طراحی اسکیمای GraphQL: الگوهای مقیاس‌پذیر برای APIهای جهانی

GraphQL به عنوان یک جایگزین قدرتمند برای APIهای REST سنتی ظهور کرده است و به کلاینت‌ها این انعطاف را می‌دهد که دقیقاً داده‌های مورد نیاز خود را درخواست کنند. با این حال، با افزایش پیچیدگی و گستره API GraphQL شما – به‌ویژه هنگام خدمت‌رسانی به مخاطبان جهانی با نیازمندی‌های داده‌ای متنوع – طراحی دقیق اسکیما برای قابلیت نگهداری، مقیاس‌پذیری و عملکرد حیاتی می‌شود. این مقاله چندین الگوی طراحی اسکیمای GraphQL مقیاس‌پذیر را بررسی می‌کند تا به شما در ساخت APIهای قدرتمندی که بتوانند از عهده تقاضاهای یک اپلیکیشن جهانی برآیند، کمک کند.

اهمیت طراحی اسکیمای مقیاس‌پذیر

یک اسکیمای GraphQL با طراحی خوب، بنیان یک API موفق است. این اسکیما نحوه تعامل کلاینت‌ها با داده‌ها و سرویس‌های شما را دیکته می‌کند. طراحی ضعیف اسکیما می‌تواند به مشکلات متعددی منجر شود، از جمله:

• گلوگاه‌های عملکردی: کوئری‌ها و resolverهای ناکارآمد می‌توانند منابع داده شما را بیش از حد بارگذاری کرده و زمان پاسخ‌دهی را کند کنند.
• مشکلات قابلیت نگهداری: درک، اصلاح و آزمایش یک اسکیمای یکپارچه (monolithic) با رشد اپلیکیشن شما دشوار می‌شود.
• آسیب‌پذیری‌های امنیتی: کنترل‌های دسترسی ضعیف تعریف‌شده می‌توانند داده‌های حساس را در معرض دید کاربران غیرمجاز قرار دهند.
• مقیاس‌پذیری محدود: یک اسکیمای با اتصال تنگاتنگ (tightly coupled) توزیع API شما را در چندین سرور یا تیم دشوار می‌سازد.

برای اپلیکیشن‌های جهانی، این مشکلات تشدید می‌شوند. مناطق مختلف ممکن است نیازمندی‌های داده‌ای، محدودیت‌های قانونی و انتظارات عملکردی متفاوتی داشته باشند. یک طراحی اسکیمای مقیاس‌پذیر به شما امکان می‌دهد تا به طور مؤثر به این چالش‌ها رسیدگی کنید.

اصول کلیدی طراحی اسکیمای مقیاس‌پذیر

قبل از پرداختن به الگوهای خاص، بیایید برخی از اصول کلیدی را که باید راهنمای طراحی اسکیمای شما باشند، مشخص کنیم:

• ماژولار بودن: اسکیمای خود را به ماژول‌های کوچکتر و مستقل تقسیم کنید. این کار درک، اصلاح و استفاده مجدد از بخش‌های جداگانه API شما را آسان‌تر می‌کند.
• ترکیب‌پذیری: اسکیمای خود را طوری طراحی کنید که ماژول‌های مختلف به راحتی قابل ترکیب و توسعه باشند. این به شما امکان می‌دهد تا ویژگی‌ها و عملکردهای جدید را بدون ایجاد اختلال در کلاینت‌های موجود اضافه کنید.
• انتزاع (Abstraction): پیچیدگی منابع داده و سرویس‌های زیربنایی خود را پشت یک رابط GraphQL خوش‌تعریف پنهان کنید. این به شما امکان می‌دهد پیاده‌سازی خود را بدون تأثیر بر کلاینت‌ها تغییر دهید.
• سازگاری: یک قرارداد نام‌گذاری، ساختار داده و استراتژی مدیریت خطای سازگار را در سراسر اسکیمای خود حفظ کنید. این کار یادگیری و استفاده از API شما را برای کلاینت‌ها آسان‌تر می‌کند.
• بهینه‌سازی عملکرد: در هر مرحله از طراحی اسکیما، پیامدهای عملکردی را در نظر بگیرید. از تکنیک‌هایی مانند data loaderها و field aliasing برای به حداقل رساندن تعداد کوئری‌های پایگاه داده و درخواست‌های شبکه استفاده کنید.

الگوهای طراحی اسکیمای مقیاس‌پذیر

در اینجا چندین الگوی طراحی اسکیمای مقیاس‌پذیر وجود دارد که می‌توانید برای ساخت APIهای GraphQL قدرتمند از آنها استفاده کنید:

۱. الحاق اسکیما (Schema Stitching)

الحاق اسکیما به شما امکان می‌دهد چندین API GraphQL را در یک اسکیمای واحد و یکپارچه ترکیب کنید. این روش به‌ویژه زمانی مفید است که تیم‌ها یا سرویس‌های مختلفی مسئول بخش‌های متفاوتی از داده‌های شما باشند. این مانند داشتن چندین mini-API و اتصال آنها از طریق یک API 'دروازه' (gateway) است.

چگونه کار می‌کند:

1. هر تیم یا سرویس، API GraphQL خود را با اسکیمای مخصوص به خود ارائه می‌دهد.
2. یک سرویس دروازه مرکزی از ابزارهای الحاق اسکیما (مانند Apollo Federation یا GraphQL Mesh) برای ادغام این اسکیماها در یک اسکیمای واحد و یکپارچه استفاده می‌کند.
3. کلاینت‌ها با سرویس دروازه تعامل می‌کنند که درخواست‌ها را به APIهای زیربنایی مناسب هدایت می‌کند.

مثال:

یک پلتفرم تجارت الکترونیک با APIهای مجزا برای محصولات، کاربران و سفارشات را تصور کنید. هر API اسکیمای خود را دارد:

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

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

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

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

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

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

سرویس دروازه می‌تواند این اسکیماها را به هم الحاق کند تا یک اسکیمای یکپارچه ایجاد کند:

  
    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
    }
  

توجه کنید که چگونه نوع Order اکنون شامل ارجاعاتی به User و Product است، حتی اگر این typeها در APIهای جداگانه تعریف شده باشند. این امر از طریق دایرکتیوهای الحاق اسکیما (مانند @relation در این مثال) به دست می‌آید.

مزایا:

• مالکیت غیرمتمرکز: هر تیم می‌تواند داده‌ها و API خود را به طور مستقل مدیریت کند.
• مقیاس‌پذیری بهبودیافته: شما می‌توانید هر API را بر اساس نیازهای خاص آن به طور مستقل مقیاس‌بندی کنید.
• کاهش پیچیدگی: کلاینت‌ها فقط باید با یک نقطه پایانی (endpoint) API واحد تعامل داشته باشند.

ملاحظات:

• پیچیدگی: الحاق اسکیما می‌تواند به معماری شما پیچیدگی اضافه کند.
• تأخیر (Latency): مسیریابی درخواست‌ها از طریق سرویس دروازه می‌تواند باعث ایجاد تأخیر شود.
• مدیریت خطا: شما باید مدیریت خطای قدرتمندی را برای مقابله با شکست‌ها در APIهای زیربنایی پیاده‌سازی کنید.

۲. فدراسیون اسکیما (Schema Federation)

فدراسیون اسکیما تکاملی از الحاق اسکیما است که برای رفع برخی از محدودیت‌های آن طراحی شده است. این روش یک رویکرد اعلانی‌تر (declarative) و استانداردتر برای ترکیب اسکیماهای GraphQL فراهم می‌کند.

چگونه کار می‌کند:

1. هر سرویس یک API GraphQL را ارائه می‌دهد و اسکیمای خود را با دایرکتیوهای فدراسیون (مانند @key، @extends، @external) حاشیه‌نویسی (annotate) می‌کند.
2. یک سرویس دروازه مرکزی (با استفاده از Apollo Federation) از این دایرکتیوها برای ساخت یک supergraph – نمایشی از کل اسکیمای فدرال – استفاده می‌کند.
3. سرویس دروازه از supergraph برای مسیریابی درخواست‌ها به سرویس‌های زیربنایی مناسب و حل وابستگی‌ها استفاده می‌کند.

مثال:

با استفاده از همان مثال تجارت الکترونیک، اسکیماهای فدرال ممکن است به این شکل باشند:

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

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

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

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

    # API سفارشات
    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
    }
  

به استفاده از دایرکتیوهای فدراسیون توجه کنید:

• @key: کلید اصلی را برای یک type مشخص می‌کند.
• @requires: نشان می‌دهد که یک فیلد به داده‌هایی از سرویس دیگری نیاز دارد.
• @extends: به یک سرویس اجازه می‌دهد تا یک type تعریف‌شده در سرویس دیگری را توسعه دهد.

مزایا:

• ترکیب اعلانی: دایرکتیوهای فدراسیون درک و مدیریت وابستگی‌های اسکیما را آسان‌تر می‌کنند.
• عملکرد بهبودیافته: Apollo Federation برنامه‌ریزی و اجرای کوئری را برای به حداقل رساندن تأخیر بهینه می‌کند.
• ایمنی نوع (Type Safety) پیشرفته: supergraph تضمین می‌کند که همه typeها در سراسر سرویس‌ها سازگار هستند.

ملاحظات:

• ابزارها: نیاز به استفاده از Apollo Federation یا یک پیاده‌سازی فدراسیون سازگار دارد.
• پیچیدگی: راه‌اندازی آن می‌تواند پیچیده‌تر از الحاق اسکیما باشد.
• منحنی یادگیری: توسعه‌دهندگان باید دایرکتیوها و مفاهیم فدراسیون را یاد بگیرند.

۳. طراحی اسکیمای ماژولار

طراحی اسکیمای ماژولار شامل تقسیم یک اسکیمای بزرگ و یکپارچه به ماژول‌های کوچکتر و قابل مدیریت‌تر است. این کار درک، اصلاح و استفاده مجدد از بخش‌های جداگانه API شما را آسان‌تر می‌کند، حتی بدون توسل به اسکیماهای فدرال.

چگونه کار می‌کند:

1. مرزهای منطقی را در اسکیمای خود شناسایی کنید (مثلاً کاربران، محصولات، سفارشات).
2. برای هر مرز، ماژول‌های جداگانه‌ای ایجاد کنید که typeها، کوئری‌ها و mutationهای مربوط به آن مرز را تعریف می‌کنند.
3. از مکانیزم‌های import/export (بسته به پیاده‌سازی سرور GraphQL شما) برای ترکیب ماژول‌ها در یک اسکیمای واحد و یکپارچه استفاده کنید.

مثال (با استفاده از جاوااسکریپت/Node.js):

فایل‌های جداگانه‌ای برای هر ماژول ایجاد کنید:

  
    // 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
    }
  

سپس، آنها را در فایل اصلی اسکیمای خود ترکیب کنید:

  
    // 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;
  

مزایا:

• قابلیت نگهداری بهبودیافته: درک و اصلاح ماژول‌های کوچکتر آسان‌تر است.
• قابلیت استفاده مجدد افزایش‌یافته: ماژول‌ها می‌توانند در بخش‌های دیگر اپلیکیشن شما دوباره استفاده شوند.
• همکاری بهتر: تیم‌های مختلف می‌توانند به طور مستقل روی ماژول‌های مختلف کار کنند.

ملاحظات:

• سربار (Overhead): ماژولارسازی می‌تواند مقداری سربار به فرآیند توسعه شما اضافه کند.
• پیچیدگی: برای جلوگیری از وابستگی‌های چرخه‌ای (circular dependencies)، باید مرزهای بین ماژول‌ها را با دقت تعریف کنید.
• ابزارها: نیاز به استفاده از یک پیاده‌سازی سرور GraphQL دارد که از تعریف اسکیمای ماژولار پشتیبانی کند.

۴. انواع Interface و Union

انواع Interface و Union به شما امکان می‌دهند تا انواع انتزاعی (abstract) تعریف کنید که می‌توانند توسط چندین type انضمامی (concrete) پیاده‌سازی شوند. این برای نمایش داده‌های چندریختی (polymorphic) – داده‌هایی که بسته به زمینه می‌توانند اشکال مختلفی به خود بگیرند – مفید است.

چگونه کار می‌کند:

• یک interface یا union با مجموعه‌ای از فیلدهای مشترک تعریف کنید.
• typeهای انضمامی را تعریف کنید که آن interface را پیاده‌سازی می‌کنند یا عضو آن union هستند.
• از فیلد __typename برای شناسایی type انضمامی در زمان اجرا استفاده کنید.

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!]!
    }
  

در این مثال، هم User و هم Product اینترفیس Node را پیاده‌سازی می‌کنند که یک فیلد مشترک id را تعریف می‌کند. نوع union SearchResult یک نتیجه جستجو را نشان می‌دهد که می‌تواند یا یک User یا یک Product باشد. کلاینت‌ها می‌توانند فیلد `search` را کوئری کنند و سپس از فیلد `__typename` برای تعیین نوع نتیجه‌ای که دریافت کرده‌اند استفاده کنند.

مزایا:

• انعطاف‌پذیری: به شما امکان می‌دهد داده‌های چندریختی را به روشی ایمن از نظر نوع (type-safe) نمایش دهید.
• استفاده مجدد از کد: با تعریف فیلدهای مشترک در interfaceها و unionها، تکرار کد را کاهش می‌دهد.
• قابلیت کوئری‌گیری بهبودیافته: کوئری برای انواع مختلف داده با استفاده از یک کوئری واحد را برای کلاینت‌ها آسان‌تر می‌کند.

ملاحظات:

• پیچیدگی: می‌تواند به اسکیمای شما پیچیدگی اضافه کند.
• عملکرد: حل (resolving) انواع interface و union می‌تواند پرهزینه‌تر از حل انواع انضمامی باشد.
• درون‌نگری (Introspection): نیازمند این است که کلاینت‌ها از درون‌نگری برای تعیین type انضمامی در زمان اجرا استفاده کنند.

۵. الگوی Connection

الگوی connection یک روش استاندارد برای پیاده‌سازی صفحه‌بندی (pagination) در APIهای GraphQL است. این الگو یک روش سازگار و کارآمد برای بازیابی لیست‌های بزرگ داده به صورت تکه‌ای (chunks) فراهم می‌کند.

چگونه کار می‌کند:

• یک نوع connection با فیلدهای edges و pageInfo تعریف کنید.
• فیلد edges شامل لیستی از edgeها است که هر کدام شامل یک فیلد node (داده واقعی) و یک فیلد cursor (یک شناسه منحصر به فرد برای node) است.
• فیلد pageInfo حاوی اطلاعاتی در مورد صفحه فعلی است، مانند اینکه آیا صفحات بیشتری وجود دارد و cursorهای اولین و آخرین nodeها.
• از آرگومان‌های first، after، last و before برای کنترل صفحه‌بندی استفاده کنید.

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!
    }
  

مزایا:

• صفحه‌بندی استاندارد: یک روش سازگار برای پیاده‌سازی صفحه‌بندی در سراسر API شما فراهم می‌کند.
• بازیابی کارآمد داده: به شما امکان می‌دهد لیست‌های بزرگ داده را به صورت تکه‌ای بازیابی کنید، که بار سرور را کاهش داده و عملکرد را بهبود می‌بخشد.
• صفحه‌بندی مبتنی بر Cursor: از cursorها برای ردیابی موقعیت هر node استفاده می‌کند که کارآمدتر از صفحه‌بندی مبتنی بر offset است.

ملاحظات:

• پیچیدگی: می‌تواند به اسکیمای شما پیچیدگی اضافه کند.
• سربار: برای پیاده‌سازی الگوی connection به فیلدها و typeهای اضافی نیاز دارد.
• پیاده‌سازی: برای اطمینان از منحصر به فرد و سازگار بودن cursorها، به پیاده‌سازی دقیقی نیاز دارد.

ملاحظات جهانی

هنگام طراحی یک اسکیمای GraphQL برای مخاطبان جهانی، این عوامل اضافی را در نظر بگیرید:

• بومی‌سازی (Localization): از دایرکتیوها یا انواع scalar سفارشی برای پشتیبانی از زبان‌ها و مناطق مختلف استفاده کنید. به عنوان مثال، می‌توانید یک scalar سفارشی LocalizedText داشته باشید که ترجمه‌ها را برای زبان‌های مختلف ذخیره می‌کند.
• مناطق زمانی: مهرهای زمانی (timestamps) را در قالب UTC ذخیره کنید و به کلاینت‌ها اجازه دهید منطقه زمانی خود را برای اهداف نمایشی مشخص کنند.
• ارزها: از یک فرمت ارز سازگار استفاده کنید و به کلاینت‌ها اجازه دهید ارز مورد نظر خود را برای اهداف نمایشی مشخص کنند. در نظر داشته باشید که یک scalar سفارشی Currency برای نمایش این موضوع ایجاد کنید.
• اقامت داده (Data residency): اطمینان حاصل کنید که داده‌های شما مطابق با مقررات محلی ذخیره می‌شوند. این ممکن است نیازمند استقرار API شما در چندین منطقه یا استفاده از تکنیک‌های پوشاندن داده (data masking) باشد.
• دسترس‌پذیری (Accessibility): اسکیمای خود را طوری طراحی کنید که برای کاربران دارای معلولیت قابل دسترس باشد. از نام‌های فیلد واضح و توصیفی استفاده کنید و راه‌های جایگزین برای دسترسی به داده‌ها فراهم کنید.

به عنوان مثال، فیلد توضیحات محصول را در نظر بگیرید:

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

این به کلاینت‌ها اجازه می‌دهد تا توضیحات را به یک زبان خاص درخواست کنند. اگر زبانی مشخص نشود، به طور پیش‌فرض روی انگلیسی (`en`) قرار می‌گیرد.

نتیجه‌گیری

طراحی اسکیمای مقیاس‌پذیر برای ساخت APIهای GraphQL قدرتمند و قابل نگهداری که بتوانند از عهده تقاضاهای یک اپلیکیشن جهانی برآیند، ضروری است. با پیروی از اصول ذکر شده در این مقاله و استفاده از الگوهای طراحی مناسب، می‌توانید APIهایی ایجاد کنید که درک، اصلاح و توسعه آنها آسان باشد و در عین حال عملکرد و مقیاس‌پذیری عالی ارائه دهند. به یاد داشته باشید که اسکیمای خود را ماژولار، ترکیبی و انتزاعی کنید و نیازهای خاص مخاطبان جهانی خود را در نظر بگیرید.

با پذیرش این الگوها، می‌توانید پتانسیل کامل GraphQL را آزاد کرده و APIهایی بسازید که بتوانند سال‌ها اپلیکیشن‌های شما را قدرت بخشند.