GraphQL-skeeman suunnittelu: Skaalautuvat mallit globaaleille API-rajapinnoille

GraphQL on noussut tehokkaaksi vaihtoehdoksi perinteisille REST API-rajapinnoille, tarjoten asiakkaille joustavuuden pyytää juuri sitä dataa, mitä he tarvitsevat. Kuitenkin, kun GraphQL-rajapintasi kasvaa monimutkaisuudeltaan ja laajuudeltaan – erityisesti palvellessaan globaalia yleisöä moninaisilla datavaatimuksilla – huolellisesta skeeman suunnittelusta tulee kriittisen tärkeää ylläpidettävyyden, skaalautuvuuden ja suorituskyvyn kannalta. Tämä artikkeli tutkii useita skaalautuvia GraphQL-skeeman suunnittelumalleja, jotka auttavat sinua rakentamaan vankkoja API-rajapintoja, jotka kestävät globaalin sovelluksen vaatimukset.

Skaalautuvan skeemasuunnittelun merkitys

Hyvin suunniteltu GraphQL-skeema on onnistuneen API-rajapinnan perusta. Se sanelee, miten asiakkaat voivat olla vuorovaikutuksessa datasi ja palveluidesi kanssa. Huono skeemasuunnittelu voi johtaa moniin ongelmiin, kuten:

• Suorituskyvyn pullonkaulat: Tehottomat kyselyt ja resolverit voivat ylikuormittaa tietolähteitäsi ja hidastaa vastausaikoja.
• Ylläpidettävyysongelmat: Monoliittista skeemaa on vaikea ymmärtää, muokata ja testata sovelluksesi kasvaessa.
• Tietoturvahaavoittuvuudet: Huonosti määritellyt pääsynvalvontasäännöt voivat paljastaa arkaluontoista dataa luvattomille käyttäjille.
• Rajoitettu skaalautuvuus: Tiukasti kytketty skeema vaikeuttaa API-rajapintasi jakamista useille palvelimille tai tiimeille.

Globaaleissa sovelluksissa nämä ongelmat korostuvat. Eri alueilla voi olla erilaisia datavaatimuksia, sääntelyrajoituksia ja suorituskykyodotuksia. Skaalautuva skeemasuunnittelu antaa sinulle mahdollisuuden vastata näihin haasteisiin tehokkaasti.

Skaalautuvan skeemasuunnittelun avainperiaatteet

Ennen kuin sukellamme tiettyihin malleihin, hahmotellaan joitakin avainperiaatteita, joiden tulisi ohjata skeemasuunnitteluasi:

• Modulaarisuus: Jaa skeemasi pienempiin, itsenäisiin moduuleihin. Tämä helpottaa API-rajapintasi yksittäisten osien ymmärtämistä, muokkaamista ja uudelleenkäyttöä.
• Koostettavuus: Suunnittele skeemasi niin, että eri moduuleja voidaan helposti yhdistellä ja laajentaa. Tämä mahdollistaa uusien ominaisuuksien ja toiminnallisuuksien lisäämisen häiritsemättä olemassa olevia asiakkaita.
• Abstraktio: Piilota taustalla olevien tietolähteiden ja palveluiden monimutkaisuus hyvin määritellyn GraphQL-rajapinnan taakse. Tämä mahdollistaa toteutuksen muuttamisen vaikuttamatta asiakkaisiin.
• Johdonmukaisuus: Ylläpidä johdonmukaista nimeämiskäytäntöä, tietorakennetta ja virheenkäsittelystrategiaa koko skeemassasi. Tämä helpottaa asiakkaiden oppimista ja API-rajapintasi käyttöä.
• Suorituskyvyn optimointi: Harkitse suorituskykyvaikutuksia skeeman suunnittelun jokaisessa vaiheessa. Käytä tekniikoita, kuten data loadereita ja kenttien aliasointia, minimoidaksesi tietokantakyselyiden ja verkkopyyntöjen määrän.

Skaalautuvat skeemasuunnittelumallit

Tässä on useita skaalautuvia skeemasuunnittelumalleja, joita voit käyttää vankkojen GraphQL-rajapintojen rakentamiseen:

1. Skeeman yhdistäminen (Schema Stitching)

Skeeman yhdistämisen (schema stitching) avulla voit yhdistää useita GraphQL-rajapintoja yhdeksi, yhtenäiseksi skeemaksi. Tämä on erityisen hyödyllistä, kun eri tiimit tai palvelut vastaavat eri osista dataasi. Se on kuin sinulla olisi useita mini-API-rajapintoja, jotka yhdistetään 'yhdyskäytävä'-API:n (gateway) kautta.

Miten se toimii:

1. Jokainen tiimi tai palvelu paljastaa oman GraphQL-rajapintansa omalla skeemallaan.
2. Keskitetty yhdyskäytäväpalvelu käyttää skeeman yhdistämistyökaluja (kuten Apollo Federation tai GraphQL Mesh) yhdistääkseen nämä skeemat yhdeksi, yhtenäiseksi skeemaksi.
3. Asiakkaat ovat vuorovaikutuksessa yhdyskäytäväpalvelun kanssa, joka reitittää pyynnöt asianmukaisiin taustalla oleviin API-rajapintoihin.

Esimerkki:

Kuvittele verkkokauppa-alusta, jolla on erilliset API-rajapinnat tuotteille, käyttäjille ja tilauksille. Jokaisella rajapinnalla on oma skeemansa:

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

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

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

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

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

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

Yhdyskäytäväpalvelu voi yhdistää nämä skeemat luodakseen yhtenäisen skeeman:

  
    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
    }
  

Huomaa, kuinka Order-tyyppi sisältää nyt viittaukset User- ja Product-tyyppeihin, vaikka nämä tyypit on määritelty erillisissä API-rajapinnoissa. Tämä saavutetaan skeeman yhdistämisdirektiiveillä (kuten @relation tässä esimerkissä).

Hyödyt:

• Hajautettu omistajuus: Jokainen tiimi voi hallita omaa dataansa ja API-rajapintaansa itsenäisesti.
• Parempi skaalautuvuus: Voit skaalata jokaista API-rajapintaa itsenäisesti sen erityistarpeiden mukaan.
• Vähentynyt monimutkaisuus: Asiakkaiden tarvitsee olla vuorovaikutuksessa vain yhden API-päätepisteen kanssa.

Huomioitavaa:

• Monimutkaisuus: Skeeman yhdistäminen voi lisätä arkkitehtuurisi monimutkaisuutta.
• Latenssi: Pyyntöjen reitittäminen yhdyskäytäväpalvelun kautta voi aiheuttaa latenssia.
• Virheenkäsittely: Sinun on toteutettava vankka virheenkäsittely käsitelläksesi vikatilanteita taustalla olevissa API-rajapinnoissa.

2. Skeemafederaatio (Schema Federation)

Skeemafederaatio on skeeman yhdistämisen evoluutio, joka on suunniteltu korjaamaan joitakin sen rajoituksia. Se tarjoaa deklaratiivisemman ja standardoidumman lähestymistavan GraphQL-skeemojen koostamiseen.

Miten se toimii:

1. Jokainen palvelu paljastaa GraphQL-rajapinnan ja annotoi skeemansa federaatiodirektiiveillä (esim. @key, @extends, @external).
2. Keskitetty yhdyskäytäväpalvelu (käyttäen Apollo Federationia) käyttää näitä direktiivejä rakentaakseen supergraafin – esityksen koko federoidusta skeemasta.
3. Yhdyskäytäväpalvelu käyttää supergraafia reitittääkseen pyynnöt asianmukaisiin taustapalveluihin ja ratkaistakseen riippuvuudet.

Esimerkki:

Käyttämällä samaa verkkokauppaesimerkkiä, federoidut skeemat voisivat näyttää tältä:

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

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

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

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

    # Tilausten 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
    }
  

Huomaa federaatiodirektiivien käyttö:

• @key: Määrittää tyypin pääavaimen.
• @requires: Ilmaisee, että kenttä vaatii dataa toisesta palvelusta.
• @extends: Antaa palvelun laajentaa toisessa palvelussa määriteltyä tyyppiä.

Hyödyt:

• Deklaratiivinen koostaminen: Federaatiodirektiivit helpottavat skeemariippuvuuksien ymmärtämistä ja hallintaa.
• Parempi suorituskyky: Apollo Federation optimoi kyselyjen suunnittelun ja suorituksen latenssin minimoimiseksi.
• Parannettu tyyppiturvallisuus: Supergraafi varmistaa, että kaikki tyypit ovat johdonmukaisia palveluiden välillä.

Huomioitavaa:

• Työkalut: Vaatii Apollo Federationin tai yhteensopivan federaatiototeutuksen käyttöä.
• Monimutkaisuus: Voi olla monimutkaisempi ottaa käyttöön kuin skeeman yhdistäminen.
• Oppimiskäyrä: Kehittäjien on opittava federaatiodirektiivit ja -käsitteet.

3. Modulaarinen skeemasuunnittelu

Modulaarinen skeemasuunnittelu tarkoittaa suuren, monoliittisen skeeman jakamista pienempiin, hallittavampiin moduuleihin. Tämä helpottaa API-rajapintasi yksittäisten osien ymmärtämistä, muokkaamista ja uudelleenkäyttöä, jopa turvautumatta federoiduihin skeemoihin.

Miten se toimii:

1. Tunnista loogiset rajat skeemassasi (esim. käyttäjät, tuotteet, tilaukset).
2. Luo erilliset moduulit kullekin rajalle, määrittäen kyseiseen rajaan liittyvät tyypit, kyselyt ja mutaatiot.
3. Käytä tuonti/vienti-mekanismeja (riippuen GraphQL-palvelintoteutuksestasi) yhdistääksesi moduulit yhdeksi, yhtenäiseksi skeemaksi.

Esimerkki (käyttäen JavaScript/Node.js):

Luo erilliset tiedostot kullekin moduulille:

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

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

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

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

Yhdistä ne sitten pääskeematiedostossasi:

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

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

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

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

    module.exports = schema;
  

Hyödyt:

• Parempi ylläpidettävyys: Pienempiä moduuleja on helpompi ymmärtää ja muokata.
• Lisääntynyt uudelleenkäytettävyys: Moduuleja voidaan käyttää uudelleen sovelluksesi muissa osissa.
• Parempi yhteistyö: Eri tiimit voivat työskennellä eri moduulien parissa itsenäisesti.

Huomioitavaa:

• Ylimääräinen työ: Modularisointi voi lisätä hieman ylimääräistä työtä kehitysprosessiisi.
• Monimutkaisuus: Moduulien väliset rajat on määriteltävä huolellisesti kiertoriippuvuuksien välttämiseksi.
• Työkalut: Vaatii GraphQL-palvelintoteutuksen käyttöä, joka tukee modulaarista skeeman määrittelyä.

4. Rajapinta- ja unionityypit

Rajapinta- ja unionityyppien (interface and union types) avulla voit määritellä abstrakteja tyyppejä, joita useat konkreettiset tyypit voivat toteuttaa. Tämä on hyödyllistä polymorfisen datan esittämiseen – datan, joka voi olla eri muodoissa kontekstista riippuen.

Miten se toimii:

• Määrittele rajapinta- tai unionityyppi, jolla on joukko yhteisiä kenttiä.
• Määrittele konkreettisia tyyppejä, jotka toteuttavat rajapinnan tai ovat unionin jäseniä.
• Käytä __typename-kenttää konkreettisen tyypin tunnistamiseen ajon aikana.

Esimerkki:

  
    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!]!
    }
  

Tässä esimerkissä sekä User että Product toteuttavat Node-rajapinnan, joka määrittelee yhteisen id-kentän. SearchResult-unionityyppi edustaa hakutulosta, joka voi olla joko User tai Product. Asiakkaat voivat tehdä kyselyn search-kenttään ja käyttää sitten __typename-kenttää määrittääkseen, minkä tyyppisen tuloksen he saivat.

Hyödyt:

• Joustavuus: Mahdollistaa polymorfisen datan esittämisen tyyppiturvallisella tavalla.
• Koodin uudelleenkäyttö: Vähentää koodin päällekkäisyyttä määrittelemällä yhteisiä kenttiä rajapinnoissa ja unioneissa.
• Parempi kyseltävyys: Helpottaa asiakkaiden kyselyitä erityyppisestä datasta yhdellä kyselyllä.

Huomioitavaa:

• Monimutkaisuus: Voi lisätä monimutkaisuutta skeemaasi.
• Suorituskyky: Rajapinta- ja unionityyppien ratkaiseminen voi olla kalliimpaa kuin konkreettisten tyyppien ratkaiseminen.
• Introspektio: Vaatii asiakkaita käyttämään introspektiota konkreettisen tyypin määrittämiseksi ajon aikana.

5. Yhteys-malli (Connection Pattern)

Yhteys-malli (connection pattern) on standardoitu tapa toteuttaa sivutus GraphQL-rajapinnoissa. Se tarjoaa johdonmukaisen ja tehokkaan tavan hakea suuria datalistoja osissa.

Miten se toimii:

• Määrittele yhteystyyppi (connection type) edges- ja pageInfo-kentillä.
• edges-kenttä sisältää listan reunoista (edges), joista jokainen sisältää node-kentän (varsinainen data) ja cursor-kentän (solmun yksilöllinen tunniste).
• pageInfo-kenttä sisältää tietoa nykyisestä sivusta, kuten onko lisää sivuja ja ensimmäisen ja viimeisen solmun kursorit.
• Käytä first, after, last ja before -argumentteja sivutuksen hallintaan.

Esimerkki:

  
    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!
    }
  

Hyödyt:

• Standardoitu sivutus: Tarjoaa johdonmukaisen tavan toteuttaa sivutus koko API-rajapinnassasi.
• Tehokas datan haku: Mahdollistaa suurten datalistojen hakemisen osissa, mikä vähentää palvelimen kuormitusta ja parantaa suorituskykyä.
• Kursoriperusteinen sivutus: Käyttää kursoreita kunkin solmun sijainnin seuraamiseen, mikä on tehokkaampaa kuin siirtymään (offset) perustuva sivutus.

Huomioitavaa:

• Monimutkaisuus: Voi lisätä monimutkaisuutta skeemaasi.
• Ylimääräinen työ: Vaatii ylimääräisiä kenttiä ja tyyppejä yhteys-mallin toteuttamiseen.
• Toteutus: Vaatii huolellista toteutusta varmistaakseen, että kursorit ovat yksilöllisiä ja johdonmukaisia.

Globaalit huomioon otettavat seikat

Kun suunnittelet GraphQL-skeemaa globaalille yleisölle, ota huomioon nämä lisätekijät:

• Lokalisaatio: Käytä direktiivejä tai mukautettuja skalaarityyppejä tukemaan eri kieliä ja alueita. Voisit esimerkiksi käyttää mukautettua `LocalizedText`-skalaaria, joka tallentaa käännöksiä eri kielille.
• Aikavyöhykkeet: Tallenna aikaleimat UTC-ajassa ja salli asiakkaiden määrittää oma aikavyöhykkeensä näyttötarkoituksia varten.
• Valuutat: Käytä johdonmukaista valuuttamuotoa ja salli asiakkaiden määrittää haluamansa valuutta näyttötarkoituksia varten. Harkitse mukautettua `Currency`-skalaaria tämän esittämiseen.
• Datan sijainti: Varmista, että datasi tallennetaan paikallisten säännösten mukaisesti. Tämä saattaa vaatia API-rajapintasi käyttöönottoa useilla alueilla tai datan peittämistekniikoiden (data masking) käyttöä.
• Saavutettavuus: Suunnittele skeemasi niin, että se on saavutettavissa myös vammaisille käyttäjille. Käytä selkeitä ja kuvailevia kenttien nimiä ja tarjoa vaihtoehtoisia tapoja päästä käsiksi dataan.

Esimerkiksi, harkitse tuotekuvauskenttää:

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

Tämä antaa asiakkaille mahdollisuuden pyytää kuvausta tietyllä kielellä. Jos kieltä ei ole määritelty, oletusarvo on englanti (`en`).

Yhteenveto

Skaalautuva skeemasuunnittelu on olennaista vankkojen ja ylläpidettävien GraphQL-rajapintojen rakentamiseksi, jotka kestävät globaalin sovelluksen vaatimukset. Noudattamalla tässä artikkelissa esitettyjä periaatteita ja käyttämällä asianmukaisia suunnittelumalleja voit luoda API-rajapintoja, jotka ovat helppoja ymmärtää, muokata ja laajentaa, samalla tarjoten erinomaisen suorituskyvyn ja skaalautuvuuden. Muista modularisoida, koostaa ja abstrahoida skeemasi sekä ottaa huomioon globaalin yleisösi erityistarpeet.

Omaksumalla nämä mallit voit vapauttaa GraphQL:n täyden potentiaalin ja rakentaa API-rajapintoja, jotka voivat antaa virtaa sovelluksillesi vuosiksi eteenpäin.