API Gateway Frontend: Padroneggiare la Federazione e lo Stitching degli Schemi con GraphQL

Nel panorama in rapida evoluzione dello sviluppo web moderno, l'adozione dell'architettura a microservizi è diventata una pietra miliare per la creazione di applicazioni scalabili, resilienti e manutenibili. Man mano che i sistemi crescono e si diversificano, la gestione di una moltitudine di servizi indipendenti può presentare sfide significative, in particolare per i team di frontend. È qui che brilla veramente la potenza di GraphQL, combinata con sofisticate strategie di API gateway come la federazione e lo stitching degli schemi.

Questa guida completa approfondisce le complessità dell'utilizzo di GraphQL come API gateway frontend, con un'analisi approfondita dei concetti critici di federazione e stitching degli schemi. Esploreremo come queste tecniche consentono la creazione di un'API GraphQL unificata e potente da schemi di microservizi disparati, ottimizzando così lo sviluppo frontend, migliorando le prestazioni e promuovendo un'esperienza di sviluppo più coesa tra i team globali.

L'Ascesa dei Microservizi e la Sfida del Frontend

L'architettura a microservizi offre numerosi vantaggi, tra cui deployment indipendenti, diversità tecnologica e isolamento dei guasti. Tuttavia, per le applicazioni frontend, questa natura distribuita può tradursi in una maggiore complessità. Gli sviluppatori frontend si trovano spesso a interagire con numerosi servizi backend, ognuno con il proprio design API, formato dati e protocolli di comunicazione. Questo può portare a:

• Aumento delle richieste di rete: Il recupero dei dati richiede spesso più round-trip verso servizi diversi.
• Complessità nell'aggregazione dei dati: I team frontend devono combinare manualmente i dati provenienti da varie fonti.
• Accoppiamento stretto: Le modifiche nei servizi backend possono avere un impatto sproporzionato sul frontend.
• Affaticamento degli sviluppatori: L'onere di gestire molteplici interazioni API può rallentare i cicli di sviluppo.

L'emergere del pattern Backend for Frontend (BFF) ha cercato di affrontare alcuni di questi problemi creando servizi backend su misura per specifici client frontend. Sebbene efficace, un approccio BFF puro può talvolta portare a una proliferazione di servizi backend, aumentando l'onere di manutenzione. GraphQL presenta un'alternativa convincente, offrendo un singolo endpoint per i client per interrogare esattamente i dati di cui hanno bisogno, riducendo l'over-fetching e l'under-fetching.

GraphQL come API Gateway Frontend

GraphQL, con le sue capacità di recupero dati dichiarative, è posizionato in modo unico per agire come uno strato di aggregazione in un ambiente a microservizi. Invece di consumare direttamente più API REST o servizi gRPC, i client frontend interagiscono con un singolo endpoint GraphQL. Questo endpoint GraphQL, agendo come un API Gateway, può quindi risolvere le query orchestrando le richieste a vari microservizi sottostanti.

La sfida principale diventa quindi come costruire questo schema GraphQL unificato dagli schemi individuali dei tuoi microservizi. È proprio qui che entrano in gioco la federazione e lo stitching degli schemi.

Comprendere lo Schema Stitching

Lo schema stitching, uno dei primi approcci per combinare schemi GraphQL, comporta la fusione di più schemi GraphQL in un unico schema coeso. L'idea centrale è prendere schemi da diversi servizi GraphQL e combinarli, tipicamente aggiungendo tipi e campi da uno schema a un altro.

Come funziona lo Schema Stitching:

Lo schema stitching comporta tipicamente:

1. Recupero dei Sotto-schemi: Il gateway di stitching recupera lo schema di introspezione da ciascuno dei microservizi GraphQL sottostanti.
2. Fusione degli Schemi: Una libreria (come la funzione mergeSchemas di graphql-tools) fonde questi sotto-schemi. Questo processo comporta la risoluzione di potenziali conflitti, come nomi di tipo duplicati, e la definizione di come i tipi di schemi diversi si relazionano tra loro.
3. Risoluzione delle Query Cross-Schema: Quando una query necessita di dati da più servizi, il gateway di stitching deve essere configurato per delegare parti della query al servizio sottostante appropriato. Ciò comporta spesso la definizione di 'schemi remoti' e l'inoltro delle query.

Concetti Chiave nello Schema Stitching:

• Fusione di Tipi (Type Merging): Consentire la combinazione di tipi con lo stesso nome in schemi diversi.
• Estensioni dello Schema (Schema Extensions): Aggiungere campi da uno schema a un tipo definito in un altro. Ad esempio, aggiungere un campo reviews a un tipo Product definito in un servizio di prodotti separato.
• Delega (Delegation): Il meccanismo principale per inoltrare parti di una query GraphQL al servizio GraphQL sottostante appropriato.

Pro dello Schema Stitching:

• Semplicità per progetti più piccoli: Può essere semplice da implementare per un numero limitato di servizi.
• Flessibilità: Consente un controllo granulare su come gli schemi vengono combinati.

Contro dello Schema Stitching:

• Configurazione manuale: Può diventare complessa e soggetta a errori man mano che il numero di servizi cresce.
• Potenziale di conflitti: La gestione delle collisioni di nomi di tipi e campi richiede un'attenta pianificazione.
• Considerazioni sulle prestazioni: Una delega inefficiente può portare a colli di bottiglia nelle prestazioni.
• Accoppiamento stretto: Il gateway deve spesso essere a conoscenza delle implementazioni dei servizi sottostanti, creando una forma di accoppiamento.

Introduzione alla Federazione degli Schemi

La federazione degli schemi è emersa come una soluzione più robusta e scalabile alle sfide affrontate dallo schema stitching, in particolare in architetture a microservizi grandi e distribuite. Sviluppata principalmente da Apollo, la federazione degli schemi consente di costruire una singola API GraphQL da più servizi GraphQL indipendenti, noti come sottografi (subgraphs).

La differenza fondamentale risiede nel suo approccio alla composizione dello schema. Invece di fondere schemi esistenti, la federazione degli schemi definisce un protocollo in cui i sottografi dichiarano i loro tipi e campi, e un gateway centrale (il router o supergrafo) compone queste dichiarazioni in uno schema unificato. Questa composizione avviene senza che il gateway debba conoscere i dettagli intimi dell'implementazione di ciascun sottografo, ma solo il suo contratto di schema.

Come funziona la Federazione degli Schemi:

La federazione degli schemi comporta:

1. Sottografi (Subgraphs): Ogni microservizio espone un'API GraphQL che aderisce alla specifica di federazione. I sottografi dichiarano i loro tipi utilizzando direttive di federazione specifiche (es. @key, @extends, @external, @requires, @provides).
2. Supergrafo (Supergraph): Un router di federazione (come Apollo Federation Gateway) interroga ogni sottografo per la definizione del suo schema. Quindi compone queste definizioni in un unico schema unificato: il supergrafo.
3. Risoluzione delle Entità (Entity Resolution): La chiave della federazione è il concetto di entità. Un'entità è un tipo che può essere identificato univocamente attraverso più sottografi. La direttiva @key su un tipo in un sottografo lo contrassegna come entità e specifica i campi che lo identificano univocamente. Quando una query fa riferimento a un'entità, il gateway sa quale sottografo è responsabile del recupero di tale entità in base alla sua direttiva @key.
4. Composizione: Il gateway orchestra le query. Se una query richiede dati da più sottografi, il gateway scompone intelligentemente la query e invia le sotto-query appropriate a ciascun sottografo, quindi combina i risultati.

Concetti Chiave nella Federazione degli Schemi:

• Sottografi (Subgraphs): Servizi GraphQL indipendenti che contribuiscono al supergrafo.
• Supergrafo (Supergraph): Lo schema unificato composto da tutti i sottografi.
• Entità (Entities): Tipi che sono identificabili univocamente attraverso i sottografi, tipicamente contrassegnati con la direttiva @key.
• Direttiva @key: Definisce i campi che identificano univocamente un'entità. Questo è cruciale per le relazioni tra sottografi.
• Direttiva @extends: Consente a un sottografo di estendere un tipo definito in un altro sottografo (es. aggiungendo campi a un tipo User definito in un sottografo User separato).
• Direttiva @external: Indica che un campo è definito in un altro sottografo.
• Direttiva @requires: Specifica che un campo su un'entità richiede la presenza di determinati campi dalla chiave dell'entità per la sua risoluzione.
• Direttiva @provides: Indica che un campo su un'entità è fornito dal sottografo.

Pro della Federazione degli Schemi:

• Scalabilità: Progettata per sistemi grandi e distribuiti e per un numero crescente di microservizi.
• Disaccoppiamento: I sottografi devono solo conoscere il proprio schema e come risolvere i propri tipi. Il gateway gestisce la composizione.
• Autonomia dei team: Team diversi possono possedere e gestire i rispettivi sottografi in modo indipendente.
• Sicurezza dei tipi (Type safety): Il processo di composizione applica i contratti dello schema, garantendo la sicurezza dei tipi attraverso il supergrafo.
• Esperienza client semplificata: I client interagiscono con un unico schema unificato.

Contro della Federazione degli Schemi:

• Curva di apprendimento: Richiede la comprensione della specifica e delle direttive di federazione.
• Dipendenza dagli strumenti: Spesso si basa su librerie e gateway specifici (es. Apollo Federation).
• Complessità nella configurazione iniziale: L'impostazione dei sottografi e del gateway può essere più complessa rispetto al semplice stitching.

Federazione vs. Stitching: Una Panoramica Comparativa

Sebbene sia la federazione che lo stitching degli schemi mirino a unificare gli schemi GraphQL, rappresentano filosofie diverse e offrono vantaggi distinti:

Per la maggior parte delle architetture a microservizi moderne che mirano a scalabilità a lungo termine e autonomia dei team, la federazione degli schemi è generalmente l'approccio preferito. Lo schema stitching potrebbe ancora essere un'opzione valida per sistemi più piccoli e meno complessi o per scenari di integrazione specifici in cui si desidera una fusione più manuale e diretta.

Implementare la Federazione degli Schemi: Un Esempio Pratico

Consideriamo un semplice scenario di e-commerce con due microservizi:

• Servizio Utenti: Gestisce le informazioni degli utenti.
• Servizio Prodotti: Gestisce le informazioni dei prodotti.

Sottografo del Servizio Utenti

Questo servizio definisce un tipo User e lo contrassegna come entità con la direttiva @key.

            # users-service/schema.graphql

# Direttive di federazione
directive @key(fields: String!) on OBJECT

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

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

            

              
                Copy
              
            
          

Il servizio avrebbe anche dei resolver per recuperare i dati degli utenti in base al loro ID.

Sottografo del Servizio Prodotti

Questo servizio definisce un tipo Product. Fondamentalmente, definisce anche una relazione con l'entità User aggiungendo un campo (es. createdBy) che fa riferimento al tipo User.

            # products-service/schema.graphql

# Direttive di federazione
directive @key(fields: String!) on OBJECT
directive @extends on OBJECT
directive @external on OBJECT
directive @requires(fields: String!) on FIELD_DEFINITION

type Product @extends {
  # Stiamo estendendo il tipo User dal servizio Users
  # La direttiva @external indica che 'id' è definito altrove
  createdBy: User @requires(fields: "userId")
}

type User @extends {
  # Dichiara che 'id' è un campo esterno su User, definito in un altro sottografo
  id: ID! @external
}

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

            

              
                Copy
              
            
          

Nel Servizio Prodotti:

• @extends su Product indica che questo schema estende il tipo Product.
• id: ID! @external su User significa che il campo id del tipo User è definito in un sottografo diverso (il Servizio Utenti).
• createdBy: User @requires(fields: "userId") su Product significa che per risolvere il campo createdBy (che restituisce un oggetto User), i dati del prodotto devono contenere un userId. Il gateway utilizzerà questa informazione per sapere quali campi richiedere al servizio prodotti e come collegarlo al servizio utenti.

Gateway di Federazione (Supergrafo)

Il gateway di federazione (es. Apollo Gateway) è responsabile di:

1. Scoprire i sottografi (solitamente interrogando il loro schema di introspezione).
2. Comporre gli schemi dei singoli sottografi in un unico schema supergrafo.
3. Instradare le query dei client in arrivo ai sottografi appropriati e combinare i risultati.

Quando un client interroga per un prodotto e il nome del suo creatore:

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

            

              
                Copy
              
            
          

Il gateway eseguirà quanto segue:

1. Vede il campo product, che è gestito dal Servizio Prodotti.
2. Risolve il campo name dal tipo Product, che è anch'esso gestito dal Servizio Prodotti.
3. Incontra il campo createdBy sul Product. Poiché createdBy è definito come un tipo User e il tipo User ha una direttiva @key(fields: "id") nel Servizio Utenti, il gateway sa che deve recuperare l'entità User.
4. La direttiva @requires(fields: "userId") su createdBy dice al gateway che il Servizio Prodotti necessita dello userId per risolvere questa relazione. Quindi, il gateway richiederà il prodotto e il suo userId dal Servizio Prodotti.
5. Utilizzando lo userId recuperato, il gateway sa quindi di interrogare il Servizio Utenti per un utente con quell'ID specifico.
6. Infine, risolve il campo name dall'oggetto User restituito dal Servizio Utenti.

Questo processo dimostra come la federazione degli schemi connetta senza soluzione di continuità i dati correlati tra diversi microservizi, fornendo un'esperienza di interrogazione unificata ed efficiente per il frontend.

Scegliere l'Approccio Giusto per il Tuo Progetto

La decisione tra federazione e stitching degli schemi (o anche altri pattern di API gateway) dipende fortemente dai requisiti specifici del tuo progetto, dalla struttura del team e dalla visione a lungo termine.

Quando Considerare lo Schema Stitching:

• Progetti di Piccole e Medie Dimensioni: Se hai un numero limitato di microservizi GraphQL e un modello di dati semplice, lo stitching potrebbe essere sufficiente e più facile da configurare inizialmente.
• Servizi GraphQL Esistenti: Se hai già diversi servizi GraphQL indipendenti e vuoi combinarli senza un refactoring significativo, lo stitching può essere un percorso di integrazione più rapido.
• Logica di Fusione Specifica: Quando hai bisogno di un controllo granulare su come gli schemi vengono fusi e i tipi estesi, e la complessità della federazione sembra eccessiva.

Quando Abbracciare la Federazione degli Schemi:

• Microservizi su Larga Scala: Per organizzazioni con un numero significativo di microservizi e team, la federazione fornisce la scalabilità e la struttura organizzativa necessarie.
• L'Autonomia dei Team è Fondamentale: Se team diversi sono responsabili di domini diversi e devono sviluppare le loro API GraphQL in modo indipendente, la federazione consente questa autonomia.
• Manutenibilità a Lungo Termine: I contratti chiari e il modello di composizione della federazione portano a sistemi più manutenibili e resilienti nel tempo.
• Relazioni Complesse: Quando il tuo modello di dati coinvolge relazioni intricate tra entità gestite da servizi diversi, la risoluzione delle entità della federazione è inestimabile.
• Adozione Graduale di GraphQL: La federazione consente di introdurre GraphQL in modo incrementale. I servizi REST esistenti possono essere incapsulati in sottografi GraphQL, o nuovi servizi GraphQL possono essere costruiti come sottografi fin dall'inizio.

Best Practice per API Gateway Frontend con GraphQL

Indipendentemente dal fatto che tu scelga la federazione o un approccio di stitching, adottare le best practice è cruciale per il successo:

• Definire Contratti Chiari: Per la federazione, gli schemi dei sottografi e l'uso di direttive come @key, @external e @requires definiscono questi contratti. Per lo stitching, gli accordi su come fondere e delegare sono i tuoi contratti.
• Versionare le API: Implementa una chiara strategia di versioning per i tuoi sottografi per gestire le modifiche con garbo.
• Monitorare le Prestazioni: Implementa un monitoraggio robusto per il tuo gateway e i sottografi. Tieni traccia delle prestazioni delle query, dei tassi di errore e della latenza. Strumenti come Apollo Studio possono essere preziosi qui.
• Implementare il Caching: Sfrutta le strategie di caching di GraphQL a livello di gateway o client per migliorare le prestazioni e ridurre il carico sui tuoi servizi backend.
• Proteggere il Gateway: Implementa autenticazione, autorizzazione e rate limiting a livello di API gateway per proteggere i tuoi servizi backend.
• Ottimizzare le Query: Educa gli sviluppatori frontend a scrivere query GraphQL efficienti per evitare l'over-fetching o query profondamente annidate che possono affaticare il gateway e i sottografi.
• Strumenti e Automazione: Utilizza strumenti per la generazione, validazione e automazione del deployment degli schemi per ottimizzare il ciclo di vita dello sviluppo.
• Documentazione: Mantieni una documentazione aggiornata per lo schema del tuo supergrafo e per i singoli sottografi. Strumenti come GraphiQL e GraphQL Playground sono eccellenti per l'esplorazione interattiva.
• Gestione degli Errori: Implementa strategie di gestione degli errori coerenti attraverso il tuo gateway e i sottografi.
• Test: Assicurati di testare a fondo i tuoi sottografi e il supergrafo composto per individuare i problemi in anticipo.

Considerazioni Globali

Quando si implementa una strategia di API gateway per un pubblico globale, diversi fattori diventano critici:

• Latenza: Progetta la distribuzione del tuo gateway e dei sottografi per minimizzare la latenza per gli utenti in diverse regioni geografiche. Considera l'uso di Content Delivery Network (CDN) per gli asset statici e il deployment di istanze del gateway più vicine alla tua base di utenti.
• Residenza dei Dati e Conformità: Comprendi dove i tuoi dati vengono archiviati ed elaborati. Assicurati che le configurazioni del tuo API gateway e dei sottografi siano conformi alle normative regionali sulla privacy dei dati (es. GDPR, CCPA). La federazione può aiutare a gestire la localizzazione dei dati avendo sottografi che gestiscono dati pertinenti a regioni specifiche.
• Valuta e Localizzazione: Se la tua applicazione gestisce dati finanziari o contenuti localizzati, assicurati che il tuo schema GraphQL e i resolver possano gestire diverse valute, lingue e formati di data in modo appropriato.
• Fusi Orari: Sii consapevole delle differenze di fuso orario quando elabori e visualizzi dati sensibili al tempo.
• Scalabilità dell'Infrastruttura: Pianifica la scalabilità del tuo gateway e dei sottografi per gestire i modelli di traffico globale fluttuanti.

Il Futuro dei Gateway GraphQL

L'ecosistema GraphQL continua a evolversi. Stiamo vedendo progressi in:

• Specifiche di Federazione Migliorate: Lo sviluppo continuo della specifica GraphQL Federation da parte di Apollo e della comunità più ampia sta portando a modi più robusti e standardizzati per costruire API GraphQL distribuite.
• Servizi GraphQL Gestiti: I fornitori di cloud e i servizi di terze parti stanno offrendo soluzioni di gateway GraphQL gestite, semplificando il deployment e le operazioni.
• Nuove Librerie e Strumenti: Lo sviluppo di nuovi strumenti e librerie per la creazione, il test e il monitoraggio di gateway e sottografi GraphQL sta rendendo l'adozione più facile ed efficiente.
• GraphQL Mesh: Strumenti emergenti come GraphQL Mesh mirano ad astrarre le complessità di diverse fonti di dati (REST, gRPC, GraphQL, OpenAPI) e consentire loro di essere servite come un'API GraphQL unificata, offrendo un'alternativa alla federazione tradizionale per esigenze di integrazione più ampie.

Conclusione

Man mano che le organizzazioni adottano sempre più architetture a microservizi, la necessità di strategie efficaci per gli API gateway diventa fondamentale. GraphQL, con le sue potenti capacità di interrogazione, offre una soluzione elegante, e la federazione degli schemi si distingue come l'approccio più scalabile e manutenibile per unificare microservizi GraphQL disparati.

Comprendendo i principi della federazione e dello stitching degli schemi, e adottando le best practice per l'implementazione e il deployment globale, i team frontend possono ottimizzare significativamente i loro processi di sviluppo, costruire applicazioni più resilienti e offrire esperienze utente eccezionali. Che tu stia iniziando un nuovo progetto o evolvendo un panorama di microservizi esistente, investire in un API gateway GraphQL ben architettato e alimentato dalla federazione è una mossa strategica verso la costruzione della prossima generazione di applicazioni robuste, scalabili e incentrate sull'utente.

Punti Chiave:

• GraphQL agisce come un potente API gateway per i microservizi.
• La Federazione degli Schemi costruisce un supergrafo unificato da sottografi indipendenti utilizzando un chiaro protocollo contrattuale.
• Lo Schema Stitching fonde schemi esistenti, offrendo un maggiore controllo manuale ma meno scalabilità per sistemi di grandi dimensioni.
• La federazione è generalmente preferita per la sua scalabilità, il disaccoppiamento e l'autonomia dei team.
• Le best practice includono contratti chiari, monitoraggio, sicurezza e considerazioni globali.

Abbracciare questi concetti darà ai tuoi team di sviluppo il potere di navigare le complessità dei microservizi e di costruire applicazioni che siano sia potenti che adattabili alle mutevoli esigenze del panorama digitale globale.