Dizajn GraphQL sheme: Skalabilni uzorci za globalne API-je

GraphQL se pojavio kao moćna alternativa tradicionalnim REST API-jima, nudeći klijentima fleksibilnost da zatraže točno one podatke koji su im potrebni. Međutim, kako vaš GraphQL API raste u složenosti i opsegu – posebno kada služi globalnoj publici s različitim zahtjevima za podacima – pažljiv dizajn sheme postaje ključan za održivost, skalabilnost i performanse. Ovaj članak istražuje nekoliko skalabilnih uzoraka dizajna GraphQL sheme kako bi vam pomogao izgraditi robusne API-je koji mogu podnijeti zahtjeve globalne aplikacije.

Važnost skalabilnog dizajna sheme

Dobro dizajnirana GraphQL shema temelj je uspješnog API-ja. Ona diktira kako klijenti mogu komunicirati s vašim podacima i uslugama. Loš dizajn sheme može dovesti do niza problema, uključujući:

• Uska grla u performansama: Neučinkoviti upiti i resolveri mogu preopteretiti vaše izvore podataka i usporiti vrijeme odgovora.
• Problemi s održavanjem: Monolitna shema postaje teška za razumijevanje, mijenjanje i testiranje kako vaša aplikacija raste.
• Sigurnosne ranjivosti: Loše definirane kontrole pristupa mogu izložiti osjetljive podatke neovlaštenim korisnicima.
• Ograničena skalabilnost: Čvrsto povezana shema otežava distribuciju vašeg API-ja na više poslužitelja ili timova.

Za globalne aplikacije, ti su problemi pojačani. Različite regije mogu imati različite zahtjeve za podacima, regulatorna ograničenja i očekivanja u pogledu performansi. Skalabilan dizajn sheme omogućuje vam da učinkovito odgovorite na te izazove.

Ključna načela skalabilnog dizajna sheme

Prije nego što zaronimo u specifične uzorke, navedimo neka ključna načela koja bi trebala voditi vaš dizajn sheme:

• Modularnost: Razdvojite svoju shemu na manje, neovisne module. To olakšava razumijevanje, mijenjanje i ponovnu upotrebu pojedinih dijelova vašeg API-ja.
• Sastavljivost: Dizajnirajte svoju shemu tako da se različiti moduli mogu lako kombinirati i proširivati. To vam omogućuje dodavanje novih značajki i funkcionalnosti bez ometanja postojećih klijenata.
• Apstrakcija: Sakrijte složenost vaših temeljnih izvora podataka i usluga iza dobro definirane GraphQL sučelja. To vam omogućuje promjenu implementacije bez utjecaja na klijente.
• Dosljednost: Održavajte dosljednu konvenciju imenovanja, strukturu podataka i strategiju rukovanja pogreškama u cijeloj shemi. To klijentima olakšava učenje i korištenje vašeg API-ja.
• Optimizacija performansi: Razmotrite implikacije na performanse u svakoj fazi dizajna sheme. Koristite tehnike poput data loadera i aliasinga polja kako biste smanjili broj upita prema bazi podataka i mrežnih zahtjeva.

Skalabilni uzorci dizajna sheme

Ovdje je nekoliko skalabilnih uzoraka dizajna sheme koje možete koristiti za izgradnju robusnih GraphQL API-ja:

1. Spajanje shema (Schema Stitching)

Spajanje shema omogućuje vam kombiniranje više GraphQL API-ja u jednu, jedinstvenu shemu. To je posebno korisno kada imate različite timove ili usluge odgovorne za različite dijelove vaših podataka. To je kao da imate nekoliko mini-API-ja i spajate ih na 'gateway' API-ju.

Kako funkcionira:

1. Svaki tim ili usluga izlaže vlastiti GraphQL API s vlastitom shemom.
2. Središnja gateway usluga koristi alate za spajanje shema (poput Apollo Federation ili GraphQL Mesh) kako bi spojila te sheme u jednu, jedinstvenu shemu.
3. Klijenti komuniciraju s gateway uslugom, koja usmjerava zahtjeve prema odgovarajućim temeljnim API-jima.

Primjer:

Zamislite platformu za e-trgovinu s odvojenim API-jima za proizvode, korisnike i narudžbe. Svaki API ima svoju shemu:

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

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

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

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

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

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

Gateway usluga može spojiti ove sheme kako bi stvorila jedinstvenu shemu:

  
    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
    }
  

Primijetite kako tip Order sada uključuje reference na User i Product, iako su ti tipovi definirani u odvojenim API-jima. To se postiže pomoću direktiva za spajanje shema (kao što je @relation u ovom primjeru).

Prednosti:

• Decentralizirano vlasništvo: Svaki tim može neovisno upravljati svojim podacima i API-jem.
• Poboljšana skalabilnost: Možete skalirati svaki API neovisno o njegovim specifičnim potrebama.
• Smanjena složenost: Klijenti trebaju komunicirati samo s jednim API endpointom.

Razmatranja:

• Složenost: Spajanje shema može dodati složenost vašoj arhitekturi.
• Latencija: Usmjeravanje zahtjeva kroz gateway uslugu može uvesti latenciju.
• Rukovanje pogreškama: Morate implementirati robusno rukovanje pogreškama kako biste se nosili s greškama u temeljnim API-jima.

2. Federacija shema (Schema Federation)

Federacija shema je evolucija spajanja shema, dizajnirana da riješi neka od njezinih ograničenja. Pruža deklarativniji i standardiziraniji pristup sastavljanju GraphQL shema.

Kako funkcionira:

1. Svaka usluga izlaže GraphQL API i anotira svoju shemu s federacijskim direktivama (npr. @key, @extends, @external).
2. Središnja gateway usluga (koristeći Apollo Federation) koristi te direktive za izgradnju supergrafa – reprezentacije cjelokupne federirane sheme.
3. Gateway usluga koristi supergraf za usmjeravanje zahtjeva prema odgovarajućim temeljnim uslugama i rješavanje ovisnosti.

Primjer:

Koristeći isti primjer e-trgovine, federirane sheme mogle bi izgledati ovako:

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

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

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

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

    # API za narudžbe
    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
    }
  

Primijetite upotrebu federacijskih direktiva:

• @key: Specificira primarni ključ za tip.
• @requires: Označava da polje zahtijeva podatke iz druge usluge.
• @extends: Omogućuje usluzi da proširi tip definiran u drugoj usluzi.

Prednosti:

• Deklarativno sastavljanje: Federacijske direktive olakšavaju razumijevanje i upravljanje ovisnostima sheme.
• Poboljšane performanse: Apollo Federation optimizira planiranje i izvršavanje upita kako bi se smanjila latencija.
• Poboljšana sigurnost tipova: Supergraf osigurava da su svi tipovi dosljedni među uslugama.

Razmatranja:

• Alati: Zahtijeva korištenje Apollo Federation ili kompatibilne implementacije federacije.
• Složenost: Može biti složenije za postavljanje od spajanja shema.
• Krivulja učenja: Programeri trebaju naučiti federacijske direktive i koncepte.

3. Modularni dizajn sheme

Modularni dizajn sheme uključuje razbijanje velike, monolitne sheme na manje, lakše upravljive module. To olakšava razumijevanje, mijenjanje i ponovnu upotrebu pojedinih dijelova vašeg API-ja, čak i bez pribjegavanja federiranim shemama.

Kako funkcionira:

1. Identificirajte logičke granice unutar vaše sheme (npr. korisnici, proizvodi, narudžbe).
2. Stvorite odvojene module za svaku granicu, definirajući tipove, upite i mutacije povezane s tom granicom.
3. Koristite mehanizme za uvoz/izvoz (ovisno o vašoj implementaciji GraphQL poslužitelja) kako biste kombinirali module u jednu, jedinstvenu shemu.

Primjer (koristeći JavaScript/Node.js):

Stvorite odvojene datoteke za svaki modul:

  
    // 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
    }
  

Zatim ih kombinirajte u vašoj glavnoj datoteci sheme:

  
    // 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;
  

Prednosti:

• Poboljšana održivost: Manji moduli su lakši za razumijevanje i mijenjanje.
• Povećana ponovna iskoristivost: Moduli se mogu ponovno koristiti u drugim dijelovima vaše aplikacije.
• Bolja suradnja: Različiti timovi mogu neovisno raditi na različitim modulima.

Razmatranja:

• Dodatni napor: Modularizacija može dodati određeni napor u vaš proces razvoja.
• Složenost: Morate pažljivo definirati granice između modula kako biste izbjegli kružne ovisnosti.
• Alati: Zahtijeva korištenje implementacije GraphQL poslužitelja koja podržava modularnu definiciju sheme.

4. Sučelja i unijski tipovi (Interface and Union Types)

Sučelja i unijski tipovi omogućuju vam definiranje apstraktnih tipova koje mogu implementirati višestruki konkretni tipovi. To je korisno za predstavljanje polimorfnih podataka – podataka koji mogu poprimiti različite oblike ovisno o kontekstu.

Kako funkcionira:

• Definirajte sučelje ili unijski tip sa skupom zajedničkih polja.
• Definirajte konkretne tipove koji implementiraju sučelje ili su članovi unije.
• Koristite polje __typename za identifikaciju konkretnog tipa u vrijeme izvođenja.

Primjer:

  
    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!]!
    }
  

U ovom primjeru, i User i Product implementiraju sučelje Node, koje definira zajedničko polje id. Unijski tip SearchResult predstavlja rezultat pretrage koji može biti ili User ili Product. Klijenti mogu postaviti upit na polje `search`, a zatim koristiti polje `__typename` kako bi odredili koji su tip rezultata dobili.

Prednosti:

• Fleksibilnost: Omogućuje predstavljanje polimorfnih podataka na tipski siguran način.
• Ponovna upotreba koda: Smanjuje dupliciranje koda definiranjem zajedničkih polja u sučeljima i unijama.
• Poboljšana mogućnost upita: Olakšava klijentima postavljanje upita za različite tipove podataka pomoću jednog upita.

Razmatranja:

• Složenost: Može dodati složenost vašoj shemi.
• Performanse: Rješavanje sučelja i unijskih tipova može biti skuplje od rješavanja konkretnih tipova.
• Introspekcija: Zahtijeva od klijenata da koriste introspekciju kako bi odredili konkretan tip u vrijeme izvođenja.

5. Uzorak veze (Connection Pattern)

Uzorak veze je standardni način implementacije paginacije u GraphQL API-jima. Pruža dosljedan i učinkovit način dohvaćanja velikih lista podataka u dijelovima.

Kako funkcionira:

• Definirajte tip veze s poljima edges i pageInfo.
• Polje edges sadrži listu rubova, od kojih svaki sadrži polje node (stvarni podatak) i polje cursor (jedinstveni identifikator za čvor).
• Polje pageInfo sadrži informacije o trenutnoj stranici, kao što su postoji li više stranica i kursori za prvi i zadnji čvor.
• Koristite argumente first, after, last, i before za kontrolu paginacije.

Primjer:

  
    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!
    }
  

Prednosti:

• Standardizirana paginacija: Pruža dosljedan način implementacije paginacije u vašem API-ju.
• Učinkovito dohvaćanje podataka: Omogućuje dohvaćanje velikih lista podataka u dijelovima, smanjujući opterećenje na vašem poslužitelju i poboljšavajući performanse.
• Paginacija temeljena na kursoru: Koristi kursore za praćenje pozicije svakog čvora, što je učinkovitije od paginacije temeljene na pomaku (offset).

Razmatranja:

• Složenost: Može dodati složenost vašoj shemi.
• Dodatni napor: Zahtijeva dodatna polja i tipove za implementaciju uzorka veze.
• Implementacija: Zahtijeva pažljivu implementaciju kako bi se osiguralo da su kursori jedinstveni i dosljedni.

Globalna razmatranja

Prilikom dizajniranja GraphQL sheme za globalnu publiku, razmotrite ove dodatne čimbenike:

• Lokalizacija: Koristite direktive ili prilagođene skalarne tipove za podršku različitim jezicima i regijama. Na primjer, mogli biste imati prilagođeni skalar LocalizedText koji pohranjuje prijevode za različite jezike.
• Vremenske zone: Pohranjujte vremenske oznake u UTC-u i omogućite klijentima da specificiraju svoju vremensku zonu za potrebe prikaza.
• Valute: Koristite dosljedan format valute i omogućite klijentima da specificiraju svoju preferiranu valutu za potrebe prikaza. Razmislite o prilagođenom skalaru Currency za predstavljanje ovoga.
• Rezidentnost podataka: Osigurajte da su vaši podaci pohranjeni u skladu s lokalnim propisima. To može zahtijevati implementaciju vašeg API-ja u više regija ili korištenje tehnika maskiranja podataka.
• Pristupačnost: Dizajnirajte svoju shemu tako da bude dostupna korisnicima s invaliditetom. Koristite jasna i opisna imena polja i pružite alternativne načine pristupa podacima.

Na primjer, razmotrite polje za opis proizvoda:

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

Ovo omogućuje klijentima da zatraže opis na određenom jeziku. Ako jezik nije specificiran, zadana vrijednost je engleski (`en`).

Zaključak

Skalabilan dizajn sheme ključan je za izgradnju robusnih i održivih GraphQL API-ja koji mogu podnijeti zahtjeve globalne aplikacije. Slijedeći načela navedena u ovom članku i koristeći odgovarajuće dizajnerske uzorke, možete stvoriti API-je koji su laki za razumijevanje, mijenjanje i proširivanje, a istovremeno pružaju izvrsne performanse i skalabilnost. Ne zaboravite modularizirati, sastaviti i apstrahirati svoju shemu te uzeti u obzir specifične potrebe vaše globalne publike.

Prihvaćanjem ovih uzoraka, možete otključati puni potencijal GraphQL-a i izgraditi API-je koji će pokretati vaše aplikacije godinama koje dolaze.