تصميم مخطط GraphQL: أنماط قابلة للتوسع لواجهات برمجة التطبيقات العالمية

برز GraphQL كبديل قوي لواجهات برمجة التطبيقات REST التقليدية، مما يوفر للعملاء المرونة لطلب البيانات التي يحتاجونها بالضبط. ومع ذلك، مع نمو واجهة برمجة تطبيقات GraphQL الخاصة بك في التعقيد والنطاق - خاصة عند خدمة جمهور عالمي بمتطلبات بيانات متنوعة - يصبح تصميم المخطط الدقيق أمرًا بالغ الأهمية للصيانة والقابلية للتوسع والأداء. يستكشف هذا المقال العديد من أنماط تصميم مخطط GraphQL القابلة للتوسع لمساعدتك في بناء واجهات برمجة تطبيقات قوية يمكنها التعامل مع متطلبات التطبيقات العالمية.

أهمية تصميم المخطط القابل للتوسع

يعد مخطط GraphQL المصمم جيدًا أساس أي واجهة برمجة تطبيقات ناجحة. فهو يحدد كيف يمكن للعملاء التفاعل مع بياناتك وخدماتك. يمكن أن يؤدي التصميم السيئ للمخطط إلى عدد من المشاكل، بما في ذلك:

• اختناقات الأداء: يمكن للاستعلامات والمحللات غير الفعالة أن تفرط في تحميل مصادر البيانات الخاصة بك وتبطئ أوقات الاستجابة.
• مشاكل الصيانة: يصبح المخطط المتجانس صعب الفهم والتعديل والاختبار مع نمو تطبيقك.
• الثغرات الأمنية: يمكن أن تعرض ضوابط الوصول المحددة بشكل سيئ البيانات الحساسة للمستخدمين غير المصرح لهم.
• قابلية توسع محدودة: يجعل المخطط المترابط بإحكام من الصعب توزيع واجهة برمجة التطبيقات الخاصة بك عبر خوادم أو فرق متعددة.

بالنسبة للتطبيقات العالمية، تتفاقم هذه المشاكل. قد يكون للمناطق المختلفة متطلبات بيانات مختلفة، وقيود تنظيمية، وتوقعات أداء مختلفة. يتيح لك تصميم المخطط القابل للتوسع معالجة هذه التحديات بفعالية.

المبادئ الرئيسية لتصميم المخطط القابل للتوسع

قبل الخوض في أنماط محددة، دعنا نحدد بعض المبادئ الأساسية التي يجب أن توجه تصميم المخطط الخاص بك:

• النمذجة (Modularity): قسّم المخطط الخاص بك إلى وحدات أصغر ومستقلة. هذا يجعل من السهل فهم وتعديل وإعادة استخدام أجزاء فردية من واجهة برمجة التطبيقات الخاصة بك.
• القابلية للتركيب (Composability): صمم المخطط الخاص بك بحيث يمكن دمج الوحدات المختلفة وتوسيعها بسهولة. هذا يسمح لك بإضافة ميزات ووظائف جديدة دون تعطيل العملاء الحاليين.
• التجريد (Abstraction): أخفِ تعقيد مصادر البيانات والخدمات الأساسية وراء واجهة GraphQL محددة جيدًا. هذا يسمح لك بتغيير التنفيذ الخاص بك دون التأثير على العملاء.
• الاتساق (Consistency): حافظ على اصطلاح تسمية ثابت، وهيكل بيانات، واستراتيجية معالجة الأخطاء في جميع أنحاء المخطط الخاص بك. هذا يسهل على العملاء تعلم واستخدام واجهة برمجة التطبيقات الخاصة بك.
• تحسين الأداء (Performance Optimization): ضع في اعتبارك الآثار المترتبة على الأداء في كل مرحلة من مراحل تصميم المخطط. استخدم تقنيات مثل محملات البيانات (data loaders) والأسماء المستعارة للحقول (field aliasing) لتقليل عدد استعلامات قاعدة البيانات وطلبات الشبكة.

أنماط تصميم المخطط القابل للتوسع

فيما يلي العديد من أنماط تصميم المخطط القابلة للتوسع التي يمكنك استخدامها لبناء واجهات برمجة تطبيقات GraphQL قوية:

1. تجميع المخططات (Schema Stitching)

يسمح لك تجميع المخططات بدمج عدة واجهات برمجة تطبيقات GraphQL في مخطط واحد موحد. هذا مفيد بشكل خاص عندما يكون لديك فرق أو خدمات مختلفة مسؤولة عن أجزاء مختلفة من بياناتك. الأمر يشبه وجود العديد من واجهات برمجة التطبيقات المصغرة وربطها معًا عبر واجهة برمجة تطبيقات 'بوابة'.

كيف يعمل:

1. يعرض كل فريق أو خدمة واجهة برمجة تطبيقات GraphQL الخاصة به مع مخططه الخاص.
2. تستخدم خدمة بوابة مركزية أدوات تجميع المخططات (مثل Apollo Federation أو GraphQL Mesh) لدمج هذه المخططات في مخطط واحد موحد.
3. يتفاعل العملاء مع خدمة البوابة، التي توجه الطلبات إلى واجهات برمجة التطبيقات الأساسية المناسبة.

مثال:

تخيل منصة تجارة إلكترونية بواجهات برمجة تطبيقات منفصلة للمنتجات والمستخدمين والطلبات. كل واجهة برمجة تطبيقات لها مخططها الخاص:

  
    # Products API
    type Product {
      id: ID!
      name: String!
      price: Float!
    }

    type Query {
      product(id: ID!): Product
    }

    # Users API
    type User {
      id: ID!
      name: String!
      email: String!
    }

    type Query {
      user(id: ID!): User
    }

    # Orders API
    type Order {
      id: ID!
      userId: ID!
      productId: ID!
      quantity: Int!
    }

    type Query {
      order(id: ID!): Order
    }
  

يمكن لخدمة البوابة تجميع هذه المخططات معًا لإنشاء مخطط موحد:

  
    type Product {
      id: ID!
      name: String!
      price: Float!
    }

    type User {
      id: ID!
      name: String!
      email: String!
    }

    type Order {
      id: ID!
      user: User! @relation(field: "userId")
      product: Product! @relation(field: "productId")
      quantity: Int!
    }

    type Query {
      product(id: ID!): Product
      user(id: ID!): User
      order(id: ID!): Order
    }
  

لاحظ كيف يتضمن نوع Order الآن مراجع إلى User و Product، على الرغم من أن هذه الأنواع محددة في واجهات برمجة تطبيقات منفصلة. يتم تحقيق ذلك من خلال توجيهات تجميع المخططات (مثل @relation في هذا المثال).

الفوائد:

• ملكية لا مركزية: يمكن لكل فريق إدارة بياناته وواجهة برمجة التطبيقات الخاصة به بشكل مستقل.
• تحسين قابلية التوسع: يمكنك توسيع كل واجهة برمجة تطبيقات بشكل مستقل بناءً على احتياجاتها الخاصة.
• تقليل التعقيد: يحتاج العملاء فقط إلى التفاعل مع نقطة نهاية API واحدة.

الاعتبارات:

• التعقيد: يمكن أن يضيف تجميع المخططات تعقيدًا إلى بنيتك.
• زمن الاستجابة (Latency): يمكن أن يؤدي توجيه الطلبات عبر خدمة البوابة إلى زيادة زمن الاستجابة.
• معالجة الأخطاء: تحتاج إلى تنفيذ معالجة أخطاء قوية للتعامل مع حالات الفشل في واجهات برمجة التطبيقات الأساسية.

2. اتحاد المخططات (Schema Federation)

اتحاد المخططات هو تطور لتجميع المخططات، مصمم لمعالجة بعض قيوده. يوفر نهجًا أكثر تصريحية وتوحيدًا لتركيب مخططات GraphQL.

كيف يعمل:

1. تعرض كل خدمة واجهة برمجة تطبيقات GraphQL وتضيف تعليقات توضيحية إلى مخططها بتوجيهات الاتحاد (على سبيل المثال، @key, @extends, @external).
2. تستخدم خدمة بوابة مركزية (باستخدام Apollo Federation) هذه التوجيهات لبناء رسم بياني فائق (supergraph) - وهو تمثيل للمخطط الموحد بأكمله.
3. تستخدم خدمة البوابة الرسم البياني الفائق لتوجيه الطلبات إلى الخدمات الأساسية المناسبة وحل التبعيات.

مثال:

باستخدام نفس مثال التجارة الإلكترونية، قد تبدو المخططات الموحدة كما يلي:

  
    # Products API
    type Product @key(fields: "id") {
      id: ID!
      name: String!
      price: Float!
    }

    type Query {
      product(id: ID!): Product
    }

    # Users API
    type User @key(fields: "id") {
      id: ID!
      name: String!
      email: String!
    }

    type Query {
      user(id: ID!): User
    }

    # Orders API
    type Order {
      id: ID!
      userId: ID!
      productId: ID!
      quantity: Int!
      user: User! @requires(fields: "userId")
      product: Product! @requires(fields: "productId")
    }

    extend type Query {
      order(id: ID!): Order
    }
  

لاحظ استخدام توجيهات الاتحاد:

• @key: يحدد المفتاح الأساسي للنوع.
• @requires: يشير إلى أن الحقل يتطلب بيانات من خدمة أخرى.
• @extends: يسمح للخدمة بتوسيع نوع محدد في خدمة أخرى.

الفوائد:

• تركيب تصريحي: تسهل توجيهات الاتحاد فهم وإدارة تبعيات المخطط.
• تحسين الأداء: يقوم Apollo Federation بتحسين تخطيط الاستعلام وتنفيذه لتقليل زمن الاستجابة.
• تحسين أمان الأنواع: يضمن الرسم البياني الفائق أن جميع الأنواع متسقة عبر الخدمات.

الاعتبارات:

• الأدوات: يتطلب استخدام Apollo Federation أو تطبيق اتحاد متوافق.
• التعقيد: يمكن أن يكون إعداده أكثر تعقيدًا من تجميع المخططات.
• منحنى التعلم: يحتاج المطورون إلى تعلم توجيهات ومفاهيم الاتحاد.

3. تصميم المخطط النمذجي (Modular Schema Design)

يتضمن تصميم المخطط النمذجي تقسيم مخطط كبير ومتجانس إلى وحدات أصغر وأكثر قابلية للإدارة. هذا يجعل من السهل فهم وتعديل وإعادة استخدام أجزاء فردية من واجهة برمجة التطبيقات الخاصة بك، حتى دون اللجوء إلى المخططات الموحدة.

كيف يعمل:

1. حدد الحدود المنطقية داخل المخطط الخاص بك (على سبيل المثال، المستخدمون، المنتجات، الطلبات).
2. أنشئ وحدات منفصلة لكل حد، مع تحديد الأنواع والاستعلامات والتعديلات المتعلقة بهذا الحد.
3. استخدم آليات الاستيراد/التصدير (اعتمادًا على تنفيذ خادم GraphQL الخاص بك) لدمج الوحدات في مخطط واحد موحد.

مثال (باستخدام JavaScript/Node.js):

أنشئ ملفات منفصلة لكل وحدة:

  
    // users.graphql
    type User {
      id: ID!
      name: String!
      email: String!
    }

    type Query {
      user(id: ID!): User
    }

    // products.graphql
    type Product {
      id: ID!
      name: String!
      price: Float!
    }

    type Query {
      product(id: ID!): Product
    }
  

ثم، ادمجها في ملف المخطط الرئيسي الخاص بك:

  
    // schema.js
    const { makeExecutableSchema } = require('graphql-tools');
    const { typeDefs: userTypeDefs, resolvers: userResolvers } = require('./users');
    const { typeDefs: productTypeDefs, resolvers: productResolvers } = require('./products');

    const typeDefs = [
      userTypeDefs,
      productTypeDefs,
      ""
    ];

    const resolvers = {
      Query: {
        ...userResolvers.Query,
        ...productResolvers.Query,
      }
    };

    const schema = makeExecutableSchema({
      typeDefs,
      resolvers,
    });

    module.exports = schema;
  

الفوائد:

• تحسين الصيانة: الوحدات الأصغر أسهل في الفهم والتعديل.
• زيادة قابلية إعادة الاستخدام: يمكن إعادة استخدام الوحدات في أجزاء أخرى من تطبيقك.
• تعاون أفضل: يمكن للفرق المختلفة العمل على وحدات مختلفة بشكل مستقل.

الاعتبارات:

• عبء إضافي: يمكن أن تضيف النمذجة بعض العبء الإضافي على عملية التطوير الخاصة بك.
• التعقيد: تحتاج إلى تحديد الحدود بين الوحدات بعناية لتجنب التبعيات الدائرية.
• الأدوات: يتطلب استخدام تنفيذ خادم GraphQL يدعم تعريف المخطط النمذجي.

4. أنواع الواجهة والاتحاد (Interface and Union Types)

تسمح لك أنواع الواجهة والاتحاد بتعريف أنواع مجردة يمكن تنفيذها بواسطة أنواع ملموسة متعددة. هذا مفيد لتمثيل البيانات متعددة الأشكال - البيانات التي يمكن أن تتخذ أشكالًا مختلفة اعتمادًا على السياق.

كيف يعمل:

• حدد نوع واجهة أو اتحاد مع مجموعة من الحقول المشتركة.
• حدد الأنواع الملموسة التي تنفذ الواجهة أو تكون أعضاء في الاتحاد.
• استخدم حقل __typename لتحديد النوع الملموس في وقت التشغيل.

مثال:

  
    interface Node {
      id: ID!
    }

    type User implements Node {
      id: ID!
      name: String!
      email: String!
    }

    type Product implements Node {
      id: ID!
      name: String!
      price: Float!
    }

    union SearchResult = User | Product

    type Query {
      node(id: ID!): Node
      search(query: String!): [SearchResult!]!
    }
  

في هذا المثال، ينفذ كل من User و Product واجهة Node، التي تحدد حقل id مشتركًا. يمثل نوع الاتحاد SearchResult نتيجة بحث يمكن أن تكون إما User أو Product. يمكن للعملاء الاستعلام عن حقل `search` ثم استخدام حقل `__typename` لتحديد نوع النتيجة التي تلقوها.

الفوائد:

• المرونة: يسمح لك بتمثيل البيانات متعددة الأشكال بطريقة آمنة من حيث النوع.
• إعادة استخدام الكود: يقلل من تكرار الكود عن طريق تحديد الحقول المشتركة في الواجهات والاتحادات.
• تحسين قابلية الاستعلام: يسهل على العملاء الاستعلام عن أنواع مختلفة من البيانات باستخدام استعلام واحد.

الاعتبارات:

• التعقيد: يمكن أن يضيف تعقيدًا إلى المخطط الخاص بك.
• الأداء: يمكن أن يكون حل أنواع الواجهة والاتحاد أكثر تكلفة من حل الأنواع الملموسة.
• الاستبطان (Introspection): يتطلب من العملاء استخدام الاستبطان لتحديد النوع الملموس في وقت التشغيل.

5. نمط الاتصال (Connection Pattern)

نمط الاتصال هو طريقة قياسية لتنفيذ التصفح (pagination) في واجهات برمجة تطبيقات GraphQL. يوفر طريقة متسقة وفعالة لاسترداد قوائم كبيرة من البيانات على دفعات.

كيف يعمل:

• حدد نوع اتصال بحقول edges و pageInfo.
• يحتوي حقل edges على قائمة من الحواف (edges)، كل منها يحتوي على حقل node (البيانات الفعلية) وحقل cursor (معرف فريد للعقدة).
• يحتوي حقل pageInfo على معلومات حول الصفحة الحالية، مثل ما إذا كانت هناك صفحات أخرى ومؤشرات العقدة الأولى والأخيرة.
• استخدم الوسائط first و after و last و before للتحكم في التصفح.

مثال:

  
    type User {
      id: ID!
      name: String!
      email: String!
    }

    type UserEdge {
      node: User!
      cursor: String!
    }

    type UserConnection {
      edges: [UserEdge!]!
      pageInfo: PageInfo!
    }

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

    type Query {
      users(first: Int, after: String, last: Int, before: String): UserConnection!
    }
  

الفوائد:

• تصفح موحد: يوفر طريقة متسقة لتنفيذ التصفح عبر واجهة برمجة التطبيقات الخاصة بك.
• استرجاع بيانات فعال: يسمح لك باسترداد قوائم كبيرة من البيانات على دفعات، مما يقلل من الحمل على الخادم ويحسن الأداء.
• تصفح قائم على المؤشر: يستخدم المؤشرات (cursors) لتتبع موضع كل عقدة، وهو أكثر كفاءة من التصفح القائم على الإزاحة (offset-based pagination).

الاعتبارات:

• التعقيد: يمكن أن يضيف تعقيدًا إلى المخطط الخاص بك.
• عبء إضافي: يتطلب حقولًا وأنواعًا إضافية لتنفيذ نمط الاتصال.
• التنفيذ: يتطلب تنفيذًا دقيقًا لضمان أن تكون المؤشرات فريدة ومتسقة.

اعتبارات عالمية

عند تصميم مخطط GraphQL لجمهور عالمي، ضع في اعتبارك هذه العوامل الإضافية:

• التوطين (Localization): استخدم التوجيهات أو الأنواع العددية المخصصة (custom scalar types) لدعم اللغات والمناطق المختلفة. على سبيل المثال، يمكن أن يكون لديك نوع عددي مخصص `LocalizedText` يخزن الترجمات للغات مختلفة.
• المناطق الزمنية: قم بتخزين الطوابع الزمنية بالتوقيت العالمي المنسق (UTC) واسمح للعملاء بتحديد منطقتهم الزمنية لأغراض العرض.
• العملات: استخدم تنسيق عملة متسقًا واسمح للعملاء بتحديد عملتهم المفضلة لأغراض العرض. فكر في نوع عددي مخصص `Currency` لتمثيل ذلك.
• إقامة البيانات (Data residency): تأكد من تخزين بياناتك بما يتوافق مع اللوائح المحلية. قد يتطلب هذا نشر واجهة برمجة التطبيقات الخاصة بك في مناطق متعددة أو استخدام تقنيات إخفاء البيانات.
• إمكانية الوصول (Accessibility): صمم المخطط الخاص بك ليكون متاحًا للمستخدمين من ذوي الاحتياجات الخاصة. استخدم أسماء حقول واضحة ووصفية وقدم طرقًا بديلة للوصول إلى البيانات.

على سبيل المثال، ضع في اعتبارك حقل وصف المنتج:

type Product {
 id: ID!
 name: String!
 description(language: String = "en"): String!
}

يسمح هذا للعملاء بطلب الوصف بلغة معينة. إذا لم يتم تحديد لغة، فإنه يعود افتراضيًا إلى اللغة الإنجليزية (`en`).

الخلاصة

يعد تصميم المخطط القابل للتوسع ضروريًا لبناء واجهات برمجة تطبيقات GraphQL قوية وقابلة للصيانة يمكنها التعامل مع متطلبات التطبيقات العالمية. باتباع المبادئ الموضحة في هذا المقال واستخدام أنماط التصميم المناسبة، يمكنك إنشاء واجهات برمجة تطبيقات سهلة الفهم والتعديل والتوسيع، مع توفير أداء وقابلية توسع ممتازين أيضًا. تذكر أن تقوم بنمذجة وتركيب وتجريد المخطط الخاص بك، وأن تأخذ في الاعتبار الاحتياجات المحددة لجمهورك العالمي.

من خلال تبني هذه الأنماط، يمكنك إطلاق العنان للإمكانات الكاملة لـ GraphQL وبناء واجهات برمجة تطبيقات يمكنها تشغيل تطبيقاتك لسنوات قادمة.