Progettazione di Schemi GraphQL: Pattern Scalabili per API Globali

GraphQL è emerso come una potente alternativa alle API REST tradizionali, offrendo ai client la flessibilità di richiedere esattamente i dati di cui hanno bisogno. Tuttavia, man mano che la tua API GraphQL cresce in complessità e portata – in particolare quando serve un pubblico globale con requisiti di dati diversi – un'attenta progettazione dello schema diventa cruciale per la manutenibilità, la scalabilità e le prestazioni. Questo articolo esplora diversi pattern di progettazione di schemi GraphQL scalabili per aiutarti a costruire API robuste in grado di gestire le esigenze di un'applicazione globale.

L'Importanza di una Progettazione di Schemi Scalabile

Uno schema GraphQL ben progettato è il fondamento di un'API di successo. Esso detta come i client possono interagire con i tuoi dati e servizi. Una cattiva progettazione dello schema può portare a una serie di problemi, tra cui:

• Colli di bottiglia nelle prestazioni: Query e resolver inefficienti possono sovraccaricare le tue fonti di dati e rallentare i tempi di risposta.
• Problemi di manutenibilità: Uno schema monolitico diventa difficile da capire, modificare e testare man mano che la tua applicazione cresce.
• Vulnerabilità di sicurezza: Controlli di accesso mal definiti possono esporre dati sensibili a utenti non autorizzati.
• Scalabilità limitata: Uno schema strettamente accoppiato rende difficile distribuire la tua API su più server o team.

Per le applicazioni globali, questi problemi vengono amplificati. Regioni diverse possono avere requisiti di dati, vincoli normativi e aspettative di prestazioni differenti. Una progettazione di schemi scalabile ti consente di affrontare queste sfide in modo efficace.

Principi Chiave della Progettazione di Schemi Scalabili

Prima di addentrarci nei pattern specifici, delineiamo alcuni principi chiave che dovrebbero guidare la progettazione del tuo schema:

• Modularità: Scomponi il tuo schema in moduli più piccoli e indipendenti. Ciò rende più facile capire, modificare e riutilizzare singole parti della tua API.
• Componibilità: Progetta il tuo schema in modo che diversi moduli possano essere facilmente combinati ed estesi. Questo ti permette di aggiungere nuove caratteristiche e funzionalità senza interrompere i client esistenti.
• Astrazione: Nascondi la complessità delle tue fonti di dati e dei servizi sottostanti dietro un'interfaccia GraphQL ben definita. Questo ti permette di cambiare la tua implementazione senza influenzare i client.
• Coerenza: Mantieni una convenzione di denominazione, una struttura dei dati e una strategia di gestione degli errori coerenti in tutto il tuo schema. Ciò rende più facile per i client imparare e usare la tua API.
• Ottimizzazione delle Prestazioni: Considera le implicazioni sulle prestazioni in ogni fase della progettazione dello schema. Usa tecniche come i data loader e l'aliasing dei campi per minimizzare il numero di query al database e di richieste di rete.

Pattern di Progettazione di Schemi Scalabili

Ecco diversi pattern di progettazione di schemi scalabili che puoi utilizzare per costruire API GraphQL robuste:

1. Cucitura di Schemi (Schema Stitching)

La cucitura di schemi (schema stitching) permette di combinare più API GraphQL in un unico schema unificato. Questo è particolarmente utile quando hai team o servizi diversi responsabili di parti differenti dei tuoi dati. È come avere diverse mini-API e unirle tramite un'API 'gateway'.

Come funziona:

1. Ogni team o servizio espone la propria API GraphQL con il proprio schema.
2. Un servizio gateway centrale utilizza strumenti di cucitura di schemi (come Apollo Federation o GraphQL Mesh) per unire questi schemi in un unico schema unificato.
3. I client interagiscono con il servizio gateway, che instrada le richieste alle API sottostanti appropriate.

Esempio:

Immagina una piattaforma di e-commerce con API separate per prodotti, utenti e ordini. Ogni API ha il proprio schema:

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

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

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

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

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

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

Il servizio gateway può cucire questi schemi insieme per creare uno schema unificato:

  
    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
    }
  

Nota come il tipo Order ora includa riferimenti a User e Product, anche se questi tipi sono definiti in API separate. Ciò si ottiene tramite direttive di cucitura dello schema (come @relation in questo esempio).

Vantaggi:

• Proprietà decentralizzata: Ogni team può gestire i propri dati e la propria API in modo indipendente.
• Scalabilità migliorata: Puoi scalare ogni API in modo indipendente in base alle sue esigenze specifiche.
• Complessità ridotta: I client devono interagire solo con un singolo endpoint API.

Considerazioni:

• Complessità: La cucitura di schemi può aggiungere complessità alla tua architettura.
• Latenza: L'instradamento delle richieste attraverso il servizio gateway può introdurre latenza.
• Gestione degli errori: È necessario implementare una gestione degli errori robusta per affrontare i fallimenti nelle API sottostanti.

2. Federazione di Schemi (Schema Federation)

La federazione di schemi è un'evoluzione della cucitura di schemi, progettata per risolvere alcune delle sue limitazioni. Fornisce un approccio più dichiarativo e standardizzato alla composizione di schemi GraphQL.

Come funziona:

1. Ogni servizio espone un'API GraphQL e annota il suo schema con direttive di federazione (es. @key, @extends, @external).
2. Un servizio gateway centrale (che utilizza Apollo Federation) usa queste direttive per costruire un supergraph, una rappresentazione dell'intero schema federato.
3. Il servizio gateway utilizza il supergraph per instradare le richieste ai servizi sottostanti appropriati e risolvere le dipendenze.

Esempio:

Usando lo stesso esempio di e-commerce, gli schemi federati potrebbero apparire così:

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

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

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

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

    # API Ordini
    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
    }
  

Nota l'uso delle direttive di federazione:

• @key: Specifica la chiave primaria per un tipo.
• @requires: Indica che un campo richiede dati da un altro servizio.
• @extends: Permette a un servizio di estendere un tipo definito in un altro servizio.

Vantaggi:

• Composizione dichiarativa: Le direttive di federazione rendono più facile capire e gestire le dipendenze dello schema.
• Prestazioni migliorate: Apollo Federation ottimizza la pianificazione e l'esecuzione delle query per minimizzare la latenza.
• Maggiore sicurezza dei tipi: Il supergraph assicura che tutti i tipi siano coerenti tra i servizi.

Considerazioni:

• Strumenti: Richiede l'uso di Apollo Federation o un'implementazione di federazione compatibile.
• Complessità: Può essere più complesso da configurare rispetto alla cucitura di schemi.
• Curva di apprendimento: Gli sviluppatori devono imparare le direttive e i concetti della federazione.

3. Progettazione di Schemi Modulare

La progettazione di schemi modulare comporta la scomposizione di un grande schema monolitico in moduli più piccoli e più gestibili. Ciò rende più facile capire, modificare e riutilizzare singole parti della tua API, anche senza ricorrere a schemi federati.

Come funziona:

1. Identifica i confini logici all'interno del tuo schema (es. utenti, prodotti, ordini).
2. Crea moduli separati per ogni confine, definendo i tipi, le query e le mutazioni relativi a quel confine.
3. Usa meccanismi di import/export (a seconda dell'implementazione del tuo server GraphQL) per combinare i moduli in un unico schema unificato.

Esempio (usando JavaScript/Node.js):

Crea file separati per ogni modulo:

  
    // 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
    }
  

Poi, combinali nel tuo file di schema principale:

  
    // 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;
  

Vantaggi:

• Migliore manutenibilità: I moduli più piccoli sono più facili da capire e modificare.
• Maggiore riutilizzabilità: I moduli possono essere riutilizzati in altre parti della tua applicazione.
• Migliore collaborazione: Team diversi possono lavorare su moduli diversi in modo indipendente.

Considerazioni:

• Overhead: La modularizzazione può aggiungere un certo overhead al tuo processo di sviluppo.
• Complessità: È necessario definire attentamente i confini tra i moduli per evitare dipendenze circolari.
• Strumenti: Richiede l'uso di un'implementazione di server GraphQL che supporti la definizione di schemi modulari.

4. Tipi di Interfaccia e Unione

I tipi di interfaccia e unione permettono di definire tipi astratti che possono essere implementati da più tipi concreti. Questo è utile per rappresentare dati polimorfici, cioè dati che possono assumere forme diverse a seconda del contesto.

Come funziona:

• Definisci un tipo di interfaccia o unione con un insieme di campi comuni.
• Definisci tipi concreti che implementano l'interfaccia o sono membri dell'unione.
• Usa il campo __typename per identificare il tipo concreto a runtime.

Esempio:

  
    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!]!
    }
  

In questo esempio, sia User che Product implementano l'interfaccia Node, che definisce un campo id comune. Il tipo unione SearchResult rappresenta un risultato di ricerca che può essere un User o un Product. I client possono interrogare il campo `search` e poi usare il campo `__typename` per determinare quale tipo di risultato hanno ricevuto.

Vantaggi:

• Flessibilità: Permette di rappresentare dati polimorfici in modo sicuro per i tipi (type-safe).
• Riutilizzo del codice: Riduce la duplicazione del codice definendo campi comuni in interfacce e unioni.
• Migliore interrogabilità: Rende più facile per i client interrogare diversi tipi di dati usando una singola query.

Considerazioni:

• Complessità: Può aggiungere complessità al tuo schema.
• Prestazioni: La risoluzione dei tipi di interfaccia e unione può essere più costosa della risoluzione dei tipi concreti.
• Introspezione: Richiede che i client utilizzino l'introspezione per determinare il tipo concreto a runtime.

5. Pattern di Connessione (Connection Pattern)

Il pattern di connessione è un modo standard per implementare la paginazione nelle API GraphQL. Fornisce un modo coerente ed efficiente per recuperare grandi elenchi di dati in blocchi (chunk).

Come funziona:

• Definisci un tipo di connessione con i campi edges e pageInfo.
• Il campo edges contiene una lista di edge, ognuno dei quali contiene un campo node (il dato effettivo) e un campo cursor (un identificatore univoco per il nodo).
• Il campo pageInfo contiene informazioni sulla pagina corrente, come ad esempio se ci sono altre pagine e i cursori per il primo e l'ultimo nodo.
• Usa gli argomenti first, after, last e before per controllare la paginazione.

Esempio:

  
    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!
    }
  

Vantaggi:

• Paginazione standardizzata: Fornisce un modo coerente per implementare la paginazione in tutta la tua API.
• Recupero efficiente dei dati: Permette di recuperare grandi elenchi di dati in blocchi, riducendo il carico sul server e migliorando le prestazioni.
• Paginazione basata su cursore: Utilizza i cursori per tracciare la posizione di ogni nodo, il che è più efficiente della paginazione basata su offset.

Considerazioni:

• Complessità: Può aggiungere complessità al tuo schema.
• Overhead: Richiede campi e tipi aggiuntivi per implementare il pattern di connessione.
• Implementazione: Richiede un'implementazione attenta per garantire che i cursori siano unici e coerenti.

Considerazioni Globali

Quando si progetta uno schema GraphQL per un pubblico globale, considerare questi fattori aggiuntivi:

• Localizzazione: Usa direttive o tipi scalari personalizzati per supportare diverse lingue e regioni. Ad esempio, potresti avere uno scalare personalizzato `LocalizedText` che memorizza traduzioni per diverse lingue.
• Fusi orari: Memorizza i timestamp in UTC e consenti ai client di specificare il loro fuso orario per la visualizzazione.
• Valute: Usa un formato di valuta coerente e consenti ai client di specificare la loro valuta preferita per la visualizzazione. Considera uno scalare personalizzato `Currency` per rappresentare questo.
• Residenza dei dati: Assicurati che i tuoi dati siano archiviati in conformità con le normative locali. Ciò potrebbe richiedere la distribuzione della tua API in più regioni o l'uso di tecniche di mascheramento dei dati.
• Accessibilità: Progetta il tuo schema in modo che sia accessibile agli utenti con disabilità. Usa nomi di campo chiari e descrittivi e fornisci modi alternativi per accedere ai dati.

Ad esempio, considera un campo per la descrizione del prodotto:

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

Questo permette ai client di richiedere la descrizione in una lingua specifica. Se non viene specificata alcuna lingua, il valore predefinito è l'inglese (`en`).

Conclusione

La progettazione di schemi scalabile è essenziale per costruire API GraphQL robuste e manutenibili in grado di gestire le esigenze di un'applicazione globale. Seguendo i principi delineati in questo articolo e utilizzando i pattern di progettazione appropriati, puoi creare API facili da capire, modificare ed estendere, fornendo al contempo eccellenti prestazioni e scalabilità. Ricorda di modularizzare, comporre e astrarre il tuo schema, e di considerare le esigenze specifiche del tuo pubblico globale.

Adottando questi pattern, puoi sbloccare il pieno potenziale di GraphQL e costruire API in grado di alimentare le tue applicazioni per gli anni a venire.