元:

有效網址字元摘要
字元集字元網址使用情況
英數字元 a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 文字字串、結構用途 (http)、通訊埠 (8080) 等。
非預留 - _。~ 文字字串
預留 ! * ' ( ) ; : @ & = + $ , / ? % # [ ] 控制字元和 (或) 文字字串

建立有效網址時,您必須確保網址僅包含表格中顯示的字元。如果網址使用上述字元集,通常會導致兩個問題:一個是遺漏問題,一個則是代換問題:

  • 您需要處理的字元不屬於上述字元集。舉例來說,外國語言的字元 (例如「上海+中國」) 就需要使用上述字元加以編碼。依照普遍慣例,空格 (網址內不允許使用) 通常也用加號 '+' 字元來表示。
  • 字元屬於上方字元集中的預留字元,但需要直接使用。舉例來說,網址內會使用 ? 來表示查詢字串的開頭;如果您想使用「? and the Mysterions」這個字串,就必須對 '?' 字元進行編碼。

所有字元進行網址編碼時,都會使用 '%' 字元,外加對應至各自 UTF-8 字元的雙字元十六進位值。舉例來說,「上海+中國」以 UTF-8 編碼形式進行網址編碼的結果是 %E4%B8%8A%E6%B5%B7%2B%E4%B8%AD%E5%9C%8B,「? and the Mysterians」字串則是 %3F+and+the+Mysterians%3F%20and%20the%20Mysterians

需要編碼的常見字元

必須編碼的部分常見字元如下:

不安全的字元 經過編碼的值
空格 %20
" %22
< %3C
> %3E
# %23
% %25
| %7C

將使用者輸入內容轉換成網址的過程有時會遇到困難。舉例來說,使用者輸入的地址可能是「5th&Main St.」。一般來說,您應該根據各組成部分來建立網址,並將任何使用者輸入內容當成常值字元來處理。

此外,所有 Google 地圖平台網路服務和 Static Web API 的網址長度上限都是 16384 個半形字元。對於大部分的服務而言,很少出現接近此字元限制的情況。但請注意,某些服務的幾個參數可能會產生較長的網址。

謹慎使用 Google API

如果 API 用戶端設計不良,可能會佔用網際網路和 Google 伺服器所需要的負載。本節包含 API 用戶端的一些最佳做法。只要遵循這些最佳做法,就能避免應用程式因無意間濫用 API 而遭到封鎖。

指數型退讓

在極少數的情況下,您的要求可能發生錯誤;您可能會收到 4XX 或 5XX HTTP 回應碼,或是 TCP 連線在用戶端和 Google 伺服器之間執行失敗。嘗試重新嘗試要求通常是值得的,因為當原始要求失敗時,後續要求可能會成功。但是,不是只要重複向 Google 的伺服器發出要求即可。這種循環行為可能會在用戶端與 Google 之間造成網路超載,造成許多方發生問題。

更好的做法是,每次嘗試間持續增加延遲。通常每次嘗試時就會使延遲增加,做法稱為指數輪詢

舉例來說,假設某個應用程式想要向 Time Zone API 提出要求:

https://maps.googleapis.com/maps/api/timezone/json?location=39.6034810,-119.6822510&timestamp=1331161200&key=YOUR_API_KEY

以下 Python 範例顯示如何使用指數輪詢發出要求:

import json
import time
import urllib.error
import urllib.parse
import urllib.request

# The maps_key defined below isn't a valid Google Maps API key.
# You need to get your own API key.
# See https://developers.google.com/maps/documentation/timezone/get-api-key
API_KEY = "YOUR_KEY_HERE"
TIMEZONE_BASE_URL = "https://maps.googleapis.com/maps/api/timezone/json"


def timezone(lat, lng, timestamp):

    # Join the parts of the URL together into one string.
    params = urllib.parse.urlencode(
        {"location": f"{lat},{lng}", "timestamp": timestamp, "key": API_KEY,}
    )
    url = f"{TIMEZONE_BASE_URL}?{params}"

    current_delay = 0.1  # Set the initial retry delay to 100ms.
    max_delay = 5  # Set the maximum retry delay to 5 seconds.

    while True:
        try:
            # Get the API response.
            response = urllib.request.urlopen(url)
        except urllib.error.URLError:
            pass  # Fall through to the retry loop.
        else:
            # If we didn't get an IOError then parse the result.
            result = json.load(response)

            if result["status"] == "OK":
                return result["timeZoneId"]
            elif result["status"] != "UNKNOWN_ERROR":
                # Many API errors cannot be fixed by a retry, e.g. INVALID_REQUEST or
                # ZERO_RESULTS. There is no point retrying these requests.
                raise Exception(result["error_message"])

        if current_delay > max_delay:
            raise Exception("Too many retry attempts.")

        print("Waiting", current_delay, "seconds before retrying.")

        time.sleep(current_delay)
        current_delay *= 2  # Increase the delay each time we retry.


if __name__ == "__main__":
    tz = timezone(39.6034810, -119.6822510, 1331161200)
    print(f"Timezone: {tz}")

您還應該要注意,不要在應用程式呼叫鏈中較高的重試程式碼,以快速連續提出要求。

同步要求

對 Google API 發出的大量同步要求看起來就像在 Google 基礎架構上進行分散式阻斷服務 (DDoS) 攻擊,並據此處理。為了避免這個問題,您應確保 API 要求不會在用戶端之間同步處理。

舉例來說,假設應用程式顯示時間是以目前時區為準。此應用程式可能會設定用戶端作業系統在每分鐘啟動時喚醒的鬧鐘,以便更新顯示的時間。應用程式「不得」在與鬧鐘相關的處理過程中發出任何 API 呼叫。

因應固定鬧鐘而發出 API 呼叫是不佳的做法,這會導致 API 呼叫在分鐘的開始時間間同步處理,甚至會在不同的裝置之間同步處理,而非在一段時間內平均分配。如果應用程式的設計不良,在每分鐘開始時,流量便會暴增為正常值六十倍。

相反的,可以考慮將第二個鬧鐘設定為隨機選擇的時間。當第二個鬧鐘觸發時,應用程式會呼叫其所需的任何 API 並儲存結果。當應用程式想要在一開始就更新顯示畫面時,會使用先前儲存的結果,而非再次呼叫 API。使用這個方法時,API 呼叫會在一段時間內平均分配此外,當螢幕更新時,API 呼叫不會延遲轉譯作業。

除了每一刻開始,您也「不要」在一小時開始時,以及每天午夜的開始時,留意其他常見的同步處理時間。

處理回應

本章節討論如何從網路服務回應中,以動態方式擷取這些值。

Google 地圖網路服務提供容易理解的回覆,但對使用者而言未必方便使用。執行查詢時,與其顯示一組資料,您或許會希望擷取少數特定值。您通常會希望剖析網路服務的回應,並只擷取自己感興趣的值。

您使用的剖析配置取決於傳回輸出時採用的是 XML 或 JSON 格式。JSON 回應已採用 JavaScript 物件的形式,可在用戶端的 JavaScript 本身內處理。XML 回應應使用 XML 處理器和 XML 查詢語言來處理,以處理 XML 格式中的元素。我們在以下範例中使用了 XPath,因為這是 XML 處理程式庫中常見的支援。

利用 XPath 處理 XML

XML 是相對成熟的結構化資訊格式,用於資料交換。雖然 XML 不像 JSON 一樣輕量,但除了支援更多語言,也提供更強大的工具。例如,利用 Java 處理 XML 的程式碼,就內建在 javax.xml 套件中。

處理 XML 回應時,您應使用適當的查詢語言來選取 XML 文件中的節點,而不要假設元素位於 XML 標記內的絕對位置。XPath 是一種語言語法,專門用於描述 XML 文件中的節點和元素。XPath 運算式可讓您識別 XML 回應文件中的特定內容。

XPath 運算式

熟悉 XPath 對於開發可靠的剖析配置有很長的進展。本節的重點在於如何使用 XPath 處理 XML 文件內的元素,讓您處理多個元素並建立複雜的查詢。

XPath 會使用「運算式」選取 XML 文件內的元素,其語法與目錄路徑所用的語法類似。這些運算式會找出 XML 文件樹狀結構中的元素,這是一種與 DOM 類似的階層樹狀結構。一般來說,XPath 運算式是貪婪,表示這些運算式會與所有符合所提供條件的節點相符。

我們將使用下列抽象 XML 來說明範例:

<WebServiceResponse>
 <status>OK</status>
 <result>
  <type>sample</type>
  <name>Sample XML</name>
  <location>
   <lat>37.4217550</lat>
   <lng>-122.0846330</lng>
  </location>
 </result>
 <result>
  <message>The secret message</message>
 </result>
</WebServiceResponse>

運算式中的節點選項

XPath 選項會選取節點。根節點會涵蓋整份文件。您利用特殊運算式「/」選取這個節點。請注意,根節點並非 XML 文件的頂層節點,實際上是位於頂層元素的上一層,並包含該節點。

元素節點代表 XML 文件樹狀結構中的各項元素。舉例來說,<WebServiceResponse> 元素代表上述範例服務中傳回的頂層元素。您可以透過絕對或相對路徑選取個別節點,要採用哪一種路徑,應以是否開頭或開頭的「/」字元來表示。

  • 絕對路徑:「/WebServiceResponse/result」運算式會選取所有屬於 <WebServiceResponse> 節點子項的 <result> 節點。(請注意,這兩個元素都是從根節點「/」繼承而來)。
  • 目前背景資訊的相對路徑:運算式「result」會比對目前結構定義中的任何 <result> 元素。一般而言,您應該不需要擔心使用情境,因為您通常是透過單一運算式處理網路服務結果。

其中一個運算式可能會因為增加以雙斜線表示 (「//」) 的萬用字元路徑而擴大。例如,XPath 運算式「//formatted_address」會在目前的文件中,比對該名稱的所有節點。運算式 //viewport//lat 會比對可以做為父項追蹤 <viewport> 的所有 <lat> 元素。

根據預設,XPath 運算式會比對所有元件。您可以在方括號 ([]) 中提供「述詞」predicate,限制運算式僅比對特定元素。舉例來說,XPath 運算式「/GeocodeResponse/result[2]」一律會傳回第二個結果。

運算式類型
根節點
XPath 運算式:  "/"
選取:
    <WebServiceResponse>
     <status>OK</status>
     <result>
      <type>sample</type>
      <name>Sample XML</name>
      <location>
       <lat>37.4217550</lat>
       <lng>-122.0846330</lng>
      </location>
     </result>
     <result>
      <message>The secret message</message>
     </result>
    </WebServiceResponse>
    
絕對路徑
XPath 運算式:  "/WebServiceResponse/result"
選取:
    <result>
     <type>sample</type>
     <name>Sample XML</name>
     <location>
      <lat>37.4217550</lat>
      <lng>-122.0846330</lng>
     </location>
    </result>
    <result>
     <message>The secret message</message>
    </result>
    
含萬用字元的路徑
XPath 運算式:  "/WebServiceResponse//location"
選取:
    <location>
     <lat>37.4217550</lat>
     <lng>-122.0846330</lng>
    </location>
    
含述詞的路徑
XPath 運算式:  "/WebServiceResponse/result[2]/message"
選取:
    <message>The secret message</message>
    
第一個 result 的所有直接子項
XPath 運算式:  "/WebServiceResponse/result[1]/*"
選取:
     <type>sample</type>
     <name>Sample XML</name>
     <location>
      <lat>37.4217550</lat>
      <lng>-122.0846330</lng>
     </location>
    
resultname,其 type 文字為「sample」。
XPath 運算式:  "/WebServiceResponse/result[type/text()='sample']/name"
選取:
    Sample XML
    

請注意,選取元素時也要選取節點,不能只選取物件內的文字。您通常會想要逐一查看所有符合的節點並擷取文字。您也可以直接比對文字節點,請參閱下方的文字節點

請注意,XPath 也支援屬性節點;不過,所有 Google 地圖網路服務提供的元素都不會有屬性,因此不必比對屬性。

運算式中的文字選項

XML 文件內的文字是透過「文字節點」運算子在 XPath 運算式中指定。這個運算子「text()」會指出擷取指定節點中的文字。例如,XPath 運算式「//formatted_address/text()」會傳回 <formatted_address> 元素中的所有文字。

運算式類型
所有文字節點 (包括空白字元)
XPath 運算式:  "//text()"
選取:
    sample
    Sample XML

    37.4217550
    -122.0846330
    The secret message
    
文字選項
XPath 運算式:  "/WebServiceRequest/result[2]/message/text()"
選取:
    The secret message
    
內容相關選項
XPath 運算式:  "/WebServiceRequest/result[type/text() = 'sample']/name/text()"
選取:
    Sample XML
    

或者,您也可以評估運算式並傳回一組節點,然後逐一查看該「節點集」,從各個節點擷取文字。我們會在下方的範例中採用此作法。

如要進一步瞭解 XPath,請參閱 XPath W3C 規格

在 Java 中評估 XPath

Java 提供廣泛支援,以便剖析 XML 並在 javax.xml.xpath.* 套件內使用 XPath 運算式。因此,本節中的程式碼範例使用 Java 來說明如何處理 XML,以及剖析 XML 服務回應中的資料。

如要在 Java 程式碼中使用 XPath,您必須先將 XPathFactory 的例項執行個體化,然後對該工廠呼叫 newXPath(),以建立 XPath 物件。接著,這個物件利用 evaluate() 方法處理後,即可通過 XML 和 XPath 運算式。

評估 XPath 運算式時,請務必疊代任何可能傳回的可能「節點集」。由於這些結果會在 Java 程式碼中以 DOM 節點的形式傳回,因此您應該在 NodeList 物件中擷取這幾個值,並反覆查看該物件,從這些節點擷取任何文字或值。

以下程式碼說明如何建立 XPath 物件、為其指派 XML 和 XPath 運算式,並評估運算式以列印相關內容的方式。

import org.xml.sax.InputSource;
import org.w3c.dom.*;
import javax.xml.xpath.*;
import java.io.*;

public class SimpleParser {

  public static void main(String[] args) throws IOException {

	XPathFactory factory = XPathFactory.newInstance();

    XPath xpath = factory.newXPath();

    try {
      System.out.print("Web Service Parser 1.0\n");

      // In practice, you'd retrieve your XML via an HTTP request.
      // Here we simply access an existing file.
      File xmlFile = new File("XML_FILE");

      // The xpath evaluator requires the XML be in the format of an InputSource
	  InputSource inputXml = new InputSource(new FileInputStream(xmlFile));

      // Because the evaluator may return multiple entries, we specify that the expression
      // return a NODESET and place the result in a NodeList.
      NodeList nodes = (NodeList) xpath.evaluate("XPATH_EXPRESSION", inputXml, XPathConstants.NODESET);

      // We can then iterate over the NodeList and extract the content via getTextContent().
      // NOTE: this will only return text for element nodes at the returned context.
      for (int i = 0, n = nodes.getLength(); i < n; i++) {
        String nodeString = nodes.item(i).getTextContent();
        System.out.print(nodeString);
        System.out.print("\n");
      }
    } catch (XPathExpressionException ex) {
	  System.out.print("XPath Error");
    } catch (FileNotFoundException ex) {
      System.out.print("File Error");
    }
  }
}