قدرت GraphQL Federation و Schema Stitching را به عنوان راهکارهای دروازه API فرانتاند کشف کنید. بیاموزید چگونه میکروسرویسها را یکپارچه کرده، عملکرد را بهبود بخشیده و واکشی دادهها را در برنامههای وب مدرن سادهسازی کنید.
دروازه API فرانتاند: GraphQL Federation و Schema Stitching
در دنیای توسعه برنامههای وب مدرن، مدیریت دادهها از منابع متعدد میتواند یک چالش بزرگ باشد. با افزایش پیچیدگی برنامهها و پذیرش معماری میکروسرویسها، نیاز به یک روش یکپارچه و کارآمد برای دسترسی به دادهها حیاتی میشود. یک دروازه API فرانتاند به عنوان نقطه ورود مرکزی برای برنامههای کلاینت عمل میکند، دادهها را از سرویسهای بکاند مختلف جمعآوری کرده و تجربهای ساده و روان برای توسعهدهندگان و کاربران نهایی فراهم میکند. این پست وبلاگ دو تکنیک قدرتمند برای ساخت یک دروازه API فرانتاند را بررسی میکند: GraphQL Federation و Schema Stitching.
دروازه API فرانتاند چیست؟
دروازه API فرانتاند یک الگوی معماری است که در آن یک سرور اختصاصی به عنوان واسط بین کلاینتهای فرانتاند (مانند مرورگرهای وب، اپلیکیشنهای موبایل) و چندین سرویس بکاند عمل میکند. این دروازه با انجام کارهای زیر واکشی دادهها را ساده میکند:
- تجمیع دادهها: ترکیب دادهها از منابع متعدد در یک پاسخ واحد.
- تبدیل دادهها: تطبیق فرمتهای داده با نیازهای فرانتاند.
- پنهانسازی پیچیدگی: مخفی کردن جزئیات پیچیده سرویسهای بکاند از کلاینت.
- اعمال امنیت: پیادهسازی سیاستهای احراز هویت و مجوزدهی.
- بهینهسازی عملکرد: کش کردن دادههایی که به طور مکرر دسترسی میشوند و کاهش درخواستهای شبکه.
در واقع، این الگو، الگوی بکاند برای فرانتاند (BFF) را در مقیاس بزرگ پیادهسازی میکند و به تیمهای فرانتاند قدرت میدهد تا کنترل بیشتری بر APIهایی که مصرف میکنند داشته باشند. در سازمانهای بزرگتر، مدیریت و سازماندهی APIها توسط تیم فرانتاند میتواند منجر به تحویل سریعتر و کاهش وابستگی به تیمهای بکاند شود.
چرا از GraphQL برای دروازه API فرانتاند استفاده کنیم؟
GraphQL یک زبان کوئری برای APIها و یک رانتایم برای اجرای آن کوئریها با دادههای موجود شما است. این زبان چندین مزیت نسبت به APIهای سنتی REST ارائه میدهد که آن را برای ساخت دروازههای API فرانتاند بسیار مناسب میسازد:
- واکشی کارآمد دادهها: کلاینتها فقط دادههایی را که نیاز دارند درخواست میکنند، که این امر از دریافت دادههای اضافی (over-fetching) جلوگیری کرده و عملکرد را بهبود میبخشد.
- تایپینگ قوی: شِماهای GraphQL ساختار دادهها را تعریف میکنند که به ابزارسازی بهتر و اعتبارسنجی کمک میکند.
- دروننگری (Introspection): کلاینتها میتوانند دادهها و عملیات موجود را از طریق دروننگری شِما کشف کنند.
- قابلیتهای بیدرنگ: اشتراکهای (subscriptions) GraphQL بهروزرسانیهای داده بیدرنگ را امکانپذیر میسازند.
با بهرهگیری از GraphQL، یک دروازه API فرانتاند میتواند یک رابط انعطافپذیر، کارآمد و دوستدار توسعهدهنده برای دسترسی به دادهها از چندین سرویس بکاند فراهم کند. این رویکرد تضاد چشمگیری با رویکردهای سنتی دارد که از چندین نقطه پایانی (endpoint) REST استفاده میکنند، که هر کدام باید به صورت جداگانه کوئری شوند و اغلب دادههای بیشتری از آنچه لازم است بازمیگردانند.
GraphQL Federation: یک رویکرد توزیعشده
GraphQL Federation چیست؟
GraphQL Federation یک تکنیک قدرتمند برای ساخت یک API توزیعشده GraphQL با ترکیب چندین سرویس GraphQL (به نام «subgraph») در یک شمای واحد و یکپارچه است. هر subgraph مسئول یک دامنه یا منبع داده خاص است و دروازه Federation کوئریها را در میان این subgraphها هماهنگ میکند.
مفهوم اصلی حول محور یک supergraph میچرخد، یک شمای GraphQL واحد و یکپارچه که کل API را نشان میدهد. این supergraph با ترکیب شِماهای کوچکتر GraphQL به نام subgraph ساخته میشود که هر کدام نماینده یک میکروسرویس یا منبع داده خاص هستند. دروازه Federation مسئول مسیریابی کوئریهای ورودی GraphQL به subgraphهای مناسب و ترکیب نتایج در یک پاسخ واحد است.
GraphQL Federation چگونه کار میکند
- تعریف Subgraph: هر میکروسرویس یک API GraphQL (یک subgraph) را ارائه میدهد که دادهها و عملیات خود را تعریف میکند. این شِماها شامل دایرکتیوهایی هستند که به دروازه Federation میگویند چگونه تایپها و فیلدها را حل کند. دایرکتیوهای کلیدی شامل `@key`، `@external` و `@requires` هستند.
- ترکیب Supergraph: دروازه Federation (مانند Apollo Gateway) شِماها را از هر subgraph بازیابی کرده و آنها را در یک شمای واحد و یکپارچه (supergraph) ترکیب میکند. این فرآیند شامل حل تداخل تایپها و فیلدها و برقراری روابط بین تایپها در subgraphهای مختلف است.
- برنامهریزی و اجرای کوئری: هنگامی که یک کلاینت یک کوئری GraphQL به دروازه ارسال میکند، دروازه کوئری را تجزیه و تحلیل کرده و تعیین میکند که برای پاسخ به درخواست، کدام subgraphها باید کوئری شوند. سپس کوئری را به subgraphهای مناسب توزیع میکند، نتایج را جمعآوری کرده و آنها را در یک پاسخ واحد ترکیب میکند که به کلاینت بازگردانده میشود.
مثال: پلتفرم تجارت الکترونیک با GraphQL Federation
یک پلتفرم تجارت الکترونیک با میکروسرویسهای جداگانه برای محصولات، مشتریان و سفارشات را در نظر بگیرید.
- Products Subgraph: اطلاعات محصول (نام، توضیحات، قیمت و غیره) را مدیریت میکند.
- Customers Subgraph: دادههای مشتری (نام، آدرس، ایمیل و غیره) را مدیریت میکند.
- Orders Subgraph: اطلاعات سفارش (شناسه سفارش، شناسه مشتری، شناسههای محصول، مبلغ کل و غیره) را مدیریت میکند.
هر subgraph یک API GraphQL ارائه میدهد و دروازه Federation این APIها را در یک supergraph واحد ترکیب میکند. سپس یک کلاینت میتواند از supergraph کوئری بگیرد تا اطلاعات مربوط به محصولات، مشتریان و سفارشات را در یک درخواست واحد بازیابی کند.
به عنوان مثال، یک کوئری برای بازیابی نام مشتری و تاریخچه سفارشات او میتواند به این شکل باشد:
query GetCustomerAndOrders($customerId: ID!) {
customer(id: $customerId) {
id
name
orders {
id
orderDate
totalAmount
}
}
}
دروازه Federation این کوئری را به subgraphهای Customers و Orders مسیریابی میکند، دادههای لازم را بازیابی کرده و آنها را در یک پاسخ واحد ترکیب میکند.
مزایای GraphQL Federation
- دسترسی ساده به دادهها: کلاینتها با یک نقطه پایانی GraphQL واحد تعامل دارند، صرفنظر از منابع داده زیربنایی.
- عملکرد بهبودیافته: واکشی دادهها با بازیابی تنها دادههای ضروری از هر subgraph بهینه میشود.
- مقیاسپذیری افزایشیافته: هر subgraph میتواند به طور مستقل مقیاسبندی شود که امکان استفاده بهتر از منابع را فراهم میکند.
- توسعه غیرمتمرکز: تیمها میتوانند subgraphها را به طور مستقل توسعه داده و مستقر کنند، که چابکی و نوآوری را ترویج میکند.
- حاکمیت شِما: دروازه Federation سازگاری و انطباق شِما را در میان subgraphها تضمین میکند.
ابزارهای GraphQL Federation
- Apollo Federation: یک پیادهسازی متنباز محبوب از GraphQL Federation است که یک دروازه، یک رجیستری شِما و ابزارهایی برای ساخت و مدیریت APIهای فدرال GraphQL فراهم میکند. Apollo Federation به دلیل مقیاسپذیری و مدیریت خطای قوی شناخته شده است.
- GraphQL Hive: این ابزار رجیستری شِما و حاکمیت را برای سرویسهای فدرال GraphQL ارائه میدهد و ویژگیهایی مانند تشخیص تغییرات، تحلیل استفاده و بررسی شِما را فراهم میکند. این ابزار دید و کنترل بر روی supergraph را افزایش میدهد.
Schema Stitching: یک رویکرد جایگزین
Schema Stitching چیست؟
Schema Stitching تکنیک دیگری برای ترکیب چندین شمای GraphQL در یک شمای واحد و یکپارچه است. برخلاف Federation، Schema Stitching معمولاً شامل یک فرآیند دستیتر برای تعریف چگونگی اتصال تایپها و فیلدها از شِماهای مختلف است. در حالی که Federation یک راهحل مدرنتر و قویتر در نظر گرفته میشود، Schema Stitching میتواند گزینهای مناسب برای موارد استفاده سادهتر یا هنگام مهاجرت از APIهای GraphQL موجود باشد.
Schema Stitching چگونه کار میکند
- تعریف شِما: هر میکروسرویس یک API GraphQL با شمای خود را ارائه میدهد.
- منطق Stitching: یک لایه stitching (که اغلب با استفاده از کتابخانههایی مانند GraphQL Tools پیادهسازی میشود) نحوه اتصال تایپها و فیلدها از شِماهای مختلف را تعریف میکند. این شامل نوشتن توابع resolver است که دادهها را از سرویسهای زیربنایی واکشی کرده و آن را به شمای یکپارچه نگاشت میکند.
- شمای یکپارچه: لایه stitching شِماهای فردی را در یک شمای واحد و یکپارچه ترکیب میکند که به کلاینت ارائه میشود.
مثال: Stitching محصولات و نظرات
دو سرویس GraphQL جداگانه را تصور کنید: یکی برای محصولات و دیگری برای نظرات.
- سرویس محصولات: اطلاعات مربوط به محصولات (شناسه، نام، توضیحات، قیمت) را فراهم میکند.
- سرویس نظرات: نظرات برای محصولات (شناسه، شناسه محصول، امتیاز، نظر) را فراهم میکند.
با استفاده از Schema Stitching، میتوانید یک شمای یکپارچه ایجاد کنید که به کلاینتها اجازه میدهد اطلاعات محصول و نظرات را در یک کوئری واحد بازیابی کنند.
شما باید یک تابع resolver در لایه stitching تعریف کنید که نظرات مربوط به یک شناسه محصول مشخص را از سرویس نظرات واکشی کرده و آنها را به تایپ Product در شمای یکپارچه اضافه کند.
// Example (Conceptual): Stitching logic using GraphQL Tools
const { stitchSchemas } = require('@graphql-tools/stitch');
const productsSchema = ... // Define your products schema
const reviewsSchema = ... // Define your reviews schema
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) => {
// Fetch reviews for the product from the Reviews Service
return fetchReviewsForProduct(product.id);
},
},
},
},
});
این مثال مفهوم اصلی ترکیب شِماها را نشان میدهد. به نیاز به resolverهای سفارشی برای واکشی فیلد `reviews` توجه کنید. این سربار اضافی کدنویسی resolver برای هر رابطه میتواند فرآیند توسعه را کندتر از استفاده از Federation کند.
مزایای Schema Stitching
- API یکپارچه: کلاینتها به یک نقطه پایانی GraphQL واحد دسترسی دارند که دسترسی به دادهها را ساده میکند.
- پذیرش تدریجی: Schema Stitching را میتوان به صورت تدریجی پیادهسازی کرد، که به شما امکان میدهد به تدریج به یک API یکپارچه مهاجرت کنید.
- انعطافپذیری: Schema Stitching کنترل بیشتری بر نحوه ترکیب شِماها فراهم میکند و به شما امکان میدهد منطق stitching را برای رفع نیازهای خاص سفارشیسازی کنید.
معایب Schema Stitching
- پیکربندی دستی: Schema Stitching به پیکربندی دستی منطق stitching نیاز دارد که میتواند پیچیده و زمانبر باشد.
- سربار عملکرد: توابع resolver میتوانند سربار عملکرد ایجاد کنند، به خصوص اگر شامل تبدیلهای داده پیچیده باشند.
- مقیاسپذیری محدود: مقیاسبندی Schema Stitching میتواند دشوارتر از Federation باشد، زیرا منطق stitching معمولاً متمرکز است.
- مالکیت شِما: میتواند به ابهام در مورد مالکیت شِما منجر شود، به خصوص اگر تیمهای مختلفی سرویسهای ترکیبشده را مدیریت کنند.
ابزارهای Schema Stitching
- GraphQL Tools: یک کتابخانه محبوب برای ساخت و دستکاری شِماهای GraphQL، از جمله پشتیبانی از Schema Stitching.
- GraphQL Mesh: GraphQL Mesh به شما امکان میدهد از زبان کوئری GraphQL برای دسترسی به دادهها از منابع مختلف مانند APIهای REST، پایگاههای داده و gRPC استفاده کنید. این ابزار میتواند این APIها را در یک شمای GraphQL یکپارچه ترکیب کند.
مقایسه GraphQL Federation و Schema Stitching
هر دو GraphQL Federation و Schema Stitching راههایی برای ترکیب چندین شمای GraphQL در یک API واحد ارائه میدهند، اما در رویکرد و قابلیتهایشان متفاوت هستند.
| ویژگی | GraphQL Federation | Schema Stitching |
|---|---|---|
| رویکرد | ترکیب توزیعشده و خودکار | پیکربندی متمرکز و دستی |
| پیچیدگی | پیچیدگی کمتر برای نگهداری و مقیاسبندی | پیچیدگی بیشتر به دلیل منطق resolver دستی |
| مقیاسپذیری | طراحی شده برای سیستمهای توزیعشده و در مقیاس بزرگ | مقیاسپذیری کمتر، معمولاً برای برنامههای کوچکتر استفاده میشود |
| حاکمیت شِما | حاکمیت و اعتبارسنجی شِمای داخلی | نیاز به مدیریت و هماهنگی دستی شِما دارد |
| ابزارها | اکوسیستم قوی از ابزارها و کتابخانهها (مانند Apollo Federation) | نیاز به ابزارها و پیکربندی سفارشی بیشتری دارد |
| موارد استفاده | معماریهای میکروسرویس، APIهای در مقیاس بزرگ، توسعه غیرمتمرکز | برنامههای کوچکتر، مهاجرت تدریجی، نیازهای سفارشیسازی خاص |
چه زمانی از GraphQL Federation استفاده کنیم: زمانی Federation را انتخاب کنید که یک معماری میکروسرویس پیچیده دارید، نیاز به مقیاسبندی API خود دارید و میخواهید به تیمهای مستقل قدرت دهید تا subgraphهای خود را مدیریت کنند. این روش همچنین مدیریت و حاکمیت شِما را ساده میکند.
چه زمانی از Schema Stitching استفاده کنیم: زمانی Schema Stitching را در نظر بگیرید که یک API سادهتر دارید، نیاز به کنترل بیشتری بر منطق stitching دارید یا در حال مهاجرت از APIهای GraphQL موجود هستید. با این حال، از پیچیدگیها و محدودیتهای مقیاسپذیری بالقوه آن آگاه باشید.
پیادهسازی احراز هویت و مجوزدهی
صرفنظر از اینکه GraphQL Federation یا Schema Stitching را انتخاب میکنید، پیادهسازی احراز هویت و مجوزدهی برای ایمنسازی دروازه API فرانتاند شما حیاتی است. چندین رویکرد وجود دارد که میتوانید اتخاذ کنید:
- احراز هویت در سطح دروازه: دروازه API قبل از مسیریابی درخواستها به سرویسهای بکاند، احراز هویت و مجوزدهی را انجام میدهد. این رویکرد منطق امنیتی را متمرکز کرده و سرویسهای بکاند را ساده میکند. روشهای رایج شامل اعتبارسنجی JWT (JSON Web Token) و OAuth 2.0 است.
- احراز هویت در سطح سرویس: هر سرویس بکاند احراز هویت و مجوزدهی خود را انجام میدهد. این رویکرد کنترل دقیقتری بر امنیت فراهم میکند اما مدیریت آن میتواند پیچیدهتر باشد.
- رویکرد ترکیبی: ترکیبی از احراز هویت در سطح دروازه و سرویس. دروازه احراز هویت اولیه را انجام میدهد و سرویسهای بکاند بررسیهای مجوزدهی دقیقتری را انجام میدهند.
مثال: احراز هویت JWT با Apollo Federation
با Apollo Federation، میتوانید دروازه را برای اعتبارسنجی توکنهای JWT موجود در هدرهای درخواست پیکربندی کنید. سپس دروازه میتواند اطلاعات کاربری استخراج شده از توکن را به subgraphها منتقل کند، که میتوانند از این اطلاعات برای مجوزدهی استفاده کنند.
// Example (Conceptual): Apollo Gateway configuration with JWT validation
const { ApolloGateway } = require('@apollo/gateway');
const gateway = new ApolloGateway({
serviceList: [
// ... your subgraph configurations
],
buildService: ({ name, url }) => {
return new MyCustomService({
name, // Name of the subgraph
url, // URL of the subgraph
});
},
});
class MyCustomService extends RemoteGraphQLDataSource {
willSendRequest({ request, context }) {
// Get the user from the context
const user = context.user;
// Add the user's ID to the request headers
if (user) {
request.http.headers.set('user-id', user.id);
}
}
}
در این مثال، یک سرویس سفارشی برای تغییر درخواستهای خروجی ایجاد شده است تا شناسه کاربر برگرفته از JWT را شامل شود. سپس سرویسهای پاییندستی میتوانند از این شناسه برای بررسیهای مجوزدهی استفاده کنند.
استراتژیهای کشینگ برای بهینهسازی عملکرد
کشینگ برای بهبود عملکرد یک دروازه API فرانتاند ضروری است. با کش کردن دادههایی که به طور مکرر دسترسی میشوند، میتوانید بار روی سرویسهای بکاند را کاهش داده و زمان پاسخ به کلاینتها را بهبود بخشید. در اینجا چند استراتژی کشینگ آورده شده است:
- کشینگ HTTP: از مکانیسمهای کشینگ HTTP (مانند هدرهای `Cache-Control`) برای کش کردن پاسخها در مرورگر و پروکسیهای میانی استفاده کنید.
- کشینگ در حافظه (In-Memory Caching): از کشهای در حافظه (مانند Redis، Memcached) برای کش کردن دادههای پرکاربرد در دروازه استفاده کنید.
- کشینگ CDN: از شبکههای تحویل محتوا (CDN) برای کش کردن داراییهای ثابت و پاسخهای API نزدیکتر به کلاینت استفاده کنید.
- کشینگ کوئری GraphQL: نتایج کوئریهای GraphQL را بر اساس رشته کوئری و متغیرهای آن کش کنید. این روش میتواند برای کوئریهایی که به طور مکرر اجرا میشوند بسیار موثر باشد. Apollo Server پشتیبانی داخلی برای کشینگ کوئری ارائه میدهد.
هنگام پیادهسازی کشینگ، استراتژیهای ابطال کش را در نظر بگیرید تا اطمینان حاصل شود که کلاینتها دادههای بهروز دریافت میکنند. استراتژیهای رایج عبارتند از:
- انقضای مبتنی بر زمان: یک زمان انقضای ثابت برای دادههای کش شده تعیین کنید.
- ابطال مبتنی بر رویداد: هنگامی که دادهها در سرویسهای بکاند تغییر میکنند، کش را باطل کنید. این کار را میتوان با استفاده از وبهوکها یا صفهای پیام انجام داد.
مانیتورینگ و مشاهدهپذیری
مانیتورینگ و مشاهدهپذیری برای اطمینان از سلامت و عملکرد دروازه API فرانتاند شما حیاتی است. مانیتورینگ جامع را برای ردیابی معیارهای کلیدی مانند موارد زیر پیادهسازی کنید:
- تأخیر درخواست: زمانی که برای پردازش یک درخواست طول میکشد.
- نرخ خطا: درصد درخواستهایی که منجر به خطا میشوند.
- توان عملیاتی: تعداد درخواستهای پردازش شده در واحد زمان.
- استفاده از منابع: استفاده از CPU، حافظه و شبکه توسط دروازه و سرویسهای بکاند.
از ردیابی (tracing) برای پیگیری درخواستها در حین عبور از سیستم استفاده کنید تا گلوگاهها و مشکلات عملکردی را شناسایی کنید. لاگگیری بینشهای ارزشمندی در مورد رفتار دروازه و سرویسهای بکاند فراهم میکند.
ابزارهای مانیتورینگ و مشاهدهپذیری عبارتند از:
- Prometheus: یک سیستم مانیتورینگ و هشداردهی متنباز.
- Grafana: یک ابزار تجسم داده و مانیتورینگ.
- Jaeger: یک سیستم ردیابی توزیعشده متنباز.
- Datadog: یک پلتفرم مانیتورینگ و امنیتی برای برنامههای ابری.
- New Relic: یک پلتفرم هوش دیجیتال برای مانیتورینگ و بهبود عملکرد نرمافزار.
با پیادهسازی مانیتورینگ و مشاهدهپذیری قوی، میتوانید به طور پیشگیرانه مشکلات را شناسایی و حل کنید و از قابلیت اطمینان و عملکرد دروازه API فرانتاند خود اطمینان حاصل کنید.
نتیجهگیری
یک دروازه API فرانتاند که با GraphQL Federation یا Schema Stitching ساخته شده است، میتواند به طور قابل توجهی دسترسی به دادهها را ساده کرده، عملکرد را بهبود بخشد و تجربه توسعهدهنده را در برنامههای وب مدرن ارتقا دهد. GraphQL Federation یک راهحل قدرتمند و مقیاسپذیر برای ترکیب APIهای توزیعشده GraphQL فراهم میکند، در حالی که Schema Stitching رویکرد انعطافپذیرتری برای ترکیب شِماهای موجود ارائه میدهد. با در نظر گرفتن دقیق نیازهای خاص برنامه خود و مزایا و معایب این تکنیکها، میتوانید بهترین رویکرد را برای ساخت یک دروازه API فرانتاند قوی و کارآمد انتخاب کنید.
به یاد داشته باشید که احراز هویت و مجوزدهی مناسب، استراتژیهای کشینگ، و مانیتورینگ و مشاهدهپذیری را برای اطمینان از امنیت، عملکرد و قابلیت اطمینان دروازه خود پیادهسازی کنید. با پذیرش این بهترین شیوهها، میتوانید پتانسیل کامل GraphQL را باز کرده و برنامههای وب مدرنی بسازید که تجربیات کاربری استثنایی ارائه میدهند.