Passerelle API Frontend : Maîtriser la Fédération et le Stitching de Schémas avec GraphQL

Dans le paysage en constante évolution du développement web moderne, l'adoption de l'architecture microservices est devenue une pierre angulaire pour construire des applications scalables, résilientes et maintenables. À mesure que les systèmes se développent et se diversifient, la gestion d'une multitude de services indépendants peut présenter des défis importants, en particulier pour les équipes frontend. C'est là que la puissance de GraphQL, combinée à des stratégies de passerelle API sophistiquées comme la fédération et le stitching de schémas, brille véritablement.

Ce guide complet explore les subtilités de l'utilisation de GraphQL en tant que passerelle API frontend, avec une analyse approfondie des concepts critiques de fédération de schémas et de stitching de schémas. Nous explorerons comment ces techniques permettent la création d'une API GraphQL unifiée et puissante à partir de schémas de microservices disparates, rationalisant ainsi le développement frontend, améliorant les performances et favorisant une expérience développeur plus cohérente au sein des équipes mondiales.

L'essor des Microservices et le Défi Frontend

L'architecture microservices offre de nombreux avantages, notamment le déploiement indépendant, la diversité technologique et l'isolation des pannes. Cependant, pour les applications frontend, cette nature distribuée peut se traduire par une complexité accrue. Les développeurs frontend se retrouvent souvent à interagir avec de nombreux services backend, chacun avec sa propre conception d'API, son format de données et ses protocoles de communication. Cela peut entraîner :

• Augmentation des requêtes réseau : La récupération de données nécessite souvent plusieurs allers-retours vers différents services.
• Complexité de l'agrégation des données : Les équipes frontend doivent combiner manuellement les données provenant de diverses sources.
• Couplage fort : Les modifications dans les services backend peuvent avoir un impact disproportionné sur le frontend.
• Fatigue des développeurs : La charge liée à la gestion de multiples interactions API peut ralentir les cycles de développement.

L'émergence du modèle Backend for Frontend (BFF) a cherché à résoudre certains de ces problèmes en créant des services backend sur mesure pour des clients frontend spécifiques. Bien qu'efficace, une approche BFF pure peut parfois conduire à une prolifération de services backend, augmentant la charge de maintenance. GraphQL présente une alternative convaincante, offrant un point de terminaison unique pour que les clients puissent requêter exactement les données dont ils ont besoin, réduisant ainsi le sur-fetching (récupération excessive) et le under-fetching (récupération insuffisante).

GraphQL comme Passerelle API Frontend

GraphQL, avec ses capacités de récupération de données déclaratives, est particulièrement bien positionné pour agir comme une couche d'agrégation dans un environnement de microservices. Au lieu de consommer directement plusieurs API REST ou services gRPC, les clients frontend interagissent avec un unique point de terminaison GraphQL. Ce point de terminaison GraphQL, agissant comme une passerelle API, peut alors résoudre les requêtes en orchestrant les appels vers les différents microservices sous-jacents.

Le défi principal devient alors de construire ce schéma GraphQL unifié à partir des schémas individuels de vos microservices. C'est précisément là que la fédération de schémas et le stitching de schémas entrent en jeu.

Comprendre le Stitching de Schémas

Le stitching (ou assemblage) de schémas, l'une des premières approches pour combiner des schémas GraphQL, consiste à fusionner plusieurs schémas GraphQL en un seul schéma cohérent. L'idée principale est de prendre les schémas de différents services GraphQL et de les combiner, généralement en ajoutant des types et des champs d'un schéma à un autre.

Comment fonctionne le Stitching de Schémas :

Le stitching de schémas implique généralement :

1. Récupération des sous-schémas : La passerelle de stitching récupère le schéma d'introspection de chacun des microservices GraphQL sous-jacents.
2. Fusion des schémas : Une bibliothèque (comme la fonction mergeSchemas de graphql-tools) fusionne ces sous-schémas. Ce processus implique de résoudre les conflits potentiels, tels que les noms de types en double, et de définir comment les types de différents schémas sont liés les uns aux autres.
3. Résolution des requêtes inter-schémas : Lorsqu'une requête nécessite des données de plusieurs services, la passerelle de stitching doit être configurée pour déléguer des parties de la requête au service sous-jacent approprié. Cela implique souvent de définir des 'schémas distants' et de transférer les requêtes.

Concepts Clés du Stitching de Schémas :

• Fusion de types : Permet de combiner des types portant le même nom dans différents schémas.
• Extensions de schémas : Ajout de champs d'un schéma à un type défini dans un autre. Par exemple, ajouter un champ reviews (avis) à un type Product défini dans un service de produits distinct.
• Délégation : Le mécanisme principal pour transférer des parties d'une requête GraphQL au service GraphQL sous-jacent approprié.

Avantages du Stitching de Schémas :

• Simplicité pour les petits projets : Peut être simple à mettre en œuvre pour un nombre limité de services.
• Flexibilité : Permet un contrôle précis sur la manière dont les schémas sont combinés.

Inconvénients du Stitching de Schémas :

• Configuration manuelle : Peut devenir complexe et source d'erreurs à mesure que le nombre de services augmente.
• Potentiel de conflits : La gestion des collisions de noms de types et de champs nécessite une planification minutieuse.
• Considérations de performance : Une délégation inefficace peut entraîner des goulots d'étranglement de performance.
• Couplage fort : La passerelle doit souvent connaître les détails d'implémentation des services sous-jacents, créant une forme de couplage.

Introduction à la Fédération de Schémas

La fédération de schémas est apparue comme une solution plus robuste et scalable aux défis rencontrés par le stitching de schémas, en particulier dans les grandes architectures de microservices distribuées. Développée principalement par Apollo, la fédération de schémas vous permet de construire une seule API GraphQL à partir de plusieurs services GraphQL indépendants, appelés sous-graphes.

La différence fondamentale réside dans son approche de la composition de schémas. Au lieu de fusionner des schémas existants, la fédération de schémas définit un protocole où les sous-graphes déclarent leurs types et champs, et une passerelle centrale (le routeur ou super-graphe) compose ces déclarations en un schéma unifié. Cette composition se fait sans que la passerelle ait besoin de connaître les détails intimes de l'implémentation de chaque sous-graphe, seulement son contrat de schéma.

Comment fonctionne la Fédération de Schémas :

La fédération de schémas implique :

1. Sous-graphes : Chaque microservice expose une API GraphQL qui adhère à la spécification de la fédération. Les sous-graphes déclarent leurs types en utilisant des directives de fédération spécifiques (par ex., @key, @extends, @external, @requires, @provides).
2. Super-graphe : Un routeur de fédération (comme Apollo Federation Gateway) interroge chaque sous-graphe pour obtenir sa définition de schéma. Il compose ensuite ces définitions en un seul schéma unifié – le super-graphe.
3. Résolution d'entités : La clé de la fédération est le concept d'entités. Une entité est un type qui peut être identifié de manière unique à travers plusieurs sous-graphes. La directive @key sur un type dans un sous-graphe le marque comme une entité et spécifie les champs qui l'identifient de manière unique. Lorsqu'une requête fait référence à une entité, la passerelle sait quel sous-graphe est responsable de la récupération de cette entité en se basant sur sa directive @key.
4. Composition : La passerelle orchestre les requêtes. Si une requête nécessite des données de plusieurs sous-graphes, la passerelle décompose intelligemment la requête et envoie les sous-requêtes appropriées à chaque sous-graphe, puis combine les résultats.

Concepts Clés de la Fédération de Schémas :

• Sous-graphes : Des services GraphQL indépendants qui contribuent au super-graphe.
• Super-graphe : Le schéma unifié composé de tous les sous-graphes.
• Entités : Des types qui sont identifiables de manière unique à travers les sous-graphes, généralement marqués avec la directive @key.
• Directive @key : Définit les champs qui identifient de manière unique une entité. Ceci est crucial pour les relations inter-sous-graphes.
• Directive @extends : Permet à un sous-graphe d'étendre un type défini dans un autre sous-graphe (par exemple, ajouter des champs à un type User défini dans un sous-graphe User distinct).
• Directive @external : Indique qu'un champ est défini sur un autre sous-graphe.
• Directive @requires : Spécifie qu'un champ sur une entité nécessite que certains champs de la clé de l'entité soient présents pour la résolution.
• Directive @provides : Indique qu'un champ sur une entité est fourni par le sous-graphe.

Avantages de la Fédération de Schémas :

• Scalabilité : Conçue pour les grands systèmes distribués et un nombre croissant de microservices.
• Découplage : Les sous-graphes n'ont besoin de connaître que leur propre schéma et comment résoudre leurs types. La passerelle gère la composition.
• Autonomie des équipes : Différentes équipes peuvent posséder et gérer leurs sous-graphes respectifs de manière indépendante.
• Sûreté des types : Le processus de composition impose des contrats de schéma, garantissant la sûreté des types à travers le super-graphe.
• Expérience client simplifiée : Les clients interagissent avec un seul schéma unifié.

Inconvénients de la Fédération de Schémas :

• Courbe d'apprentissage : Nécessite de comprendre la spécification et les directives de la fédération.
• Dépendance à l'outillage : Repose souvent sur des bibliothèques et des passerelles spécifiques (par ex., Apollo Federation).
• Complexité de la configuration initiale : La mise en place des sous-graphes et de la passerelle peut être plus complexe qu'un simple stitching.

Fédération vs. Stitching : Un Aperçu Comparatif

Bien que la fédération et le stitching de schémas visent tous deux à unifier les schémas GraphQL, ils représentent des philosophies différentes et offrent des avantages distincts :

Pour la plupart des architectures microservices modernes visant une scalabilité à long terme et l'autonomie des équipes, la fédération de schémas est généralement l'approche privilégiée. Le stitching de schémas peut encore être une option viable pour des systèmes plus petits et moins complexes ou pour des scénarios d'intégration spécifiques où une fusion manuelle et directe est souhaitée.

Mise en œuvre de la Fédération de Schémas : Un Exemple Pratique

Considérons un scénario simple de e-commerce avec deux microservices :

• Service Utilisateurs : Gère les informations des utilisateurs.
• Service Produits : Gère les informations des produits.

Sous-graphe du Service Utilisateurs

Ce service définit un type User et le marque comme une entité avec la directive @key.

            # users-service/schema.graphql

# Directives de fédération
directive @key(fields: String!) on OBJECT

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

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

            

              
                Copy
              
            
          

Le service aurait également des résolveurs pour récupérer les données utilisateur en fonction de leur ID.

Sous-graphe du Service Produits

Ce service définit un type Product. De manière cruciale, il définit également une relation avec l'entité User en ajoutant un champ (par ex., createdBy) qui référence le type User.

            # products-service/schema.graphql

# Directives de fédération
directive @key(fields: String!) on OBJECT
directive @extends on OBJECT
directive @external on OBJECT
directive @requires(fields: String!) on FIELD_DEFINITION

type Product @extends {
  # Nous étendons le type User du service Utilisateurs
  # La directive @external indique que 'id' est défini ailleurs
  createdBy: User @requires(fields: "userId")
}

type User @extends {
  # Déclare que 'id' est un champ externe sur User, défini dans un autre sous-graphe
  id: ID! @external
}

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

            

              
                Copy
              
            
          

Dans le Service Produits :

• @extends sur Product indique que ce schéma étend le type Product.
• id: ID! @external sur User signifie que le champ id du type User est défini dans un autre sous-graphe (le Service Utilisateurs).
• createdBy: User @requires(fields: "userId") sur Product signifie que pour résoudre le champ createdBy (qui renvoie un objet User), les données du produit doivent contenir un userId. La passerelle utilisera cette information pour savoir quels champs demander au service de produits et comment le lier au service utilisateurs.

Passerelle de Fédération (Super-graphe)

La passerelle de fédération (par ex., Apollo Gateway) est responsable de :

1. Découvrir les sous-graphes (généralement en interrogeant leur schéma d'introspection).
2. Composer les schémas individuels des sous-graphes en un seul schéma de super-graphe.
3. Router les requêtes client entrantes vers les sous-graphes appropriés et combiner les résultats.

Lorsqu'un client demande un produit et le nom de son créateur :

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

            

              
                Copy
              
            
          

La passerelle effectuera les opérations suivantes :

1. Elle voit le champ product, qui est géré par le Service Produits.
2. Elle résout le champ name du type Product, qui est également géré par le Service Produits.
3. Elle rencontre le champ createdBy sur le Product. Parce que createdBy est défini comme un type User et que le type User a une directive @key(fields: "id") dans le Service Utilisateurs, la passerelle sait qu'elle doit récupérer l'entité User.
4. La directive @requires(fields: "userId") sur createdBy indique à la passerelle que le Service Produits a besoin du userId pour résoudre cette relation. La passerelle demandera donc le produit et son userId au Service Produits.
5. En utilisant le userId récupéré, la passerelle sait alors qu'elle doit interroger le Service Utilisateurs pour un utilisateur avec cet ID spécifique.
6. Enfin, elle résout le champ name de l'objet User renvoyé par le Service Utilisateurs.

Ce processus montre comment la fédération de schémas connecte de manière transparente des données connexes à travers différents microservices, offrant une expérience de requête unifiée et efficace pour le frontend.

Choisir la Bonne Approche pour Votre Projet

La décision entre la fédération de schémas et le stitching de schémas (ou même d'autres modèles de passerelle API) dépend fortement des exigences spécifiques de votre projet, de la structure de votre équipe et de votre vision à long terme.

Quand envisager le Stitching de Schémas :

• Projets de petite à moyenne envergure : Si vous avez un nombre limité de microservices GraphQL et un modèle de données simple, le stitching peut être suffisant et plus facile à mettre en place initialement.
• Services GraphQL existants : Si vous avez déjà plusieurs services GraphQL indépendants et que vous souhaitez les combiner sans refactorisation significative, le stitching peut être une voie d'intégration plus rapide.
• Logique de fusion spécifique : Lorsque vous avez besoin d'un contrôle précis sur la manière dont les schémas sont fusionnés et les types étendus, et que la complexité de la fédération semble excessive.

Quand adopter la Fédération de Schémas :

• Microservices à grande échelle : Pour les organisations avec un nombre important de microservices et d'équipes, la fédération fournit la scalabilité et la structure organisationnelle nécessaires.
• L'autonomie des équipes est essentielle : Si différentes équipes sont responsables de domaines différents et doivent développer leurs API GraphQL de manière indépendante, la fédération permet cette autonomie.
• Maintenabilité à long terme : Les contrats clairs et le modèle de composition de la fédération conduisent à des systèmes plus maintenables et résilients dans le temps.
• Relations complexes : Lorsque votre modèle de données implique des relations complexes entre des entités gérées par différents services, la résolution d'entités de la fédération est inestimable.
• Adopter GraphQL progressivement : La fédération vous permet d'introduire GraphQL de manière incrémentielle. Les services REST existants peuvent être encapsulés dans des sous-graphes GraphQL, ou de nouveaux services GraphQL peuvent être construits comme des sous-graphes dès le départ.

Meilleures Pratiques pour les Passerelles API Frontend avec GraphQL

Que vous choisissiez la fédération ou une approche de stitching, l'adoption des meilleures pratiques est cruciale pour le succès :

• Définir des contrats clairs : Pour la fédération, les schémas des sous-graphes et l'utilisation de directives comme @key, @external et @requires définissent ces contrats. Pour le stitching, les accords sur la manière de fusionner et de déléguer sont vos contrats.
• Versionner vos API : Mettez en œuvre une stratégie de gestion des versions claire pour vos sous-graphes afin de gérer les changements en douceur.
• Surveiller les performances : Mettez en place une surveillance robuste pour votre passerelle et vos sous-graphes. Suivez les performances des requêtes, les taux d'erreur et la latence. Des outils comme Apollo Studio peuvent être très précieux ici.
• Mettre en œuvre la mise en cache : Tirez parti des stratégies de mise en cache GraphQL au niveau de la passerelle ou du client pour améliorer les performances et réduire la charge sur vos services backend.
• Sécuriser votre passerelle : Mettez en œuvre l'authentification, l'autorisation et la limitation de débit au niveau de la passerelle API pour protéger vos services backend.
• Optimiser les requêtes : Formez les développeurs frontend à l'écriture de requêtes GraphQL efficaces pour éviter le sur-fetching ou les requêtes profondément imbriquées qui peuvent surcharger la passerelle et les sous-graphes.
• Outillage et automatisation : Utilisez des outils pour la génération de schémas, la validation et l'automatisation du déploiement pour rationaliser le cycle de vie du développement.
• Documentation : Maintenez une documentation à jour pour votre schéma de super-graphe et vos sous-graphes individuels. Des outils comme GraphiQL et GraphQL Playground sont excellents pour l'exploration interactive.
• Gestion des erreurs : Mettez en œuvre des stratégies de gestion des erreurs cohérentes à travers votre passerelle et vos sous-graphes.
• Tests : Assurez des tests approfondis de vos sous-graphes et du super-graphe composé pour détecter les problèmes rapidement.

Considérations Mondiales

Lors de la mise en œuvre d'une stratégie de passerelle API pour un public mondial, plusieurs facteurs deviennent critiques :

• Latence : Concevez la distribution de votre passerelle et de vos sous-graphes pour minimiser la latence pour les utilisateurs dans différentes régions géographiques. Envisagez d'utiliser des Réseaux de Diffusion de Contenu (CDN) pour les actifs statiques et de déployer des instances de passerelle plus proches de votre base d'utilisateurs.
• Résidence des données et conformité : Comprenez où vos données sont stockées et traitées. Assurez-vous que les configurations de votre passerelle API et de vos sous-graphes sont conformes aux réglementations régionales sur la confidentialité des données (par ex., RGPD, CCPA). La fédération peut aider à gérer l'emplacement des données en ayant des sous-graphes qui traitent les données pertinentes pour des régions spécifiques.
• Devises et localisation : Si votre application traite des données financières ou du contenu localisé, assurez-vous que votre schéma GraphQL et vos résolveurs peuvent gérer correctement les différentes devises, langues et formats de date.
• Fuseaux horaires : Soyez attentif aux différences de fuseaux horaires lors du traitement et de l'affichage de données sensibles au temps.
• Mise à l'échelle de l'infrastructure : Planifiez la mise à l'échelle de votre passerelle et de vos sous-graphes pour gérer les fluctuations du trafic mondial.

L'Avenir des Passerelles GraphQL

L'écosystème GraphQL continue d'évoluer. Nous assistons à des avancées dans :

• Spécifications de fédération améliorées : Le développement continu de la spécification GraphQL Federation par Apollo et la communauté élargie conduit à des moyens plus robustes et standardisés de construire des API GraphQL distribuées.
• Services GraphQL gérés : Les fournisseurs de cloud et les services tiers proposent des solutions de passerelle GraphQL gérées, simplifiant le déploiement et les opérations.
• Nouvelles bibliothèques et outils : Le développement de nouveaux outils et bibliothèques pour construire, tester et surveiller les passerelles et sous-graphes GraphQL rend l'adoption plus facile et plus efficace.
• GraphQL Mesh : Des outils émergents comme GraphQL Mesh visent à abstraire les complexités des différentes sources de données (REST, gRPC, GraphQL, OpenAPI) et à permettre de les servir comme une API GraphQL unifiée, offrant une alternative à la fédération traditionnelle pour des besoins d'intégration plus larges.

Conclusion

Alors que les organisations adoptent de plus en plus les architectures microservices, le besoin de stratégies de passerelle API efficaces devient primordial. GraphQL, avec ses puissantes capacités de requête, offre une solution élégante, et la fédération de schémas se distingue comme l'approche la plus scalable et la plus maintenable pour unifier des microservices GraphQL disparates.

En comprenant les principes de la fédération et du stitching de schémas, et en adoptant les meilleures pratiques pour la mise en œuvre et le déploiement mondial, les équipes frontend peuvent considérablement rationaliser leurs processus de développement, construire des applications plus résilientes et offrir des expériences utilisateur exceptionnelles. Que vous commenciez un nouveau projet ou que vous fassiez évoluer un paysage de microservices existant, investir dans une passerelle API GraphQL bien architecturée et alimentée par la fédération est une décision stratégique pour construire la prochaine génération d'applications robustes, scalables et centrées sur l'utilisateur.

Points Clés à Retenir :

• GraphQL agit comme une puissante passerelle API pour les microservices.
• La Fédération de Schémas construit un super-graphe unifié à partir de sous-graphes indépendants en utilisant un protocole de contrat clair.
• Le Stitching de Schémas fusionne des schémas existants, offrant plus de contrôle manuel mais moins de scalabilité pour les grands systèmes.
• La fédération est généralement préférée pour sa scalabilité, son découplage et l'autonomie des équipes.
• Les meilleures pratiques incluent des contrats clairs, la surveillance, la sécurité et des considérations mondiales.

L'adoption de ces concepts permettra à vos équipes de développement de naviguer dans les complexités des microservices et de construire des applications à la fois puissantes et adaptables aux demandes en constante évolution du paysage numérique mondial.