Frontend API Gateway: GraphQL Federation og Schema Stitching

I en verden af moderne webapplikationsudvikling kan håndtering af data fra flere kilder være en betydelig udfordring. I takt med at applikationer vokser i kompleksitet og anvender microservice-arkitekturer, bliver behovet for en samlet og effektiv måde at tilgå data på altafgørende. En Frontend API Gateway fungerer som et centralt indgangspunkt for klientapplikationer, hvor den samler data fra forskellige backend-tjenester og giver en strømlinet oplevelse for både udviklere og slutbrugere. Dette blogindlæg udforsker to effektive teknikker til at bygge en Frontend API Gateway: GraphQL Federation og Schema Stitching.

Hvad er en Frontend API Gateway?

En Frontend API Gateway er et arkitektonisk mønster, hvor en dedikeret server fungerer som mellemmand mellem frontend-klienter (f.eks. webbrowsere, mobilapps) og flere backend-tjenester. Den forenkler datahentning ved at:

• Aggregering af data: Kombinere data fra flere kilder til et enkelt svar.
• Transformering af data: Tilpasse dataformater til frontendens behov.
• Abstrahering af kompleksitet: Skjule de indviklede detaljer i backend-tjenesterne for klienten.
• Håndhævelse af sikkerhed: Implementere politikker for godkendelse og autorisation.
• Optimering af ydeevne: Cache ofte anvendte data og reducere netværksanmodninger.

I bund og grund implementerer den Backend for Frontend (BFF)-mønsteret i stor skala og giver frontend-teams mulighed for at tage mere kontrol over de API'er, de bruger. I større organisationer kan det at lade frontenden administrere og kuratere sine egne API'er føre til hurtigere levering og reduceret afhængighed af backend-teams.

Hvorfor bruge GraphQL til en Frontend API Gateway?

GraphQL er et forespørgselssprog til API'er og en runtime til at opfylde disse forespørgsler med dine eksisterende data. Det giver flere fordele i forhold til traditionelle REST API'er, hvilket gør det velegnet til at bygge Frontend API Gateways:

• Effektiv datahentning: Klienter anmoder kun om de data, de har brug for, hvilket reducerer over-fetching og forbedrer ydeevnen.
• Stærk typning: GraphQL-skemaer definerer datastrukturen, hvilket muliggør bedre værktøjer og validering.
• Introspektion: Klienter kan opdage tilgængelige data og operationer gennem skema-introspektion.
• Realtidskapaciteter: GraphQL-abonnementer muliggør dataopdateringer i realtid.

Ved at udnytte GraphQL kan en Frontend API Gateway tilbyde en fleksibel, effektiv og udviklervenlig grænseflade til at tilgå data fra flere backend-tjenester. Dette står i skarp kontrast til traditionelle tilgange, hvor man bruger flere REST-endepunkter, som hver især skal forespørges individuelt og ofte returnerer mere data end nødvendigt.

GraphQL Federation: En Distribueret Tilgang

Hvad er GraphQL Federation?

GraphQL Federation er en effektiv teknik til at bygge en distribueret GraphQL API ved at sammensætte flere GraphQL-tjenester (kaldet "subgraphs") til et enkelt, samlet skema. Hver subgraph er ansvarlig for et specifikt domæne eller en datakilde, og Federation-gatewayen orkestrerer forespørgsler på tværs af disse subgraphs.

Kernekonceptet drejer sig om en supergraph, et enkelt, samlet GraphQL-skema, der repræsenterer hele API'et. Denne supergraph bygges ved at sammensætte mindre GraphQL-skemaer, kaldet subgraphs, som hver især repræsenterer en specifik microservice eller datakilde. Federation-gatewayen er ansvarlig for at route indkommende GraphQL-forespørgsler til de relevante subgraphs og kombinere resultaterne i et enkelt svar.

Hvordan GraphQL Federation Fungerer

1. Definition af Subgraph: Hver microservice eksponerer et GraphQL API (en subgraph), der definerer sine egne data og operationer. Disse skemaer indeholder direktiver, der fortæller Federation-gatewayen, hvordan den skal opløse typer og felter. Vigtige direktiver inkluderer `@key`, `@external` og `@requires`.
2. Sammensætning af Supergraph: Federation-gatewayen (f.eks. Apollo Gateway) henter skemaerne fra hver subgraph og sammensætter dem til et enkelt, samlet skema (supergraphen). Denne proces indebærer at løse type- og feltkonflikter og etablere relationer mellem typer på tværs af forskellige subgraphs.
3. Planlægning og Udførelse af Forespørgsel: Når en klient sender en GraphQL-forespørgsel til gatewayen, analyserer gatewayen forespørgslen og bestemmer, hvilke subgraphs der skal forespørges for at opfylde anmodningen. Den distribuerer derefter forespørgslen til de relevante subgraphs, indsamler resultaterne og kombinerer dem i et enkelt svar, som returneres til klienten.

Eksempel: E-handelsplatform med GraphQL Federation

Overvej en e-handelsplatform med separate microservices for produkter, kunder og ordrer.

• Produkter Subgraph: Håndterer produktinformation (navn, beskrivelse, pris osv.).
• Kunder Subgraph: Håndterer kundedata (navn, adresse, e-mail osv.).
• Ordrer Subgraph: Håndterer ordreinformation (ordre-ID, kunde-ID, produkt-ID'er, samlet beløb osv.).

Hver subgraph eksponerer et GraphQL API, og Federation-gatewayen sammensætter disse API'er til en enkelt supergraph. En klient kan derefter forespørge supergraphen for at hente information om produkter, kunder og ordrer i en enkelt anmodning.

For eksempel kunne en forespørgsel for at hente en kundes navn og deres ordrehistorik se sådan ud:

query GetCustomerAndOrders($customerId: ID!) {
  customer(id: $customerId) {
    id
    name
    orders {
      id
      orderDate
      totalAmount
    }
  }
}

Federation-gatewayen ville route denne forespørgsel til Kunder- og Ordrer-subgraphs, hente de nødvendige data og kombinere dem i et enkelt svar.

Fordele ved GraphQL Federation

• Forenklet dataadgang: Klienter interagerer med et enkelt GraphQL-endepunkt, uanset de underliggende datakilder.
• Forbedret ydeevne: Datahentning optimeres ved kun at hente de nødvendige data fra hver subgraph.
• Øget skalerbarhed: Hver subgraph kan skaleres uafhængigt, hvilket giver bedre ressourceudnyttelse.
• Decentraliseret udvikling: Teams kan udvikle og udrulle subgraphs uafhængigt, hvilket fremmer agilitet og innovation.
• Skema-styring: Federation-gatewayen håndhæver skemakonsistens og kompatibilitet på tværs af subgraphs.

Værktøjer til GraphQL Federation

• Apollo Federation: En populær open-source implementering af GraphQL Federation, der tilbyder en gateway, et skemaregister og værktøjer til at bygge og administrere fødererede GraphQL API'er. Apollo Federation er kendt for sin skalerbarhed og robuste fejlhåndtering.
• GraphQL Hive: Dette værktøj tilbyder skemaregister og styring for fødererede GraphQL-tjenester med funktioner som ændringsdetektering, brugsanalyse og skematjek. Det forbedrer synligheden og kontrollen over supergraphen.

Schema Stitching: En Alternativ Tilgang

Hvad er Schema Stitching?

Schema Stitching er en anden teknik til at kombinere flere GraphQL-skemaer til et enkelt, samlet skema. I modsætning til Federation involverer Schema Stitching typisk en mere manuel proces med at definere, hvordan typer og felter fra forskellige skemaer forbindes. Selvom Federation betragtes som en mere moderne og robust løsning, kan Schema Stitching være en anvendelig mulighed for enklere use cases eller ved migrering fra eksisterende GraphQL API'er.

Hvordan Schema Stitching Fungerer

1. Definition af Skema: Hver microservice eksponerer et GraphQL API med sit eget skema.
2. Stitching-logik: Et stitching-lag (ofte implementeret ved hjælp af biblioteker som GraphQL Tools) definerer, hvordan typer og felter fra forskellige skemaer forbindes. Dette indebærer at skrive resolver-funktioner, der henter data fra de underliggende tjenester og mapper det til det samlede skema.
3. Samlet Skema: Stitching-laget kombinerer de individuelle skemaer til et enkelt, samlet skema, der eksponeres for klienten.

Eksempel: Stitching af Produkter og Anmeldelser

Forestil dig to separate GraphQL-tjenester: en for produkter og en anden for anmeldelser.

• Produkttjeneste: Leverer information om produkter (ID, navn, beskrivelse, pris).
• Anmeldelsestjeneste: Leverer anmeldelser for produkter (ID, produkt-ID, bedømmelse, kommentar).

Ved hjælp af Schema Stitching kan du oprette et samlet skema, der giver klienter mulighed for at hente produktinformation og anmeldelser i en enkelt forespørgsel.

Du ville definere en resolver-funktion i stitching-laget, der henter anmeldelser for et givent produkt-ID fra Anmeldelsestjenesten og tilføjer dem til Produkttypen i det samlede skema.

// Eksempel (Konceptuelt): Stitching-logik med GraphQL Tools
const { stitchSchemas } = require('@graphql-tools/stitch');

const productsSchema = ... // Definer dit produktskema
const reviewsSchema = ... // Definer dit anmeldelsesskema

const stitchedSchema = stitchSchemas({
  subschemas: [
    {
      schema: productsSchema,
    },
    {
      schema: reviewsSchema,
      transforms: [
        {
          transformSchema: (schema) => schema,
          transformRequest: (originalRequest) => {
            return originalRequest;
          },
          transformResult: (originalResult) => {
            return originalResult;
          }
        }
      ],
    },
  ],
  typeDefs: `
    extend type Product {
      reviews: [Review]
    }
  `,
  resolvers: {
    Product: {
      reviews: {
        resolve: (product, args, context, info) => {
          // Hent anmeldelser for produktet fra Anmeldelsestjenesten
          return fetchReviewsForProduct(product.id);
        },
      },
    },
  },
});

Dette eksempel demonstrerer kernekonceptet i at sy skemaer sammen. Bemærk behovet for brugerdefinerede resolvers til at hente `reviews`-feltet. Denne ekstra omkostning ved at kode resolvers for hver relation kan gøre udviklingsprocessen langsommere end ved brug af Federation.

Fordele ved Schema Stitching

• Samlet API: Klienter tilgår et enkelt GraphQL-endepunkt, hvilket forenkler dataadgang.
• Inkrementel adoption: Schema Stitching kan implementeres gradvist, hvilket giver dig mulighed for langsomt at migrere til et samlet API.
• Fleksibilitet: Schema Stitching giver mere kontrol over, hvordan skemaer kombineres, hvilket giver dig mulighed for at tilpasse stitching-logikken til specifikke behov.

Ulemper ved Schema Stitching

• Manuel konfiguration: Schema Stitching kræver manuel konfiguration af stitching-logikken, hvilket kan være komplekst og tidskrævende.
• Ydeevne-overhead: Resolver-funktioner kan introducere ydeevne-overhead, især hvis de involverer komplekse datatransformationer.
• Begrænset skalerbarhed: Schema Stitching kan være sværere at skalere end Federation, da stitching-logikken typisk er centraliseret.
• Skemaejerskab: Kan føre til tvetydighed omkring skemaejerskab, især hvis forskellige teams administrerer de sammensyede tjenester.

Værktøjer til Schema Stitching

• GraphQL Tools: Et populært bibliotek til at bygge og manipulere GraphQL-skemaer, herunder understøttelse af Schema Stitching.
• GraphQL Mesh: GraphQL Mesh giver dig mulighed for at bruge GraphQL-forespørgselssprog til at tilgå data fra forskellige kilder som REST API'er, databaser og gRPC. Det kan sy disse API'er sammen til et samlet GraphQL-skema.

GraphQL Federation vs. Schema Stitching: En Sammenligning

Både GraphQL Federation og Schema Stitching tilbyder måder at kombinere flere GraphQL-skemaer på til et enkelt API, men de adskiller sig i deres tilgang og kapabiliteter.

Funktion	GraphQL Federation	Schema Stitching
Tilgang	Distribueret, automatiseret sammensætning	Centraliseret, manuel konfiguration
Kompleksitet	Lavere kompleksitet ved vedligeholdelse og skalering	Højere kompleksitet på grund af manuel resolver-logik
Skalerbarhed	Designet til store, distribuerede systemer	Mindre skalerbart, typisk brugt til mindre applikationer
Skema-styring	Indbygget skema-styring og validering	Kræver manuel skemahåndtering og koordinering
Værktøjer	Stærkt økosystem af værktøjer og biblioteker (f.eks. Apollo Federation)	Kræver flere brugerdefinerede værktøjer og konfiguration
Anvendelsestilfælde	Microservice-arkitekturer, store API'er, decentraliseret udvikling	Mindre applikationer, inkrementel migrering, specifikke tilpasningskrav

Hvornår skal man bruge GraphQL Federation: Vælg Federation, når du har en kompleks microservice-arkitektur, har brug for at skalere dit API og ønsker at give uafhængige teams mulighed for at administrere deres egne subgraphs. Det forenkler også skemahåndtering og -styring.

Hvornår skal man bruge Schema Stitching: Overvej Schema Stitching, når du har et enklere API, har brug for mere kontrol over stitching-logikken eller migrerer fra eksisterende GraphQL API'er. Vær dog opmærksom på de potentielle kompleksiteter og skalerbarhedsbegrænsninger.

Implementering af Godkendelse og Autorisation

Uanset om du vælger GraphQL Federation eller Schema Stitching, er implementering af godkendelse og autorisation afgørende for at sikre din Frontend API Gateway. Der er flere tilgange, du kan tage:

• Godkendelse på Gateway-niveau: API Gatewayen håndterer godkendelse og autorisation, før anmodninger routes til backend-tjenesterne. Denne tilgang centraliserer sikkerhedslogikken og forenkler backend-tjenesterne. Almindelige metoder inkluderer JWT (JSON Web Token) validering og OAuth 2.0.
• Godkendelse på Tjenesteniveau: Hver backend-tjeneste håndterer sin egen godkendelse og autorisation. Denne tilgang giver mere detaljeret kontrol over sikkerheden, men kan være mere kompleks at administrere.
• Hybrid Tilgang: En kombination af godkendelse på gateway- og tjenesteniveau. Gatewayen håndterer den indledende godkendelse, og backend-tjenesterne udfører mere detaljerede autorisationstjek.

Eksempel: JWT-godkendelse med Apollo Federation

Med Apollo Federation kan du konfigurere gatewayen til at validere JWT-tokens, der er inkluderet i anmodnings-headers. Gatewayen kan derefter videregive brugerinformationen, der er udtrukket fra tokenet, til subgraphs, som kan bruge denne information til autorisation.

// Eksempel (Konceptuelt): Apollo Gateway-konfiguration med JWT-validering
const { ApolloGateway } = require('@apollo/gateway');

const gateway = new ApolloGateway({
  serviceList: [
    // ... dine subgraph-konfigurationer
  ],
  buildService: ({ name, url }) => {
    return new MyCustomService({
      name,  // Navn på subgraph
      url,   // URL til subgraph
    });
  },
});

class MyCustomService extends RemoteGraphQLDataSource {
  willSendRequest({ request, context }) {
    // Hent brugeren fra konteksten
    const user = context.user;

    // Tilføj brugerens ID til anmodnings-headers
    if (user) {
      request.http.headers.set('user-id', user.id);
    }
  }
}

I dette eksempel oprettes en brugerdefineret tjeneste for at ændre de udgående anmodninger, så de inkluderer bruger-ID'et, der er afledt af JWT. De efterfølgende tjenester kan derefter bruge dette ID til autorisationstjek.

Caching-strategier til Ydeevneoptimering

Caching er afgørende for at forbedre ydeevnen af en Frontend API Gateway. Ved at cache ofte anvendte data kan du reducere belastningen på backend-tjenesterne og forbedre svartiderne for klienter. Her er nogle caching-strategier:

• HTTP Caching: Udnyt HTTP-cachingmekanismer (f.eks. `Cache-Control`-headers) til at cache svar i browseren og mellemliggende proxies.
• In-Memory Caching: Brug in-memory caches (f.eks. Redis, Memcached) til at cache ofte anvendte data på gatewayen.
• CDN Caching: Benyt Content Delivery Networks (CDN'er) til at cache statiske aktiver og API-svar tættere på klienten.
• GraphQL Query Caching: Cache resultaterne af GraphQL-forespørgsler baseret på deres forespørgselsstreng og variabler. Dette kan være særligt effektivt for ofte udførte forespørgsler. Apollo Server tilbyder indbygget understøttelse af query-caching.

Når du implementerer caching, skal du overveje cache-invalideringsstrategier for at sikre, at klienter modtager opdaterede data. Almindelige strategier inkluderer:

• Tidsbaseret Udløb: Indstil en fast udløbstid for cachede data.
• Hændelsesbaseret Invalidering: Invalider cachen, når data ændres i backend-tjenesterne. Dette kan opnås ved hjælp af webhooks eller meddelelseskøer.

Overvågning og Observabilitet

Overvågning og observabilitet er afgørende for at sikre din Frontend API Gateways sundhed og ydeevne. Implementer omfattende overvågning for at spore nøglemålinger som:

• Anmodningsforsinkelse (latency): Tiden det tager at behandle en anmodning.
• Fejlprocenter: Procentdelen af anmodninger, der resulterer i fejl.
• Gennemstrømning (throughput): Antallet af anmodninger, der behandles pr. tidsenhed.
• Ressourceudnyttelse: CPU-, hukommelses- og netværksforbrug for gatewayen og backend-tjenesterne.

Brug sporing (tracing) til at følge anmodninger, mens de bevæger sig gennem systemet, for at identificere flaskehalse og ydeevneproblemer. Logning giver værdifuld indsigt i adfærden hos gatewayen og backend-tjenesterne.

Værktøjer til overvågning og observabilitet inkluderer:

• Prometheus: Et open-source overvågnings- og alarmeringssystem.
• Grafana: Et datavisualiserings- og overvågningsværktøj.
• Jaeger: Et open-source distribueret sporingssystem.
• Datadog: En overvågnings- og sikkerhedsplatform til cloud-applikationer.
• New Relic: En digital intelligensplatform til overvågning og forbedring af softwareydeevne.

Ved at implementere robust overvågning og observabilitet kan du proaktivt identificere og løse problemer og dermed sikre din Frontend API Gateways pålidelighed og ydeevne.

Konklusion

En Frontend API Gateway bygget med GraphQL Federation eller Schema Stitching kan markant forenkle dataadgang, forbedre ydeevnen og forbedre udvikleroplevelsen i moderne webapplikationer. GraphQL Federation tilbyder en kraftfuld og skalerbar løsning til at sammensætte distribuerede GraphQL API'er, mens Schema Stitching tilbyder en mere fleksibel tilgang til at kombinere eksisterende skemaer. Ved omhyggeligt at overveje de specifikke krav til din applikation og afvejningen mellem disse teknikker, kan du vælge den bedste tilgang til at bygge en robust og effektiv Frontend API Gateway.

Husk at implementere korrekt godkendelse og autorisation, caching-strategier samt overvågning og observabilitet for at sikre din gateways sikkerhed, ydeevne og pålidelighed. Ved at omfavne disse bedste praksisser kan du frigøre det fulde potentiale af GraphQL og bygge moderne webapplikationer, der leverer enestående brugeroplevelser.