Frontend API Sąsaja: GraphQL Federacija ir Schemų Sujungimas

Šiuolaikinių interneto aplikacijų kūrimo pasaulyje duomenų valdymas iš kelių šaltinių gali būti didelis iššūkis. Aplikacijoms tampant vis sudėtingesnėms ir pereinant prie mikropaslaugų architektūros, būtinybė turėti vieningą ir efektyvų būdą pasiekti duomenis tampa itin svarbi. Frontend API sąsaja (angl. Frontend API Gateway) veikia kaip centrinis įėjimo taškas kliento aplikacijoms, agreguodama duomenis iš įvairių backend paslaugų ir suteikdama supaprastintą patirtį tiek kūrėjams, tiek galutiniams vartotojams. Šiame tinklaraščio įraše nagrinėjamos dvi galingos technikos Frontend API sąsajai kurti: GraphQL federacija ir schemų sujungimas.

Kas yra Frontend API Sąsaja?

Frontend API sąsaja yra architektūrinis modelis, kuriame dedikuotas serveris veikia kaip tarpininkas tarp frontend klientų (pvz., interneto naršyklių, mobiliųjų programėlių) ir kelių backend paslaugų. Ji supaprastina duomenų gavimą:

• Duomenų agregavimas: Duomenų iš kelių šaltinių sujungimas į vieną atsakymą.
• Duomenų transformavimas: Duomenų formatų pritaikymas frontend'o poreikiams.
• Sudėtingumo abstrahavimas: Backend paslaugų sudėtingumo slėpimas nuo kliento.
• Saugumo užtikrinimas: Autentifikacijos ir autorizacijos politikos įgyvendinimas.
• Našumo optimizavimas: Dažnai naudojamų duomenų kaušavimas (angl. caching) ir tinklo užklausų skaičiaus mažinimas.

Iš esmės, ji įgyvendina „Backend for Frontend“ (BFF) modelį dideliu mastu ir suteikia frontend komandoms daugiau kontrolės valdant API, kurias jos naudoja. Didesnėse organizacijose, kai frontend komanda pati valdo ir kuruoja savo API, tai gali lemti greitesnį produktų pristatymą ir mažesnę priklausomybę nuo backend komandų.

Kodėl naudoti GraphQL Frontend API Sąsajai?

GraphQL yra užklausų kalba API ir vykdymo aplinka, skirta šioms užklausoms įvykdyti su jūsų esamais duomenimis. Ji siūlo keletą pranašumų, palyginti su tradicinėmis REST API, todėl puikiai tinka Frontend API sąsajoms kurti:

• Efektyvus duomenų gavimas: Klientai prašo tik tų duomenų, kurių jiems reikia, taip sumažinant perteklinį duomenų gavimą (angl. over-fetching) ir pagerinant našumą.
• Griežtas tipizavimas: GraphQL schemos apibrėžia duomenų struktūrą, kas leidžia naudoti geresnius įrankius ir validaciją.
• Introspekcija: Klientai gali atrasti prieinamus duomenis ir operacijas per schemos introspekciją.
• Realaus laiko galimybės: GraphQL prenumeratos (angl. subscriptions) leidžia gauti duomenų atnaujinimus realiu laiku.

Pasitelkdama GraphQL, Frontend API sąsaja gali suteikti lanksčią, efektyvią ir programuotojui draugišką sąsają duomenims iš kelių backend paslaugų pasiekti. Tai smarkiai kontrastuoja su tradiciniais metodais, kai naudojami keli REST galiniai taškai (angl. endpoints), kuriuos reikia kviesti atskirai ir kurie dažnai grąžina daugiau duomenų, nei reikia.

GraphQL Federacija: Paskirstytas Požiūris

Kas yra GraphQL Federacija?

GraphQL federacija yra galinga technika, skirta sukurti paskirstytą GraphQL API, sujungiant kelias GraphQL paslaugas (vadinamas „subgrafais“) į vieną, bendrą schemą. Kiekvienas subgrafas yra atsakingas už tam tikrą sritį ar duomenų šaltinį, o federacijos sąsaja organizuoja užklausas tarp šių subgrafų.

Pagrindinė koncepcija sukasi aplink supergrafą (angl. supergraph) – vieną, bendrą GraphQL schemą, kuri atstovauja visai API. Šis supergrafas yra sukuriamas sujungiant mažesnes GraphQL schemas, vadinamas subgrafais (angl. subgraphs), kurių kiekviena atstovauja konkrečiai mikropaslaugai ar duomenų šaltiniui. Federacijos sąsaja yra atsakinga už gaunamų GraphQL užklausų nukreipimą į atitinkamus subgrafus ir rezultatų sujungimą į vieną atsakymą.

Kaip veikia GraphQL Federacija

1. Subgrafo apibrėžimas: Kiekviena mikropaslauga pateikia GraphQL API (subgrafą), kuri apibrėžia savo duomenis ir operacijas. Šiose schemose yra direktyvų, kurios nurodo federacijos sąsajai, kaip išspręsti tipus ir laukus. Pagrindinės direktyvos apima `@key`, `@external` ir `@requires`.
2. Supergrafo sudarymas: Federacijos sąsaja (pvz., Apollo Gateway) gauna schemas iš kiekvieno subgrafo ir sujungia jas į vieną, bendrą schemą (supergrafą). Šis procesas apima tipų ir laukų konfliktų sprendimą bei ryšių tarp tipų nustatymą skirtinguose subgrafuose.
3. Užklausos planavimas ir vykdymas: Kai klientas siunčia GraphQL užklausą į sąsają, sąsaja analizuoja užklausą ir nustato, kuriuos subgrafus reikia apklausti, kad būtų įvykdytas prašymas. Tada ji paskirsto užklausą atitinkamiems subgrafams, surenka rezultatus ir sujungia juos į vieną atsakymą, kuris grąžinamas klientui.

Pavyzdys: El. prekybos platforma su GraphQL Federacija

Įsivaizduokite el. prekybos platformą su atskiromis mikropaslaugomis produktams, klientams ir užsakymams.

• Produktų Subgrafas: Tvarko informaciją apie produktus (pavadinimas, aprašymas, kaina ir t. t.).
• Klientų Subgrafas: Tvarko klientų duomenis (vardas, adresas, el. paštas ir t. t.).
• Užsakymų Subgrafas: Tvarko užsakymų informaciją (užsakymo ID, kliento ID, produktų ID, bendra suma ir t. t.).

Kiekvienas subgrafas pateikia GraphQL API, o federacijos sąsaja sujungia šias API į vieną supergrafą. Tada klientas gali siųsti užklausą į supergrafą, kad vienu prašymu gautų informaciją apie produktus, klientus ir užsakymus.

Pavyzdžiui, užklausa, skirta gauti kliento vardą ir jo užsakymų istoriją, galėtų atrodyti taip:

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

Federacijos sąsaja nukreiptų šią užklausą į Klientų ir Užsakymų subgrafus, gautų reikiamus duomenis ir sujungtų juos į vieną atsakymą.

GraphQL Federacijos Privalumai

• Supaprastinta duomenų prieiga: Klientai sąveikauja su vienu GraphQL galiniu tašku (angl. endpoint), nepriklausomai nuo pagrindinių duomenų šaltinių.
• Pagerintas našumas: Duomenų gavimas optimizuojamas gaunant tik reikiamus duomenis iš kiekvieno subgrafo.
• Padidintas mastelio keitimas: Kiekvieną subgrafą galima keisti nepriklausomai, kas leidžia geriau išnaudoti resursus.
• Decentralizuotas kūrimas: Komandos gali kurti ir diegti subgrafus nepriklausomai, skatinant lankstumą ir inovacijas.
• Schemos valdymas: Federacijos sąsaja užtikrina schemos nuoseklumą ir suderinamumą tarp subgrafų.

Įrankiai GraphQL Federacijai

• Apollo Federation: Populiarus atviro kodo GraphQL federacijos įgyvendinimas, teikiantis sąsają, schemų registrą ir įrankius federacinėms GraphQL API kurti ir valdyti. Apollo Federation yra žinoma dėl savo mastelio keitimo galimybių ir patikimo klaidų apdorojimo.
• GraphQL Hive: Šis įrankis siūlo schemų registrą ir valdymą GraphQL federacinėms paslaugoms, teikdamas tokias funkcijas kaip pokyčių aptikimas, naudojimo analizė ir schemų patikros. Jis pagerina supergrafo matomumą ir kontrolę.

Schemų Sujungimas: Alternatyvus Požiūris

Kas yra Schemų Sujungimas?

Schemų sujungimas (angl. Schema Stitching) yra dar viena technika, skirta sujungti kelias GraphQL schemas į vieną, bendrą schemą. Skirtingai nuo federacijos, schemų sujungimas paprastai apima labiau rankinį procesą, apibrėžiant, kaip tipai ir laukai iš skirtingų schemų yra sujungiami. Nors federacija laikoma modernesniu ir patikimesniu sprendimu, schemų sujungimas gali būti tinkamas pasirinkimas paprastesniems atvejams arba migruojant nuo esamų GraphQL API.

Kaip veikia Schemų Sujungimas

1. Schemos apibrėžimas: Kiekviena mikropaslauga pateikia GraphQL API su savo schema.
2. Sujungimo logika: Sujungimo sluoksnis (dažnai įgyvendinamas naudojant bibliotekas, tokias kaip GraphQL Tools) apibrėžia, kaip tipai ir laukai iš skirtingų schemų yra sujungiami. Tai apima sprendiklių (angl. resolver) funkcijų rašymą, kurios gauna duomenis iš pagrindinių paslaugų ir priskiria juos bendrai schemai.
3. Bendra schema: Sujungimo sluoksnis sujungia atskiras schemas į vieną, bendrą schemą, kuri yra pateikiama klientui.

Pavyzdys: Produktų ir Atsiliepimų Sujungimas

Įsivaizduokite dvi atskiras GraphQL paslaugas: vieną produktams ir kitą atsiliepimams.

• Produktų Paslauga: Teikia informaciją apie produktus (ID, pavadinimas, aprašymas, kaina).
• Atsiliepimų Paslauga: Teikia atsiliepimus apie produktus (ID, produkto ID, įvertinimas, komentaras).

Naudodami schemų sujungimą, galite sukurti bendrą schemą, kuri leidžia klientams gauti informaciją apie produktus ir atsiliepimus vienoje užklausoje.

Jums reikėtų apibrėžti sprendiklio funkciją sujungimo sluoksnyje, kuri gautų atsiliepimus apie konkretų produkto ID iš Atsiliepimų Paslaugos ir pridėtų juos prie Produkto tipo bendroje schemoje.

// Pavyzdys (konceptualus): Sujungimo logika naudojant GraphQL Tools
const { stitchSchemas } = require('@graphql-tools/stitch');

const productsSchema = ... // Apibrėžkite savo produktų schemą
const reviewsSchema = ... // Apibrėžkite savo atsiliepimų schemą

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) => {
          // Gauti atsiliepimus apie produktą iš Atsiliepimų Paslaugos
          return fetchReviewsForProduct(product.id);
        },
      },
    },
  },
});

Šis pavyzdys parodo pagrindinę schemų sujungimo koncepciją. Atkreipkite dėmesį į poreikį rašyti individualius sprendiklius, kad gautumėte `reviews` lauką. Ši papildoma sprendiklių kodavimo našta kiekvienam ryšiui gali padaryti kūrimo procesą lėtesnį nei naudojant federaciją.

Schemų Sujungimo Privalumai

• Bendra API: Klientai kreipiasi į vieną GraphQL galinį tašką, supaprastinant duomenų prieigą.
• Laipsniškas pritaikymas: Schemų sujungimą galima įgyvendinti palaipsniui, leidžiant jums pamažu pereiti prie bendros API.
• Lankstumas: Schemų sujungimas suteikia daugiau kontrolės, kaip schemos yra sujungiamos, leidžiant pritaikyti sujungimo logiką pagal konkrečius poreikius.

Schemų Sujungimo Trūkumai

• Rankinis konfigūravimas: Schemų sujungimas reikalauja rankinio sujungimo logikos konfigūravimo, kas gali būti sudėtinga ir atimti daug laiko.
• Našumo pridėtinės išlaidos: Sprendiklių funkcijos gali sukelti našumo problemų, ypač jei jos apima sudėtingas duomenų transformacijas.
• Ribotas mastelio keitimas: Schemų sujungimą gali būti sunkiau plėsti nei federaciją, nes sujungimo logika paprastai yra centralizuota.
• Schemos nuosavybė: Gali kilti neaiškumų dėl schemos nuosavybės, ypač jei skirtingos komandos valdo sujungtas paslaugas.

Įrankiai Schemų Sujungimui

• GraphQL Tools: Populiari biblioteka, skirta kurti ir manipuliuoti GraphQL schemomis, įskaitant palaikymą schemų sujungimui.
• GraphQL Mesh: GraphQL Mesh leidžia naudoti GraphQL užklausų kalbą duomenims pasiekti iš įvairių šaltinių, tokių kaip REST API, duomenų bazės ir gRPC. Ji gali sujungti šias API į vieną bendrą GraphQL schemą.

GraphQL Federacija vs. Schemų Sujungimas: Palyginimas

Tiek GraphQL federacija, tiek schemų sujungimas siūlo būdus, kaip sujungti kelias GraphQL schemas į vieną API, tačiau jos skiriasi savo požiūriu ir galimybėmis.

Savybė	GraphQL Federacija	Schemų Sujungimas
Požiūris	Paskirstytas, automatinis sujungimas	Centralizuotas, rankinis konfigūravimas
Sudėtingumas	Mažesnis sudėtingumas prižiūrint ir plečiant	Didesnis sudėtingumas dėl rankinės sprendiklių logikos
Mastelio keitimas	Sukurta didelio masto, paskirstytoms sistemoms	Mažiau plečiama, paprastai naudojama mažesnėms aplikacijoms
Schemos valdymas	Įmontuotas schemos valdymas ir validacija	Reikalauja rankinio schemos valdymo ir koordinavimo
Įrankiai	Stipri įrankių ir bibliotekų ekosistema (pvz., Apollo Federation)	Reikalauja daugiau individualių įrankių ir konfigūracijos
Panaudojimo atvejai	Mikropaslaugų architektūros, didelio masto API, decentralizuotas kūrimas	Mažesnės aplikacijos, laipsniška migracija, specifiniai pritaikymo reikalavimai

Kada naudoti GraphQL Federaciją: Rinkitės federaciją, kai turite sudėtingą mikropaslaugų architektūrą, reikia plėsti savo API ir norite suteikti nepriklausomoms komandoms galimybę valdyti savo subgrafus. Tai taip pat supaprastina schemos valdymą ir priežiūrą.

Kada naudoti Schemų Sujungimą: Apsvarstykite schemų sujungimą, kai turite paprastesnę API, reikia daugiau kontrolės sujungimo logikai arba migruojate nuo esamų GraphQL API. Tačiau būkite atsargūs dėl galimų sudėtingumų ir mastelio keitimo apribojimų.

Autentifikacijos ir Autorizacijos Įgyvendinimas

Nepriklausomai nuo to, ar pasirinksite GraphQL federaciją, ar schemų sujungimą, autentifikacijos ir autorizacijos įgyvendinimas yra būtinas jūsų Frontend API sąsajos saugumui užtikrinti. Galite pasirinkti kelis požiūrius:

• Autentifikacija sąsajos lygmeniu: API sąsaja tvarko autentifikaciją ir autorizaciją prieš nukreipdama užklausas į backend paslaugas. Šis požiūris centralizuoja saugumo logiką ir supaprastina backend paslaugas. Dažniausi metodai yra JWT (JSON Web Token) validacija ir OAuth 2.0.
• Autentifikacija paslaugos lygmeniu: Kiekviena backend paslauga tvarko savo autentifikaciją ir autorizaciją. Šis požiūris suteikia detalesnę saugumo kontrolę, bet gali būti sudėtingiau valdomas.
• Hibridinis požiūris: Sąsajos ir paslaugos lygmens autentifikacijos derinys. Sąsaja atlieka pradinę autentifikaciją, o backend paslaugos atlieka detalesnius autorizacijos patikrinimus.

Pavyzdys: JWT Autentifikacija su Apollo Federation

Su Apollo Federation galite konfigūruoti sąsają taip, kad ji tikrintų JWT žetonus, esančius užklausos antraštėse. Tada sąsaja gali perduoti iš žetono išgautą vartotojo informaciją subgrafams, kurie gali naudoti šią informaciją autorizacijai.

// Pavyzdys (konceptualus): Apollo Gateway konfigūracija su JWT validacija
const { ApolloGateway } = require('@apollo/gateway');

const gateway = new ApolloGateway({
  serviceList: [
    // ... jūsų subgrafų konfigūracijos
  ],
  buildService: ({ name, url }) => {
    return new MyCustomService({
      name,  // Subgrafo pavadinimas
      url,   // Subgrafo URL
    });
  },
});

class MyCustomService extends RemoteGraphQLDataSource {
  willSendRequest({ request, context }) {
    // Gauti vartotoją iš konteksto
    const user = context.user;

    // Pridėti vartotojo ID prie užklausos antraščių
    if (user) {
      request.http.headers.set('user-id', user.id);
    }
  }
}

Šiame pavyzdyje sukuriama individuali paslauga, kuri modifikuoja išeinančias užklausas, įtraukdama vartotojo ID, gautą iš JWT. Tolesnės paslaugos (angl. downstream services) gali naudoti šį ID autorizacijos patikrinimams.

Kaušavimo (Caching) Strategijos Našumo Optimizavimui

Kaušavimas (angl. caching) yra būtinas norint pagerinti Frontend API sąsajos našumą. Kaušaudami dažnai pasiekiamus duomenis, galite sumažinti backend paslaugų apkrovą ir pagerinti atsakymų laiką klientams. Štai keletas kaušavimo strategijų:

• HTTP kaušavimas: Pasinaudokite HTTP kaušavimo mechanizmais (pvz., `Cache-Control` antraštėmis), kad kaušautumėte atsakymus naršyklėje ir tarpiniuose serveriuose (angl. proxies).
• Kaušavimas atmintyje: Naudokite atminties kaušus (pvz., Redis, Memcached), kad kaušautumėte dažnai pasiekiamus duomenis sąsajoje.
• CDN kaušavimas: Naudokite turinio pristatymo tinklus (CDN), kad kaušautumėte statinius išteklius ir API atsakymus arčiau kliento.
• GraphQL užklausų kaušavimas: Kaušaukite GraphQL užklausų rezultatus pagal jų užklausos eilutę ir kintamuosius. Tai gali būti ypač efektyvu dažnai vykdomoms užklausoms. Apollo Server siūlo integruotą palaikymą užklausų kaušavimui.

Įgyvendindami kaušavimą, apsvarstykite kaušo anuliavimo (angl. cache invalidation) strategijas, kad užtikrintumėte, jog klientai gautų naujausius duomenis. Dažniausios strategijos yra:

• Galiojimas pagal laiką: Nustatykite fiksuotą kaušinamų duomenų galiojimo laiką.
• Anuliavimas pagal įvykį: Anuliuokite kaušą, kai duomenys pasikeičia backend paslaugose. Tai galima pasiekti naudojant webhooks arba pranešimų eiles.

Stebėsena ir Matomumas (Monitoring and Observability)

Stebėsena ir matomumas yra kritiškai svarbūs jūsų Frontend API sąsajos būklei ir našumui užtikrinti. Įgyvendinkite išsamią stebėseną, kad sektumėte pagrindinius rodiklius, tokius kaip:

• Užklausos delsa: Laikas, per kurį apdorojama užklausa.
• Klaidų dažnis: Procentas užklausų, kurios baigiasi klaidomis.
• Pralaidumas: Apdorotų užklausų skaičius per laiko vienetą.
• Resursų naudojimas: Sąsajos ir backend paslaugų procesoriaus, atminties ir tinklo naudojimas.

Naudokite atsekamumą (angl. tracing), kad sektumėte užklausas, kai jos keliauja per sistemą, identifikuodami kliūtis ir našumo problemas. Žurnalų vedimas (angl. logging) suteikia vertingų įžvalgų apie sąsajos ir backend paslaugų elgseną.

Įrankiai stebėsenai ir matomumui apima:

• Prometheus: Atviro kodo stebėsenos ir perspėjimų sistema.
• Grafana: Duomenų vizualizavimo ir stebėsenos įrankis.
• Jaeger: Atviro kodo paskirstyta atsekamumo sistema.
• Datadog: Debesų aplikacijų stebėsenos ir saugumo platforma.
• New Relic: Skaitmeninės žvalgybos platforma programinės įrangos našumui stebėti ir gerinti.

Įgyvendindami patikimą stebėseną ir matomumą, galite proaktyviai identifikuoti ir spręsti problemas, užtikrindami savo Frontend API sąsajos patikimumą ir našumą.

Išvada

Frontend API sąsaja, sukurta naudojant GraphQL federaciją ar schemų sujungimą, gali žymiai supaprastinti duomenų prieigą, pagerinti našumą ir patobulinti kūrėjų patirtį šiuolaikinėse interneto aplikacijose. GraphQL federacija suteikia galingą ir plečiamą sprendimą paskirstytoms GraphQL API sujungti, o schemų sujungimas siūlo lankstesnį požiūrį esamoms schemoms derinti. Atidžiai apsvarstę specifinius savo aplikacijos reikalavimus ir šių technikų kompromisus, galite pasirinkti geriausią požiūrį tvirtai ir efektyviai Frontend API sąsajai sukurti.

Nepamirškite įgyvendinti tinkamos autentifikacijos ir autorizacijos, kaušavimo strategijų bei stebėsenos ir matomumo, kad užtikrintumėte savo sąsajos saugumą, našumą ir patikimumą. Taikydami šias geriausias praktikas, galite išnaudoti visą GraphQL potencialą ir kurti šiuolaikines interneto aplikacijas, kurios teikia išskirtinę vartotojo patirtį.