Frontend API lüüs: GraphQL-i abil skeemi föderatsiooni ja liitmise meisterlik valdamine

Tänapäeva kiiresti areneval veebiarenduse maastikul on mikroteenuste arhitektuuri kasutuselevõtt saanud nurgakiviks skaleeritavate, vastupidavate ja hooldatavate rakenduste ehitamisel. Süsteemide kasvades ja mitmekesistudes võib paljude iseseisvate teenuste haldamine tekitada märkimisväärseid väljakutseid, eriti frontend-meeskondadele. Siin tulebki esile GraphQL-i võimsus koos keerukate API lüüsi strateegiatega, nagu skeemi föderatsioon ja liitmine.

See põhjalik juhend süveneb GraphQL-i kasutamise peensustesse frontend API lüüsina, tehes sügava sissevaate skeemi föderatsiooni ja skeemi liitmise kriitilistesse kontseptsioonidesse. Uurime, kuidas need tehnikad võimaldavad luua ühtse ja võimsa GraphQL API erinevatest mikroteenuste skeemidest, lihtsustades seeläbi frontend-arendust, parandades jõudlust ja edendades ühtsemat arendajakogemust globaalsetes meeskondades.

Mikroteenuste esiletõus ja väljakutse frontendile

Mikroteenuste arhitektuur pakub arvukalt eeliseid, sealhulgas iseseisev juurutamine, tehnoloogiline mitmekesisus ja vigade isoleerimine. Frontend-rakenduste jaoks võib see hajutatud olemus aga tähendada suurenenud keerukust. Frontend-arendajad leiavad end sageli suhtlemas arvukate backend-teenustega, millest igaühel on oma API disain, andmevorming ja suhtlusprotokollid. See võib kaasa tuua:

• Suurenenud võrgupäringute arv: Andmete hankimine nõuab sageli mitut edasi-tagasi päringut erinevatele teenustele.
• Andmete koondamise keerukus: Frontend-meeskonnad peavad andmeid erinevatest allikatest käsitsi kombineerima.
• Tihe sidusus: Muudatused backend-teenustes võivad avaldada ebaproportsionaalselt suurt mõju frontendile.
• Arendajate väsimus: Mitme API interaktsiooni haldamise lisakoormus võib arendustsükleid aeglustada.

Backend for Frontend (BFF) mustri tekkimine püüdis mõningaid neist probleemidest lahendada, luues spetsiifilistele frontend-klientidele kohandatud backend-teenuseid. Kuigi see on tõhus, võib puhas BFF-lähenemine mõnikord viia backend-teenuste vohamiseni, suurendades hoolduskoormust. GraphQL pakub köitvat alternatiivi, pakkudes klientidele ühtset lõpp-punkti just nende vajalike andmete pärimiseks, vähendades üleliigset ja ebapiisavat andmete hankimist.

GraphQL kui Frontend API lüüs

GraphQL oma deklaratiivsete andmete hankimise võimekusega on ainulaadselt positsioneeritud toimima agregatsioonikihina mikroteenuste keskkonnas. Selle asemel, et otse tarbida mitut REST API-d või gRPC-teenust, suhtlevad frontend-kliendid ühe GraphQL-i lõpp-punktiga. See GraphQL-i lõpp-punkt, mis toimib API lüüsina, saab seejärel lahendada päringuid, orkestreerides päringuid erinevatele aluseks olevatele mikroteenustele.

Põhiline väljakutse seisneb selles, kuidas ehitada see ühtne GraphQL-i skeem teie mikroteenuste individuaalsetest skeemidest. Just siin tulevadki mängu skeemi föderatsioon ja skeemi liitmine.

Skeemi liitmise mõistmine

Skeemi liitmine (schema stitching), üks varasemaid lähenemisviise GraphQL-i skeemide kombineerimiseks, hõlmab mitme GraphQL-i skeemi ühendamist üheks, sidusaks skeemiks. Põhiidee on võtta skeemid erinevatest GraphQL-teenustest ja kombineerida need, tavaliselt lisades tüüpe ja välju ühest skeemist teise.

Kuidas skeemi liitmine töötab:

Skeemi liitmine hõlmab tavaliselt:

1. Alamskeemide hankimine: Liitmise lüüs hangib introspektsiooni skeemi igast aluseks olevast GraphQL-i mikroteenusest.
2. Skeemide ühendamine: Teek (nagu graphql-tools'i mergeSchemas funktsioon) ühendab need alamskeemid. See protsess hõlmab võimalike konfliktide lahendamist, näiteks dubleerivaid tüübinimesid, ja määratleb, kuidas erinevate skeemide tüübid on omavahel seotud.
3. Skeemidevaheliste päringute lahendamine: Kui päring vajab andmeid mitmest teenusest, peab liitmise lüüs olema konfigureeritud delegeerima päringu osad vastavale aluseks olevale teenusele. See hõlmab sageli 'kaug-skeemide' (remote schemas) määratlemist ja päringute edastamist.

Skeemi liitmise põhimõisted:

• Tüüpide ühendamine (Type Merging): Võimaldab kombineerida erinevates skeemides olevaid sama nimega tüüpe.
• Skeemi laiendused (Schema Extensions): Väljade lisamine ühest skeemist teises määratletud tüübile. Näiteks reviews välja lisamine Product tüübile, mis on määratletud eraldi toodete teenuses.
• Delegeerimine (Delegation): Põhimehhanism GraphQL-i päringu osade edastamiseks vastavale aluseks olevale GraphQL-teenusele.

Skeemi liitmise plussid:

• Lihtsus väiksemate projektide puhul: Võib olla lihtne rakendada piiratud arvu teenuste puhul.
• Paindlikkus: Võimaldab peeneteralist kontrolli selle üle, kuidas skeeme kombineeritakse.

Skeemi liitmise miinused:

• Käsitsi konfigureerimine: Teenuste arvu kasvades võib muutuda keerukaks ja vigaderohkeks.
• Konfliktide oht: Tüüpide ja väljade nimede kokkupõrgete haldamine nõuab hoolikat planeerimist.
• Jõudluskaalutlused: Ebaefektiivne delegeerimine võib põhjustada jõudluse kitsaskohti.
• Tihe sidusus: Lüüs peab sageli olema teadlik aluseks olevate teenuste implementatsioonidest, mis loob teatud sidususe vormi.

Skeemi föderatsiooni tutvustus

Skeemi föderatsioon (schema federation) tekkis robustsema ja skaleeritavama lahendusena skeemi liitmise väljakutsetele, eriti suurtes, hajutatud mikroteenuste arhitektuurides. Peamiselt Apollo poolt arendatud skeemi föderatsioon võimaldab teil ehitada ühe GraphQL API mitmest iseseisvast GraphQL-teenusest, mida nimetatakse alamgraafideks (subgraphs).

Põhimõtteline erinevus seisneb lähenemises skeemi koostamisele. Olemasolevate skeemide ühendamise asemel määratleb skeemi föderatsioon protokolli, kus alamgraafid deklareerivad oma tüübid ja väljad ning keskne lüüs (ruuter või supergraaf) koostab nendest deklaratsioonidest ühtse skeemi. See koostamine toimub ilma, et lüüs peaks teadma iga alamgraafi implementatsiooni intiimseid detaile, vaid ainult selle skeemilepingut.

Kuidas skeemi föderatsioon töötab:

Skeemi föderatsioon hõlmab:

1. Alamgraafid: Iga mikroteenus paljastab GraphQL API, mis järgib föderatsiooni spetsifikatsiooni. Alamgraafid deklareerivad oma tüübid, kasutades spetsiifilisi föderatsiooni direktiive (nt @key, @extends, @external, @requires, @provides).
2. Supergraaf: Föderatsiooni ruuter (nagu Apollo Federation Gateway) pärib igalt alamgraafilt selle skeemi definitsiooni. Seejärel koostab see nendest definitsioonidest ühe, ühtse skeemi – supergraafi.
3. Olemite lahendamine (Entity Resolution): Föderatsiooni võti on olemite (entities) kontseptsioon. Olem on tüüp, mida saab unikaalselt identifitseerida mitme alamgraafi vahel. Direktiiv @key alamgraafi tüübil märgib selle olemiks ja määrab väljad, mis seda unikaalselt identifitseerivad. Kui päring viitab olemile, teab lüüs, milline alamgraaf vastutab selle olemi hankimise eest, tuginedes selle @key direktiivile.
4. Kompositsioon: Lüüs orkestreerib päringuid. Kui päring nõuab andmeid mitmest alamgraafist, jaotab lüüs päringu arukalt osadeks ja saadab vastavad alampäringud igale alamgraafile, seejärel kombineerib tulemused.

Skeemi föderatsiooni põhimõisted:

• Alamgraafid (Subgraphs): Iseseisvad GraphQL-teenused, mis panustavad supergraafi.
• Supergraaf (Supergraph): Kõigist alamgraafidest koostatud ühtne skeem.
• Olemid (Entities): Tüübid, mis on alamgraafide vahel unikaalselt identifitseeritavad, tavaliselt märgistatud @key direktiiviga.
• @key direktiiv: Määratleb väljad, mis unikaalselt identifitseerivad olemi. See on ülioluline alamgraafidevaheliste seoste jaoks.
• @extends direktiiv: Võimaldab alamgraafil laiendada tüüpi, mis on määratletud teises alamgraafis (nt lisades välju User tüübile, mis on määratletud eraldi User alamgraafis).
• @external direktiiv: Näitab, et väli on määratletud teises alamgraafis.
• @requires direktiiv: Määrab, et olemi väli nõuab lahendamiseks teatud väljade olemasolu olemi võtmest.
• @provides direktiiv: Näitab, et olemi väli on pakutud alamgraafi poolt.

Skeemi föderatsiooni plussid:

• Skaleeritavus: Mõeldud suurte, hajutatud süsteemide ja kasvava arvu mikroteenuste jaoks.
• Lahtisidestamine (Decoupling): Alamgraafid peavad teadma ainult oma skeemi ja kuidas oma tüüpe lahendada. Lüüs tegeleb koostamisega.
• Meeskonna autonoomia: Erinevad meeskonnad saavad iseseisvalt omada ja hallata oma vastavaid alamgraafe.
• Tüübiohutus: Koostamisprotsess jõustab skeemilepinguid, tagades tüübiohutuse kogu supergraafis.
• Lihtsustatud kliendikogemus: Kliendid suhtlevad ühe, ühtse skeemiga.

Skeemi föderatsiooni miinused:

• Õppimiskõver: Nõuab föderatsiooni spetsifikatsiooni ja direktiivide mõistmist.
• Sõltuvus tööriistadest: Sageli tugineb spetsiifilistele teekidele ja lüüsidele (nt Apollo Federation).
• Keerukus esialgsel seadistamisel: Alamgraafide ja lüüsi seadistamine võib olla keerukam kui lihtne liitmine.

Föderatsioon vs. liitmine: võrdlev ülevaade

Kuigi nii skeemi föderatsioon kui ka skeemi liitmine püüavad GraphQL-i skeeme ühendada, esindavad need erinevaid filosoofiaid ja pakuvad erinevaid eeliseid:

Enamiku kaasaegsete mikroteenuste arhitektuuride jaoks, mis püüdlevad pikaajalise skaleeritavuse ja meeskonna autonoomia poole, on skeemi föderatsioon üldiselt eelistatud lähenemisviis. Skeemi liitmine võib siiski olla elujõuline valik väiksemate, vähem keerukate süsteemide jaoks või spetsiifiliste integratsioonistsenaariumide puhul, kus soovitakse manuaalsemat ja otsesemat ühendamist.

Skeemi föderatsiooni rakendamine: praktiline näide

Vaatleme lihtsat e-kaubanduse stsenaariumi kahe mikroteenusega:

• Kasutajate teenus (Users Service): Haldab kasutajateavet.
• Toodete teenus (Products Service): Haldab tooteinfot.

Kasutajate teenuse alamgraaf

See teenus määratleb User tüübi ja märgib selle olemiks @key direktiiviga.

            # users-service/schema.graphql

# Föderatsiooni direktiivid
directive @key(fields: String!) on OBJECT

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

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

            

              
                Copy
              
            
          

Teenusel oleksid ka resolverid kasutajaandmete hankimiseks nende ID alusel.

Toodete teenuse alamgraaf

See teenus määratleb Product tüübi. Oluline on, et see määratleb ka seose User olemiga, lisades välja (nt createdBy), mis viitab User tüübile.

            # products-service/schema.graphql

# Föderatsiooni direktiivid
directive @key(fields: String!) on OBJECT
directive @extends on OBJECT
directive @external on OBJECT
directive @requires(fields: String!) on FIELD_DEFINITION

type Product @extends {
  # Laiendame User tüüpi Users Service'ist
  # @external direktiiv näitab, et 'id' on defineeritud mujal
  createdBy: User @requires(fields: "userId")
}

type User @extends {
  # Deklareerime, et 'id' on User tüübi väline väli, mis on defineeritud teises alamgraafis
  id: ID! @external
}

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

            

              
                Copy
              
            
          

Teenuses Products Service:

• @extends tüübil Product näitab, et see skeem laiendab Product tüüpi.
• id: ID! @external tüübil User tähistab, et User tüübi väli id on defineeritud teises alamgraafis (Kasutajate teenuses).
• createdBy: User @requires(fields: "userId") tüübil Product tähendab, et createdBy välja (mis tagastab User objekti) lahendamiseks peavad tooteandmed sisaldama userId-d. Lüüs kasutab seda teavet, et teada, milliseid välju toodete teenusest küsida ja kuidas seda kasutajate teenusega siduda.

Föderatsiooni lüüs (Supergraaf)

Föderatsiooni lüüs (nt Apollo Gateway) vastutab:

1. Alamgraafide avastamise eest (tavaliselt nende introspektsiooni skeemi pärides).
2. Individuaalsete alamgraafide skeemide koostamise eest üheks supergraafi skeemiks.
3. Sissetulevate kliendipäringute suunamise eest vastavatele alamgraafidele ja tulemuste kombineerimise eest.

Kui klient pärib toote ja selle looja nime:

            
query GetProductCreator($productId: ID!) {
  product(id: $productId) {
    id
    name
    createdBy {
      id
      name
    }
  }
}

            

              
                Copy
              
            
          

Lüüs teeb järgmist:

1. See näeb product välja, mida haldab Products Service.
2. See lahendab name välja Product tüübist, mida haldab samuti Products Service.
3. See kohtab createdBy välja Product tüübil. Kuna createdBy on defineeritud kui User tüüp ja User tüübil on @key(fields: "id") direktiiv Users Service'is, teab lüüs, et peab hankima User olemi.
4. @requires(fields: "userId") direktiiv createdBy väljal ütleb lüüsile, et Products Service vajab selle seose lahendamiseks userId-d. Seega küsib lüüs toodet ja selle userId-d Products Service'ist.
5. Kasutades saadud userId-d, teab lüüs seejärel pärida Users Service'ist kasutajat selle konkreetse ID-ga.
6. Lõpuks lahendab see name välja Users Service'i poolt tagastatud User objektist.

See protsess demonstreerib, kuidas skeemi föderatsioon sujuvalt ühendab seotud andmeid erinevate mikroteenuste vahel, pakkudes frontendile ühtset ja tõhusat päringukogemust.

Õige lähenemisviisi valimine oma projekti jaoks

Otsus skeemi föderatsiooni ja skeemi liitmise (või isegi teiste API lüüsi mustrite) vahel sõltub suuresti teie projekti spetsiifilistest nõuetest, meeskonna struktuurist ja pikaajalisest visioonist.

Millal kaaluda skeemi liitmist:

• Väikesed kuni keskmise suurusega projektid: Kui teil on piiratud arv GraphQL-i mikroteenuseid ja lihtne andmemudel, võib liitmine olla piisav ja alguses lihtsam seadistada.
• Olemasolevad GraphQL-teenused: Kui teil on juba mitu iseseisvat GraphQL-teenust ja soovite neid kombineerida ilma olulise refaktoreerimiseta, võib liitmine olla kiirem integratsioonitee.
• Spetsiifiline ühendamisloogika: Kui vajate peeneteralist kontrolli selle üle, kuidas skeeme ühendatakse ja tüüpe laiendatakse ning föderatsiooni keerukus tundub liialdusena.

Millal omaks võtta skeemi föderatsioon:

• Suuremahulised mikroteenused: Organisatsioonidele, kus on märkimisväärne arv mikroteenuseid ja meeskondi, pakub föderatsioon vajalikku skaleeritavust ja organisatsioonilist struktuuri.
• Meeskonna autonoomia on võtmetähtsusega: Kui erinevad meeskonnad vastutavad erinevate domeenide eest ja peavad oma GraphQL API-sid iseseisvalt arendama, võimaldab föderatsioon seda autonoomiat.
• Pikaajaline hooldatavus: Föderatsiooni selged lepingud ja kompositsioonimudel viivad aja jooksul hooldatavamate ja vastupidavamate süsteemideni.
• Keerulised seosed: Kui teie andmemudel hõlmab keerulisi seoseid erinevate teenuste hallatavate olemite vahel, on föderatsiooni olemite lahendamine hindamatu.
• GraphQL-i järkjärguline kasutuselevõtt: Föderatsioon võimaldab teil GraphQL-i järk-järgult kasutusele võtta. Olemasolevaid REST-teenuseid saab mähkida GraphQL-i alamgraafidesse või uusi GraphQL-teenuseid saab ehitada alamgraafidena algusest peale.

Parimad praktikad Frontend API lüüside jaoks GraphQL-iga

Sõltumata sellest, kas valite föderatsiooni või liitmise lähenemisviisi, on parimate praktikate rakendamine edu saavutamiseks ülioluline:

• Määratlege selged lepingud: Föderatsiooni puhul määratlevad need lepingud alamgraafide skeemid ja direktiivide nagu @key, @external ja @requires kasutamine. Liitmise puhul on teie lepingud kokkulepped selle kohta, kuidas ühendada ja delegeerida.
• Versioonige oma API-sid: Rakendage selge versioonimisstrateegia oma alamgraafidele, et muudatusi sujuvalt hallata.
• Jälgige jõudlust: Rakendage oma lüüsi ja alamgraafide jaoks robustset jälgimist. Jälgige päringute jõudlust, veamäärasid ja latentsust. Tööriistad nagu Apollo Studio võivad siin olla hindamatud.
• Rakendage vahemälu: Kasutage GraphQL-i vahemälustrateegiaid lüüsi või kliendi tasemel, et parandada jõudlust ja vähendada koormust oma backend-teenustele.
• Turvake oma lüüs: Rakendage autentimist, autoriseerimist ja päringute piiramist API lüüsi tasemel, et kaitsta oma backend-teenuseid.
• Optimeerige päringuid: Harige frontend-arendajaid kirjutama tõhusaid GraphQL-i päringuid, et vältida ülemäärast andmete hankimist või sügavalt pesastatud päringuid, mis võivad lüüsi ja alamgraafe koormata.
• Tööriistad ja automatiseerimine: Kasutage tööriistu skeemide genereerimiseks, valideerimiseks ja juurutamise automatiseerimiseks, et arenduse elutsüklit sujuvamaks muuta.
• Dokumentatsioon: Hoidke oma supergraafi skeemi ja individuaalsete alamgraafide jaoks ajakohast dokumentatsiooni. Tööriistad nagu GraphiQL ja GraphQL Playground on suurepärased interaktiivseks uurimiseks.
• Vigade käsitlemine: Rakendage järjepidevaid vigade käsitlemise strateegiaid oma lüüsis ja alamgraafides.
• Testimine: Tagage oma alamgraafide ja koostatud supergraafi põhjalik testimine, et probleemid varakult avastada.

Globaalsed kaalutlused

API lüüsi strateegia rakendamisel globaalsele publikule muutuvad mitmed tegurid kriitiliseks:

• Latentsus: Kujundage oma lüüsi ja alamgraafide jaotus nii, et minimeerida latentsust kasutajatele erinevates geograafilistes piirkondades. Kaaluge sisu edastamise võrkude (CDN) kasutamist staatiliste varade jaoks ja lüüsi eksemplaride juurutamist oma kasutajaskonnale lähemale.
• Andmete asukoht ja vastavus: Mõistke, kus teie andmeid hoitakse ja töödeldakse. Veenduge, et teie API lüüsi ja alamgraafide konfiguratsioonid vastavad piirkondlikele andmekaitseregulatsioonidele (nt GDPR, CCPA). Föderatsioon aitab hallata andmete asukohta, lastes alamgraafidel käsitleda konkreetsetele piirkondadele olulisi andmeid.
• Valuuta ja lokaliseerimine: Kui teie rakendus tegeleb finantsandmete või lokaliseeritud sisuga, veenduge, et teie GraphQL-i skeem ja resolverid suudavad asjakohaselt käsitleda erinevaid valuutasid, keeli ja kuupäevavorminguid.
• Ajavööndid: Olge ajatundlike andmete töötlemisel ja kuvamisel teadlik ajavööndite erinevustest.
• Infrastruktuuri skaleerimine: Planeerige oma lüüsi ja alamgraafide skaleerimist, et tulla toime kõikuvate globaalsete liiklusmustritega.

GraphQL-i lüüside tulevik

GraphQL-i ökosüsteem areneb pidevalt. Näeme edusamme järgmistes valdkondades:

• Täiustatud föderatsiooni spetsifikatsioonid: GraphQL Federation spetsifikatsiooni jätkuv arendamine Apollo ja laiema kogukonna poolt viib robustsemate ja standardiseeritumate viisideni hajutatud GraphQL API-de ehitamiseks.
• Hallatud GraphQL-teenused: Pilveteenuse pakkujad ja kolmandate osapoolte teenused pakuvad hallatud GraphQL-i lüüsi lahendusi, lihtsustades juurutamist ja operatsioone.
• Uued teegid ja tööriistad: Uute tööriistade ja teekide arendamine GraphQL-i lüüside ja alamgraafide ehitamiseks, testimiseks ja jälgimiseks muudab nende kasutuselevõtu lihtsamaks ja tõhusamaks.
• GraphQL Mesh: Tekkivad tööriistad nagu GraphQL Mesh püüavad abstraheerida erinevate andmeallikate (REST, gRPC, GraphQL, OpenAPI) keerukust ja võimaldada neid serveerida ühtse GraphQL API-na, pakkudes alternatiivi traditsioonilisele föderatsioonile laiemate integratsioonivajaduste jaoks.

Kokkuvõte

Kuna organisatsioonid võtavad üha enam kasutusele mikroteenuste arhitektuure, muutub tõhusate API lüüsi strateegiate vajadus ülimalt oluliseks. GraphQL oma võimsate päringuvõimalustega pakub elegantset lahendust ning skeemi föderatsioon paistab silma kui kõige skaleeritavam ja hooldatavam lähenemisviis erinevate GraphQL-i mikroteenuste ühendamiseks.

Mõistes skeemi föderatsiooni ja liitmise põhimõtteid ning rakendades parimaid praktikaid implementeerimisel ja globaalsel juurutamisel, saavad frontend-meeskonnad oma arendusprotsesse märkimisväärselt sujuvamaks muuta, ehitada vastupidavamaid rakendusi ja pakkuda erakordseid kasutajakogemusi. Olenemata sellest, kas alustate uut projekti või arendate olemasolevat mikroteenuste maastikku, on investeerimine hästi arhitektuuritud GraphQL API lüüsi, mis põhineb föderatsioonil, strateegiline samm järgmise põlvkonna robustsete, skaleeritavate ja kasutajakesksete rakenduste ehitamise suunas.

Põhilised järeldused:

• GraphQL toimib võimsa API lüüsina mikroteenustele.
• Skeemi föderatsioon ehitab ühtse supergraafi iseseisvatest alamgraafidest, kasutades selget lepingupõhist protokolli.
• Skeemi liitmine ühendab olemasolevaid skeeme, pakkudes rohkem käsitsi kontrolli, kuid vähem skaleeritavust suurte süsteemide jaoks.
• Föderatsioon on üldiselt eelistatud oma skaleeritavuse, lahtisidestamise ja meeskonna autonoomia tõttu.
• Parimad praktikad hõlmavad selgeid lepinguid, jälgimist, turvalisust ja globaalseid kaalutlusi.

Nende kontseptsioonide omaksvõtmine annab teie arendusmeeskondadele volituse navigeerida mikroteenuste keerukuses ja ehitada rakendusi, mis on nii võimsad kui auch kohandatavad globaalse digitaalse maastiku pidevalt muutuvatele nõudmistele.