Gateway API Frontend: Menguasai Federasi dan Penjahitan Skema dengan GraphQL

Dalam lanskap pengembangan web modern yang berkembang pesat, adopsi arsitektur microservices telah menjadi landasan untuk membangun aplikasi yang skalabel, tangguh, dan mudah dipelihara. Seiring sistem tumbuh dan beragam, mengelola banyak layanan independen dapat menimbulkan tantangan signifikan, terutama bagi tim frontend. Di sinilah kekuatan GraphQL, dikombinasikan dengan strategi gateway API canggih seperti federasi dan penjahitan skema, benar-benar bersinar.

Panduan komprehensif ini mendalami seluk-beluk pemanfaatan GraphQL sebagai gateway API frontend, dengan penyelaman mendalam ke dalam konsep-konsep penting federasi skema dan penjahitan skema. Kita akan menjelajahi bagaimana teknik-teknik ini memungkinkan pembuatan API GraphQL yang terpadu dan kuat dari skema microservice yang berbeda, sehingga menyederhanakan pengembangan frontend, meningkatkan kinerja, dan menumbuhkan pengalaman pengembang yang lebih kohesif di seluruh tim global.

Kebangkitan Microservices dan Tantangan Frontend

Arsitektur microservices menawarkan banyak keuntungan, termasuk penerapan independen, keragaman teknologi, dan isolasi kesalahan. Namun, untuk aplikasi frontend, sifat terdistribusi ini dapat berarti peningkatan kompleksitas. Pengembang frontend sering kali harus berinteraksi dengan banyak layanan backend, masing-masing dengan desain API, format data, dan protokol komunikasinya sendiri. Hal ini dapat menyebabkan:

• Peningkatan permintaan jaringan: Mengambil data sering kali memerlukan beberapa perjalanan bolak-balik ke layanan yang berbeda.
• Kompleksitas agregasi data: Tim frontend harus menggabungkan data secara manual dari berbagai sumber.
• Ketergantungan yang erat (Tight coupling): Perubahan pada layanan backend dapat memiliki dampak yang tidak proporsional pada frontend.
• Kelelahan pengembang: Beban kerja dalam mengelola beberapa interaksi API dapat memperlambat siklus pengembangan.

Munculnya pola Backend for Frontend (BFF) berusaha mengatasi beberapa masalah ini dengan membuat layanan backend yang disesuaikan untuk klien frontend tertentu. Meskipun efektif, pendekatan BFF murni terkadang dapat menyebabkan menjamurnya layanan backend, sehingga meningkatkan beban pemeliharaan. GraphQL menyajikan alternatif yang menarik, menawarkan satu titik akhir (endpoint) bagi klien untuk meminta data yang mereka butuhkan secara tepat, mengurangi pengambilan data berlebih (over-fetching) dan kekurangan data (under-fetching).

GraphQL sebagai Gateway API Frontend

GraphQL, dengan kemampuan pengambilan data deklaratifnya, diposisikan secara unik untuk bertindak sebagai lapisan agregasi dalam lingkungan microservices. Alih-alih langsung mengonsumsi beberapa API REST atau layanan gRPC, klien frontend berinteraksi dengan satu titik akhir GraphQL. Titik akhir GraphQL ini, yang bertindak sebagai Gateway API, kemudian dapat menyelesaikan kueri dengan mengatur permintaan ke berbagai microservice yang mendasarinya.

Tantangan intinya kemudian adalah bagaimana membangun skema GraphQL terpadu ini dari skema individual microservice Anda. Inilah tepatnya di mana federasi skema dan penjahitan skema berperan.

Memahami Penjahitan Skema (Schema Stitching)

Penjahitan skema, salah satu pendekatan awal untuk menggabungkan skema GraphQL, melibatkan penggabungan beberapa skema GraphQL menjadi satu skema tunggal yang kohesif. Ide intinya adalah mengambil skema dari layanan GraphQL yang berbeda dan menggabungkannya, biasanya dengan menambahkan tipe dan bidang dari satu skema ke skema lainnya.

Cara Kerja Penjahitan Skema:

Penjahitan skema biasanya melibatkan:

1. Mengambil Sub-skema: Gateway penjahitan mengambil skema introspeksi dari setiap microservice GraphQL yang mendasarinya.
2. Menggabungkan Skema: Sebuah pustaka (seperti fungsi mergeSchemas dari graphql-tools) menggabungkan sub-skema ini. Proses ini melibatkan penyelesaian potensi konflik, seperti nama tipe yang duplikat, dan mendefinisikan bagaimana tipe dari skema yang berbeda berhubungan satu sama lain.
3. Menyelesaikan Kueri Lintas-Skema: Ketika sebuah kueri membutuhkan data dari beberapa layanan, gateway penjahitan harus dikonfigurasi untuk mendelegasikan bagian-bagian kueri ke layanan dasar yang sesuai. Ini sering kali melibatkan pendefinisian 'skema jarak jauh' dan meneruskan kueri.

Konsep Kunci dalam Penjahitan Skema:

• Penggabungan Tipe (Type Merging): Memungkinkan tipe dengan nama yang sama di skema yang berbeda untuk digabungkan.
• Ekstensi Skema (Schema Extensions): Menambahkan bidang dari satu skema ke tipe yang didefinisikan di skema lain. Misalnya, menambahkan bidang reviews ke tipe Product yang didefinisikan di layanan produk terpisah.
• Delegasi (Delegation): Mekanisme inti untuk meneruskan bagian dari kueri GraphQL ke layanan GraphQL dasar yang sesuai.

Kelebihan Penjahitan Skema:

• Kesederhanaan untuk proyek kecil: Bisa langsung diimplementasikan untuk jumlah layanan yang terbatas.
• Fleksibilitas: Memungkinkan kontrol yang terperinci atas bagaimana skema digabungkan.

Kekurangan Penjahitan Skema:

• Konfigurasi manual: Bisa menjadi rumit dan rawan kesalahan seiring bertambahnya jumlah layanan.
• Potensi konflik: Mengelola bentrokan nama tipe dan bidang memerlukan perencanaan yang cermat.
• Pertimbangan kinerja: Delegasi yang tidak efisien dapat menyebabkan kemacetan kinerja.
• Ketergantungan yang erat (Tight coupling): Gateway sering kali perlu mengetahui implementasi layanan dasar, menciptakan bentuk ketergantungan.

Memperkenalkan Federasi Skema (Schema Federation)

Federasi skema muncul sebagai solusi yang lebih kuat dan skalabel terhadap tantangan yang dihadapi oleh penjahitan skema, terutama dalam arsitektur microservice yang besar dan terdistribusi. Dikembangkan utamanya oleh Apollo, federasi skema memungkinkan Anda membangun satu API GraphQL dari beberapa layanan GraphQL independen, yang dikenal sebagai subgraf.

Perbedaan mendasarnya terletak pada pendekatan komposisi skema. Alih-alih menggabungkan skema yang ada, federasi skema mendefinisikan sebuah protokol di mana subgraf mendeklarasikan tipe dan bidangnya, dan sebuah gateway pusat (router atau supergraf) menyusun deklarasi-deklarasi ini menjadi skema terpadu. Komposisi ini terjadi tanpa gateway perlu mengetahui detail mendalam dari implementasi setiap subgraf, hanya kontrak skemanya.

Cara Kerja Federasi Skema:

Federasi skema melibatkan:

1. Subgraf: Setiap microservice mengekspos API GraphQL yang mematuhi spesifikasi federasi. Subgraf mendeklarasikan tipenya menggunakan direktif federasi khusus (misalnya, @key, @extends, @external, @requires, @provides).
2. Supergraf: Sebuah router federasi (seperti Apollo Federation Gateway) meminta definisi skema dari setiap subgraf. Kemudian, ia menyusun definisi-definisi ini menjadi satu skema terpadu tunggal – supergraf.
3. Resolusi Entitas: Kunci federasi adalah konsep entitas. Entitas adalah tipe yang dapat diidentifikasi secara unik di beberapa subgraf. Direktif @key pada sebuah tipe dalam subgraf menandainya sebagai entitas dan menentukan bidang-bidang yang mengidentifikasinya secara unik. Ketika sebuah kueri merujuk pada entitas, gateway tahu subgraf mana yang bertanggung jawab untuk mengambil entitas tersebut berdasarkan direktif @key-nya.
4. Komposisi: Gateway mengatur kueri. Jika sebuah kueri memerlukan data dari beberapa subgraf, gateway secara cerdas memecah kueri dan mengirimkan sub-kueri yang sesuai ke setiap subgraf, lalu menggabungkan hasilnya.

Konsep Kunci dalam Federasi Skema:

• Subgraf: Layanan GraphQL independen yang berkontribusi pada supergraf.
• Supergraf: Skema terpadu yang disusun dari semua subgraf.
• Entitas: Tipe yang dapat diidentifikasi secara unik di seluruh subgraf, biasanya ditandai dengan direktif @key.
• Direktif @key: Mendefinisikan bidang-bidang yang secara unik mengidentifikasi sebuah entitas. Ini sangat penting untuk hubungan lintas-subgraf.
• Direktif @extends: Memungkinkan sebuah subgraf untuk memperluas tipe yang didefinisikan di subgraf lain (misalnya, menambahkan bidang ke tipe Pengguna yang didefinisikan di subgraf Pengguna terpisah).
• Direktif @external: Menunjukkan bahwa sebuah bidang didefinisikan di subgraf lain.
• Direktif @requires: Menentukan bahwa sebuah bidang pada entitas memerlukan bidang-bidang tertentu dari kunci entitas agar ada untuk resolusi.
• Direktif @provides: Menunjukkan bahwa sebuah bidang pada entitas disediakan oleh subgraf.

Kelebihan Federasi Skema:

• Skalabilitas: Dirancang untuk sistem terdistribusi skala besar dan jumlah microservices yang terus bertambah.
• Pemisahan (Decoupling): Subgraf hanya perlu mengetahui skemanya sendiri dan cara menyelesaikan tipenya. Gateway menangani komposisi.
• Otonomi tim: Tim yang berbeda dapat memiliki dan mengelola subgraf masing-masing secara independen.
• Keamanan tipe (Type safety): Proses komposisi memberlakukan kontrak skema, memastikan keamanan tipe di seluruh supergraf.
• Pengalaman klien yang disederhanakan: Klien berinteraksi dengan satu skema terpadu.

Kekurangan Federasi Skema:

• Kurva belajar: Memerlukan pemahaman tentang spesifikasi dan direktif federasi.
• Ketergantungan pada alat (Tooling): Sering kali bergantung pada pustaka dan gateway tertentu (misalnya, Apollo Federation).
• Kompleksitas dalam penyiapan awal: Menyiapkan subgraf dan gateway bisa lebih rumit daripada penjahitan sederhana.

Federasi vs. Penjahitan: Tinjauan Perbandingan

Meskipun federasi skema dan penjahitan skema bertujuan untuk menyatukan skema GraphQL, keduanya mewakili filosofi yang berbeda dan menawarkan keuntungan yang berbeda:

Untuk sebagian besar arsitektur microservice modern yang bertujuan untuk skalabilitas jangka panjang dan otonomi tim, federasi skema umumnya merupakan pendekatan yang lebih disukai. Penjahitan skema mungkin masih menjadi pilihan yang layak untuk sistem yang lebih kecil dan tidak terlalu kompleks atau untuk skenario integrasi tertentu di mana penggabungan manual dan langsung lebih diinginkan.

Menerapkan Federasi Skema: Contoh Praktis

Mari kita pertimbangkan skenario e-commerce sederhana dengan dua microservices:

• Layanan Pengguna (Users Service): Mengelola informasi pengguna.
• Layanan Produk (Products Service): Mengelola informasi produk.

Subgraf Layanan Pengguna

Layanan ini mendefinisikan tipe User dan menandainya sebagai entitas dengan direktif @key.

            # users-service/schema.graphql

# Direktif Federasi
directive @key(fields: String!) on OBJECT

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

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

            

              
                Copy
              
            
          

Layanan ini juga akan memiliki resolver untuk mengambil data pengguna berdasarkan ID mereka.

Subgraf Layanan Produk

Layanan ini mendefinisikan tipe Product. Yang terpenting, ia juga mendefinisikan hubungan ke entitas User dengan menambahkan bidang (misalnya, createdBy) yang merujuk ke tipe User.

            # products-service/schema.graphql

# Direktif Federasi
directive @key(fields: String!) on OBJECT
directive @extends on OBJECT
directive @external on OBJECT
directive @requires(fields: String!) on FIELD_DEFINITION

type Product @extends {
  # Kita memperluas tipe User dari Layanan Pengguna
  # Direktif @external menunjukkan 'id' didefinisikan di tempat lain
  createdBy: User @requires(fields: "userId")
}

type User @extends {
  # Deklarasikan bahwa 'id' adalah bidang eksternal pada User, didefinisikan di subgraf lain
  id: ID! @external
}

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

            

              
                Copy
              
            
          

Di Layanan Produk:

• @extends pada Product menunjukkan bahwa skema ini memperluas tipe Product.
• id: ID! @external pada User menandakan bahwa bidang id dari tipe User didefinisikan di subgraf yang berbeda (Layanan Pengguna).
• createdBy: User @requires(fields: "userId") pada Product berarti bahwa untuk menyelesaikan bidang createdBy (yang mengembalikan objek User), data produk harus berisi userId. Gateway akan menggunakan informasi ini untuk mengetahui bidang mana yang harus diminta dari layanan produk dan bagaimana menghubungkannya ke layanan pengguna.

Gateway Federasi (Supergraf)

Gateway federasi (misalnya, Apollo Gateway) bertanggung jawab untuk:

1. Menemukan subgraf (biasanya dengan menanyakan skema introspeksi mereka).
2. Menyusun skema subgraf individual menjadi satu skema supergraf tunggal.
3. Mengarahkan kueri klien yang masuk ke subgraf yang sesuai dan menggabungkan hasilnya.

Ketika klien menanyakan produk dan nama pembuatnya:

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

            

              
                Copy
              
            
          

Gateway akan melakukan hal berikut:

1. Ia melihat bidang product, yang ditangani oleh Layanan Produk.
2. Ia menyelesaikan bidang name dari tipe Product, yang juga ditangani oleh Layanan Produk.
3. Ia menemukan bidang createdBy pada Product. Karena createdBy didefinisikan sebagai tipe User dan tipe User memiliki direktif @key(fields: "id") di Layanan Pengguna, gateway tahu bahwa ia perlu mengambil entitas User.
4. @requires(fields: "userId") pada createdBy memberi tahu gateway bahwa Layanan Produk memerlukan userId untuk menyelesaikan hubungan ini. Jadi, gateway akan meminta produk dan userId-nya dari Layanan Produk.
5. Menggunakan userId yang diambil, gateway kemudian tahu untuk menanyakan Layanan Pengguna untuk pengguna dengan ID spesifik tersebut.
6. Akhirnya, ia menyelesaikan bidang name dari objek User yang dikembalikan oleh Layanan Pengguna.

Proses ini menunjukkan bagaimana federasi skema secara mulus menghubungkan data terkait di berbagai microservice, memberikan pengalaman kueri yang terpadu dan efisien untuk frontend.

Memilih Pendekatan yang Tepat untuk Proyek Anda

Keputusan antara federasi skema dan penjahitan skema (atau bahkan pola gateway API lainnya) sangat bergantung pada persyaratan spesifik proyek Anda, struktur tim, dan visi jangka panjang.

Kapan Mempertimbangkan Penjahitan Skema:

• Proyek Skala Kecil hingga Menengah: Jika Anda memiliki jumlah microservices GraphQL yang terbatas dan model data yang sederhana, penjahitan mungkin sudah cukup dan lebih mudah untuk disiapkan pada awalnya.
• Layanan GraphQL yang Sudah Ada: Jika Anda sudah memiliki beberapa layanan GraphQL independen dan ingin menggabungkannya tanpa refactoring yang signifikan, penjahitan bisa menjadi jalur integrasi yang lebih cepat.
• Logika Penggabungan Spesifik: Ketika Anda memerlukan kontrol yang terperinci atas bagaimana skema digabungkan dan tipe diperluas, dan kompleksitas federasi terasa berlebihan.

Kapan Menerapkan Federasi Skema:

• Microservices Skala Besar: Untuk organisasi dengan jumlah microservices dan tim yang signifikan, federasi menyediakan skalabilitas dan struktur organisasi yang diperlukan.
• Otonomi Tim adalah Kunci: Jika tim yang berbeda bertanggung jawab atas domain yang berbeda dan perlu mengembangkan API GraphQL mereka secara independen, federasi memungkinkan otonomi ini.
• Kemudahan Pemeliharaan Jangka Panjang: Kontrak yang jelas dan model komposisi federasi mengarah pada sistem yang lebih mudah dipelihara dan tangguh dari waktu ke waktu.
• Hubungan yang Kompleks: Ketika model data Anda melibatkan hubungan yang rumit antara entitas yang dikelola oleh layanan yang berbeda, resolusi entitas federasi sangat berharga.
• Mengadopsi GraphQL Secara Bertahap: Federasi memungkinkan Anda untuk memperkenalkan GraphQL secara bertahap. Layanan REST yang ada dapat dibungkus menjadi subgraf GraphQL, atau layanan GraphQL baru dapat dibangun sebagai subgraf sejak awal.

Praktik Terbaik untuk Gateway API Frontend dengan GraphQL

Terlepas dari apakah Anda memilih federasi atau pendekatan penjahitan, mengadopsi praktik terbaik sangat penting untuk kesuksesan:

• Definisikan Kontrak yang Jelas: Untuk federasi, skema subgraf dan penggunaan direktif seperti @key, @external, dan @requires mendefinisikan kontrak-kontrak ini. Untuk penjahitan, kesepakatan tentang cara menggabungkan dan mendelegasikan adalah kontrak Anda.
• Versikan API Anda: Terapkan strategi versioning yang jelas untuk subgraf Anda untuk mengelola perubahan dengan baik.
• Pantau Kinerja: Terapkan pemantauan yang kuat untuk gateway dan subgraf Anda. Lacak kinerja kueri, tingkat kesalahan, dan latensi. Alat seperti Apollo Studio bisa sangat berharga di sini.
• Terapkan Caching: Manfaatkan strategi caching GraphQL di tingkat gateway atau klien untuk meningkatkan kinerja dan mengurangi beban pada layanan backend Anda.
• Amankan Gateway Anda: Terapkan otentikasi, otorisasi, dan pembatasan laju (rate limiting) di tingkat gateway API untuk melindungi layanan backend Anda.
• Optimalkan Kueri: Edukasi pengembang frontend tentang penulisan kueri GraphQL yang efisien untuk menghindari pengambilan data berlebih atau kueri bersarang dalam yang dapat membebani gateway dan subgraf.
• Alat dan Otomatisasi: Manfaatkan alat untuk pembuatan skema, validasi, dan otomatisasi penerapan untuk menyederhanakan siklus hidup pengembangan.
• Dokumentasi: Pelihara dokumentasi yang mutakhir untuk skema supergraf dan subgraf individual Anda. Alat seperti GraphiQL dan GraphQL Playground sangat baik untuk eksplorasi interaktif.
• Penanganan Kesalahan: Terapkan strategi penanganan kesalahan yang konsisten di seluruh gateway dan subgraf Anda.
• Pengujian: Pastikan pengujian menyeluruh pada subgraf Anda dan supergraf yang tersusun untuk menangkap masalah sejak dini.

Pertimbangan Global

Saat menerapkan strategi gateway API untuk audiens global, beberapa faktor menjadi sangat penting:

• Latensi: Rancang distribusi gateway dan subgraf Anda untuk meminimalkan latensi bagi pengguna di berbagai wilayah geografis. Pertimbangkan penggunaan Jaringan Pengiriman Konten (CDN) untuk aset statis dan menerapkan instans gateway lebih dekat dengan basis pengguna Anda.
• Domisili dan Kepatuhan Data: Pahami di mana data Anda disimpan dan diproses. Pastikan konfigurasi gateway API dan subgraf Anda mematuhi peraturan privasi data regional (misalnya, GDPR, CCPA). Federasi dapat membantu mengelola lokasi data dengan memiliki subgraf yang menangani data yang relevan dengan wilayah tertentu.
• Mata Uang dan Lokalisasi: Jika aplikasi Anda berurusan dengan data keuangan atau konten yang dilokalkan, pastikan skema GraphQL dan resolver Anda dapat menangani mata uang, bahasa, dan format tanggal yang berbeda dengan tepat.
• Zona Waktu: Perhatikan perbedaan zona waktu saat memproses dan menampilkan data yang sensitif terhadap waktu.
• Penskalaan Infrastruktur: Rencanakan untuk menskalakan gateway dan subgraf Anda untuk menangani pola lalu lintas global yang berfluktuasi.

Masa Depan Gateway GraphQL

Ekosistem GraphQL terus berkembang. Kita melihat kemajuan dalam:

• Spesifikasi Federasi yang Ditingkatkan: Pengembangan berkelanjutan dari spesifikasi GraphQL Federation oleh Apollo dan komunitas yang lebih luas mengarah pada cara yang lebih kuat dan terstandarisasi untuk membangun API GraphQL terdistribusi.
• Layanan GraphQL Terkelola: Penyedia cloud dan layanan pihak ketiga menawarkan solusi gateway GraphQL terkelola, menyederhanakan penerapan dan operasi.
• Pustaka dan Alat Baru: Pengembangan alat dan pustaka baru untuk membangun, menguji, dan memantau gateway dan subgraf GraphQL membuat adopsi menjadi lebih mudah dan efisien.
• GraphQL Mesh: Alat-alat yang muncul seperti GraphQL Mesh bertujuan untuk mengabstraksi kompleksitas sumber data yang berbeda (REST, gRPC, GraphQL, OpenAPI) dan memungkinkan mereka disajikan sebagai API GraphQL terpadu, menawarkan alternatif untuk federasi tradisional untuk kebutuhan integrasi yang lebih luas.

Kesimpulan

Seiring organisasi semakin mengadopsi arsitektur microservices, kebutuhan akan strategi gateway API yang efektif menjadi sangat penting. GraphQL, dengan kemampuan kueri yang kuat, menawarkan solusi yang elegan, dan federasi skema menonjol sebagai pendekatan yang paling skalabel dan mudah dipelihara untuk menyatukan microservices GraphQL yang berbeda.

Dengan memahami prinsip-prinsip federasi dan penjahitan skema, dan dengan mengadopsi praktik terbaik untuk implementasi dan penerapan global, tim frontend dapat secara signifikan menyederhanakan proses pengembangan mereka, membangun aplikasi yang lebih tangguh, dan memberikan pengalaman pengguna yang luar biasa. Baik Anda memulai proyek baru atau mengembangkan lanskap microservices yang sudah ada, berinvestasi dalam gateway API GraphQL yang dirancang dengan baik yang didukung oleh federasi adalah langkah strategis menuju pembangunan generasi berikutnya dari aplikasi yang kuat, skalabel, dan berpusat pada pengguna.

Poin-Poin Penting:

• GraphQL bertindak sebagai gateway API yang kuat untuk microservices.
• Federasi Skema membangun supergraf terpadu dari subgraf independen menggunakan protokol kontrak yang jelas.
• Penjahitan Skema menggabungkan skema yang ada, menawarkan lebih banyak kontrol manual tetapi skalabilitas yang lebih rendah untuk sistem besar.
• Federasi umumnya lebih disukai karena skalabilitas, pemisahan, dan otonomi timnya.
• Praktik terbaik mencakup kontrak yang jelas, pemantauan, keamanan, dan pertimbangan global.

Merangkul konsep-konsep ini akan memberdayakan tim pengembangan Anda untuk menavigasi kompleksitas microservices dan membangun aplikasi yang kuat dan dapat beradaptasi dengan tuntutan lanskap digital global yang terus berubah.