Frontend API pristupnik: GraphQL federacija i spajanje shema

U svijetu razvoja modernih web aplikacija, upravljanje podacima iz više izvora može predstavljati značajan izazov. Kako aplikacije postaju složenije i usvajaju arhitekture mikrousluga, potreba za jedinstvenim i učinkovitim načinom pristupa podacima postaje ključna. Frontend API pristupnik djeluje kao središnja ulazna točka za klijentske aplikacije, agregirajući podatke iz različitih pozadinskih usluga i pružajući optimizirano iskustvo kako za programere, tako i za krajnje korisnike. Ovaj blog post istražuje dvije moćne tehnike za izgradnju Frontend API pristupnika: GraphQL federaciju i spajanje shema (Schema Stitching).

Što je Frontend API pristupnik?

Frontend API pristupnik je arhitektonski obrazac gdje namjenski poslužitelj djeluje kao posrednik između frontend klijenata (npr. web preglednika, mobilnih aplikacija) i višestrukih pozadinskih usluga. Pojednostavljuje dohvaćanje podataka na sljedeće načine:

• Agregiranje podataka: Kombiniranje podataka iz više izvora u jedan odgovor.
• Transformacija podataka: Prilagođavanje formata podataka potrebama frontenda.
• Apstrahiranje složenosti: Skrivanje zamršenosti pozadinskih usluga od klijenta.
• Provođenje sigurnosti: Implementacija pravila za autentifikaciju i autorizaciju.
• Optimizacija performansi: Predmemoriranje (caching) često dohvaćanih podataka i smanjenje mrežnih zahtjeva.

U suštini, on implementira obrazac Backend for Frontend (BFF) na velikoj skali i osnažuje frontend timove da preuzmu veću kontrolu nad API-jima koje koriste. U većim organizacijama, omogućavanje frontend timu da upravlja i kurira vlastite API-je može dovesti do brže isporuke i smanjene ovisnosti o backend timovima.

Zašto koristiti GraphQL za Frontend API pristupnik?

GraphQL je upitni jezik za API-je i runtime za ispunjavanje tih upita s vašim postojećim podacima. Nudi nekoliko prednosti u odnosu na tradicionalne REST API-je, što ga čini vrlo pogodnim za izgradnju Frontend API pristupnika:

• Učinkovito dohvaćanje podataka: Klijenti traže samo podatke koji su im potrebni, smanjujući prekomjerno dohvaćanje (over-fetching) i poboljšavajući performanse.
• Stroga tipizacija: GraphQL sheme definiraju strukturu podataka, omogućujući bolje alate i validaciju.
• Introspekcija: Klijenti mogu otkriti dostupne podatke i operacije putem introspekcije sheme.
• Mogućnosti u stvarnom vremenu: GraphQL pretplate (subscriptions) omogućuju ažuriranje podataka u stvarnom vremenu.

Korištenjem GraphQL-a, Frontend API pristupnik može pružiti fleksibilno, učinkovito i developer-friendly sučelje za pristup podacima iz više pozadinskih usluga. To je u oštrom kontrastu s tradicionalnim pristupima koji koriste više REST krajnjih točaka, od kojih svaku treba pojedinačno pozvati i koje često vraćaju više podataka nego što je potrebno.

GraphQL federacija: Distribuirani pristup

Što je GraphQL federacija?

GraphQL federacija je moćna tehnika za izgradnju distribuiranog GraphQL API-ja sastavljanjem više GraphQL usluga (zvanih "podgrafovi") u jednu, jedinstvenu shemu. Svaki podgraf je odgovoran za određenu domenu ili izvor podataka, a federacijski pristupnik orkestrira upite preko tih podgrafova.

Osnovni koncept vrti se oko supergrafa, jedne, jedinstvene GraphQL sheme koja predstavlja cijeli API. Ovaj supergraf se gradi sastavljanjem manjih GraphQL shema, zvanih podgrafovi, od kojih svaka predstavlja specifičnu mikrouslugu ili izvor podataka. Federacijski pristupnik je odgovoran za usmjeravanje dolaznih GraphQL upita na odgovarajuće podgrafove i kombiniranje rezultata u jedan odgovor.

Kako funkcionira GraphQL federacija?

1. Definicija podgrafa: Svaka mikrousluga izlaže GraphQL API (podgraf) koji definira vlastite podatke i operacije. Te sheme uključuju direktive koje govore federacijskom pristupniku kako razriješiti tipove i polja. Ključne direktive uključuju `@key`, `@external` i `@requires`.
2. Sastavljanje supergrafa: Federacijski pristupnik (npr. Apollo Gateway) dohvaća sheme iz svakog podgrafa i sastavlja ih u jednu, jedinstvenu shemu (supergraf). Ovaj proces uključuje rješavanje sukoba tipova i polja te uspostavljanje veza između tipova preko različitih podgrafova.
3. Planiranje i izvršavanje upita: Kada klijent pošalje GraphQL upit pristupniku, pristupnik analizira upit i određuje koje podgrafove treba pozvati kako bi se ispunio zahtjev. Zatim distribuira upit odgovarajućim podgrafovima, prikuplja rezultate i kombinira ih u jedan odgovor koji se vraća klijentu.

Primjer: E-commerce platforma s GraphQL federacijom

Razmotrimo e-commerce platformu s odvojenim mikrouslugama za proizvode, kupce i narudžbe.

• Podgraf za proizvode: Upravlja informacijama o proizvodima (naziv, opis, cijena, itd.).
• Podgraf za kupce: Upravlja podacima o kupcima (ime, adresa, e-pošta, itd.).
• Podgraf za narudžbe: Upravlja informacijama o narudžbama (ID narudžbe, ID kupca, ID-jevi proizvoda, ukupan iznos, itd.).

Svaki podgraf izlaže GraphQL API, a federacijski pristupnik sastavlja te API-je u jedan supergraf. Klijent tada može poslati upit supergrafu kako bi dohvatio informacije o proizvodima, kupcima i narudžbama u jednom zahtjevu.

Na primjer, upit za dohvaćanje imena kupca i njegove povijesti narudžbi mogao bi izgledati ovako:

query GetCustomerAndOrders($customerId: ID!) {
  customer(id: $customerId) {
    id
    name
    orders {
      id
      orderDate
      totalAmount
    }
  }
}

Federacijski pristupnik bi usmjerio ovaj upit na podgrafove za kupce i narudžbe, dohvatio potrebne podatke i kombinirao ih u jedan odgovor.

Prednosti GraphQL federacije

• Pojednostavljen pristup podacima: Klijenti komuniciraju s jednom GraphQL krajnjom točkom, bez obzira na temeljne izvore podataka.
• Poboljšane performanse: Dohvaćanje podataka je optimizirano dohvaćanjem samo potrebnih podataka iz svakog podgrafa.
• Povećana skalabilnost: Svaki podgraf se može neovisno skalirati, omogućujući bolje korištenje resursa.
• Decentralizirani razvoj: Timovi mogu neovisno razvijati i implementirati podgrafove, promičući agilnost i inovacije.
• Upravljanje shemom: Federacijski pristupnik osigurava dosljednost i kompatibilnost shema među podgrafovima.

Alati za GraphQL federaciju

• Apollo Federation: Popularna open-source implementacija GraphQL federacije, koja pruža pristupnik, registar shema i alate za izgradnju i upravljanje federiranim GraphQL API-jima. Apollo Federation poznat je po svojoj skalabilnosti i robusnom rukovanju greškama.
• GraphQL Hive: Ovaj alat nudi registar shema i upravljanje za GraphQL federirane usluge, pružajući značajke poput detekcije promjena, analize korištenja i provjere shema. Poboljšava vidljivost i kontrolu nad supergrafom.

Spajanje shema (Schema Stitching): Alternativni pristup

Što je spajanje shema?

Spajanje shema je još jedna tehnika za kombiniranje više GraphQL shema u jednu, jedinstvenu shemu. Za razliku od federacije, spajanje shema obično uključuje ručniji proces definiranja kako su tipovi i polja iz različitih shema povezani. Iako se federacija smatra modernijim i robusnijim rješenjem, spajanje shema može biti održiva opcija za jednostavnije slučajeve upotrebe ili prilikom migracije s postojećih GraphQL API-ja.

Kako funkcionira spajanje shema?

1. Definicija sheme: Svaka mikrousluga izlaže GraphQL API s vlastitom shemom.
2. Logika spajanja: Sloj za spajanje (često implementiran pomoću biblioteka poput GraphQL Tools) definira kako su tipovi i polja iz različitih shema povezani. To uključuje pisanje resolver funkcija koje dohvaćaju podatke iz temeljnih usluga i mapiraju ih u jedinstvenu shemu.
3. Jedinstvena shema: Sloj za spajanje kombinira pojedinačne sheme u jednu, jedinstvenu shemu koja se izlaže klijentu.

Primjer: Spajanje proizvoda i recenzija

Zamislite dvije odvojene GraphQL usluge: jednu za proizvode i drugu za recenzije.

• Usluga za proizvode: Pruža informacije o proizvodima (ID, naziv, opis, cijena).
• Usluga za recenzije: Pruža recenzije za proizvode (ID, ID proizvoda, ocjena, komentar).

Koristeći spajanje shema, možete stvoriti jedinstvenu shemu koja omogućuje klijentima da dohvate informacije o proizvodima i recenzije u jednom upitu.

Definirali biste resolver funkciju u sloju za spajanje koja dohvaća recenzije za određeni ID proizvoda iz usluge za recenzije i dodaje ih tipu `Product` u jedinstvenoj shemi.

// Primjer (konceptualni): Logika spajanja koristeći GraphQL Tools
const { stitchSchemas } = require('@graphql-tools/stitch');

const productsSchema = ... // Definirajte svoju shemu proizvoda
const reviewsSchema = ... // Definirajte svoju shemu recenzija

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) => {
          // Dohvatite recenzije za proizvod iz usluge za recenzije
          return fetchReviewsForProduct(product.id);
        },
      },
    },
  },
});

Ovaj primjer demonstrira osnovni koncept spajanja shema. Primijetite potrebu za prilagođenim resolverima za dohvaćanje polja `reviews`. Ovaj dodatni napor kodiranja resolvera za svaku vezu može usporiti proces razvoja u usporedbi s korištenjem federacije.

Prednosti spajanja shema

• Jedinstveni API: Klijenti pristupaju jednoj GraphQL krajnjoj točki, pojednostavljujući pristup podacima.
• Postupno usvajanje: Spajanje shema može se implementirati postupno, omogućujući vam da polako migrirate na jedinstveni API.
• Fleksibilnost: Spajanje shema pruža veću kontrolu nad načinom kombiniranja shema, omogućujući vam da prilagodite logiku spajanja specifičnim potrebama.

Nedostaci spajanja shema

• Ručna konfiguracija: Spajanje shema zahtijeva ručnu konfiguraciju logike spajanja, što može biti složeno i dugotrajno.
• Dodatno opterećenje na performanse: Resolver funkcije mogu unijeti dodatno opterećenje na performanse, posebno ako uključuju složene transformacije podataka.
• Ograničena skalabilnost: Spajanje shema može biti teže skalirati od federacije, jer je logika spajanja obično centralizirana.
• Vlasništvo nad shemom: Može dovesti do nejasnoća oko vlasništva nad shemom, posebno ako različiti timovi upravljaju spojenim uslugama.

Alati za spajanje shema

• GraphQL Tools: Popularna biblioteka za izgradnju i manipulaciju GraphQL shemama, uključujući podršku za spajanje shema.
• GraphQL Mesh: GraphQL Mesh vam omogućuje da koristite GraphQL upitni jezik za pristup podacima iz različitih izvora poput REST API-ja, baza podataka i gRPC-a. Može spojiti te API-je u jedinstvenu GraphQL shemu.

GraphQL federacija naspram spajanja shema: Usporedba

I GraphQL federacija i spajanje shema nude načine za kombiniranje više GraphQL shema u jedan API, ali se razlikuju u svom pristupu i mogućnostima.

Značajka	GraphQL federacija	Spajanje shema
Pristup	Distribuirano, automatizirano sastavljanje	Centralizirana, ručna konfiguracija
Složenost	Manja složenost za održavanje i skaliranje	Veća složenost zbog ručne logike resolvera
Skalabilnost	Dizajnirano za velike, distribuirane sustave	Manje skalabilno, obično se koristi za manje aplikacije
Upravljanje shemom	Ugrađeno upravljanje shemom i validacija	Zahtijeva ručno upravljanje shemom i koordinaciju
Alati	Snažan ekosustav alata i biblioteka (npr. Apollo Federation)	Zahtijeva više prilagođenih alata i konfiguracije
Slučajevi upotrebe	Arhitekture mikrousluga, veliki API-ji, decentralizirani razvoj	Manje aplikacije, postupna migracija, specifični zahtjevi za prilagodbu

Kada koristiti GraphQL federaciju: Odaberite federaciju kada imate složenu arhitekturu mikrousluga, trebate skalirati svoj API i želite osnažiti neovisne timove da upravljaju vlastitim podgrafovima. Također pojednostavljuje upravljanje i nadzor nad shemom.

Kada koristiti spajanje shema: Razmislite o spajanju shema kada imate jednostavniji API, trebate veću kontrolu nad logikom spajanja ili migrirate s postojećih GraphQL API-ja. Međutim, budite svjesni potencijalnih složenosti i ograničenja skalabilnosti.

Implementacija autentifikacije i autorizacije

Bez obzira odaberete li GraphQL federaciju ili spajanje shema, implementacija autentifikacije i autorizacije ključna je za osiguravanje vašeg Frontend API pristupnika. Postoji nekoliko pristupa koje možete poduzeti:

• Autentifikacija na razini pristupnika: API pristupnik rukuje autentifikacijom i autorizacijom prije prosljeđivanja zahtjeva pozadinskim uslugama. Ovaj pristup centralizira sigurnosnu logiku i pojednostavljuje pozadinske usluge. Uobičajene metode uključuju validaciju JWT-a (JSON Web Token) i OAuth 2.0.
• Autentifikacija na razini usluge: Svaka pozadinska usluga rukuje vlastitom autentifikacijom i autorizacijom. Ovaj pristup pruža detaljniju kontrolu nad sigurnošću, ali može biti složeniji za upravljanje.
• Hibridni pristup: Kombinacija autentifikacije na razini pristupnika i usluge. Pristupnik rukuje početnom autentifikacijom, a pozadinske usluge provode detaljnije provjere autorizacije.

Primjer: JWT autentifikacija s Apollo Federation

S Apollo Federation, možete konfigurirati pristupnik da validira JWT tokene uključene u zaglavlja zahtjeva. Pristupnik zatim može proslijediti informacije o korisniku izvučene iz tokena podgrafovima, koji te informacije mogu koristiti za autorizaciju.

// Primjer (konceptualni): Konfiguracija Apollo Gatewaya s JWT validacijom
const { ApolloGateway } = require('@apollo/gateway');

const gateway = new ApolloGateway({
  serviceList: [
    // ... vaše konfiguracije podgrafova
  ],
  buildService: ({ name, url }) => {
    return new MyCustomService({
      name,  // Naziv podgrafa
      url,   // URL podgrafa
    });
  },
});

class MyCustomService extends RemoteGraphQLDataSource {
  willSendRequest({ request, context }) {
    // Dohvatite korisnika iz konteksta
    const user = context.user;

    // Dodajte ID korisnika u zaglavlja zahtjeva
    if (user) {
      request.http.headers.set('user-id', user.id);
    }
  }
}

U ovom primjeru, stvara se prilagođena usluga za modificiranje odlaznih zahtjeva kako bi uključila ID korisnika izveden iz JWT-a. Nizvodne usluge tada mogu koristiti ovaj ID za provjere autorizacije.

Strategije predmemoriranja (caching) za optimizaciju performansi

Predmemoriranje je ključno za poboljšanje performansi Frontend API pristupnika. Predmemoriranjem često dohvaćanih podataka možete smanjiti opterećenje na pozadinskim uslugama i poboljšati vrijeme odziva za klijente. Evo nekoliko strategija predmemoriranja:

• HTTP predmemoriranje: Iskoristite HTTP mehanizme predmemoriranja (npr. `Cache-Control` zaglavlja) za predmemoriranje odgovora u pregledniku i posredničkim proxyjima.
• Predmemoriranje u memoriji: Koristite predmemorije u memoriji (npr. Redis, Memcached) za predmemoriranje često dohvaćanih podataka na pristupniku.
• CDN predmemoriranje: Koristite mreže za isporuku sadržaja (CDN) za predmemoriranje statičkih resursa i API odgovora bliže klijentu.
• Predmemoriranje GraphQL upita: Predmemorirajte rezultate GraphQL upita na temelju njihovog niza upita i varijabli. To može biti posebno učinkovito za često izvršavane upite. Apollo Server nudi ugrađenu podršku za predmemoriranje upita.

Prilikom implementacije predmemoriranja, razmotrite strategije invalidacije predmemorije kako biste osigurali da klijenti primaju ažurne podatke. Uobičajene strategije uključuju:

• Istek temeljen na vremenu: Postavite fiksno vrijeme isteka za predmemorirane podatke.
• Invalidacija temeljena na događajima: Invalidirajte predmemoriju kada se podaci promijene u pozadinskim uslugama. To se može postići pomoću webhookova ili redova poruka.

Praćenje i observabilnost

Praćenje i observabilnost ključni su za osiguravanje zdravlja i performansi vašeg Frontend API pristupnika. Implementirajte sveobuhvatno praćenje kako biste pratili ključne metrike kao što su:

• Latencija zahtjeva: Vrijeme potrebno za obradu zahtjeva.
• Stope grešaka: Postotak zahtjeva koji rezultiraju greškama.
• Propusnost: Broj obrađenih zahtjeva po jedinici vremena.
• Korištenje resursa: Korištenje CPU-a, memorije i mreže pristupnika i pozadinskih usluga.

Koristite praćenje (tracing) kako biste pratili zahtjeve dok prolaze kroz sustav, identificirajući uska grla i probleme s performansama. Zapisivanje (logging) pruža vrijedne uvide u ponašanje pristupnika i pozadinskih usluga.

Alati za praćenje i observabilnost uključuju:

• Prometheus: Open-source sustav za praćenje i upozoravanje.
• Grafana: Alat za vizualizaciju podataka i praćenje.
• Jaeger: Open-source sustav za distribuirano praćenje.
• Datadog: Platforma za praćenje i sigurnost za cloud aplikacije.
• New Relic: Digitalna obavještajna platforma za praćenje i poboljšanje performansi softvera.

Implementacijom robusnog praćenja i observabilnosti, možete proaktivno identificirati i rješavati probleme, osiguravajući pouzdanost i performanse vašeg Frontend API pristupnika.

Zaključak

Frontend API pristupnik izgrađen s GraphQL federacijom ili spajanjem shema može značajno pojednostaviti pristup podacima, poboljšati performanse i unaprijediti iskustvo programera u modernim web aplikacijama. GraphQL federacija pruža moćno i skalabilno rješenje za sastavljanje distribuiranih GraphQL API-ja, dok spajanje shema nudi fleksibilniji pristup za kombiniranje postojećih shema. Pažljivim razmatranjem specifičnih zahtjeva vaše aplikacije i kompromisa između ovih tehnika, možete odabrati najbolji pristup za izgradnju robusnog i učinkovitog Frontend API pristupnika.

Ne zaboravite implementirati odgovarajuću autentifikaciju i autorizaciju, strategije predmemoriranja te praćenje i observabilnost kako biste osigurali sigurnost, performanse i pouzdanost vašeg pristupnika. Usvajanjem ovih najboljih praksi, možete otključati puni potencijal GraphQL-a i izgraditi moderne web aplikacije koje pružaju izvanredna korisnička iskustva.