GraphQL Schemaontwerp: Schaalbare Patronen voor Wereldwijde API's

GraphQL is uitgegroeid tot een krachtig alternatief voor traditionele REST API's, en biedt clients de flexibiliteit om precies de data op te vragen die ze nodig hebben. Echter, naarmate uw GraphQL API in complexiteit en omvang groeit – vooral wanneer deze een wereldwijd publiek met diverse datavereisten bedient – wordt een zorgvuldig schemaontwerp cruciaal voor onderhoudbaarheid, schaalbaarheid en prestaties. Dit artikel onderzoekt verschillende schaalbare GraphQL-schemaontwerppatronen om u te helpen robuuste API's te bouwen die de eisen van een wereldwijde applicatie aankunnen.

Het Belang van een Schaalbaar Schemaontwerp

Een goed ontworpen GraphQL-schema is de basis van een succesvolle API. Het dicteert hoe clients met uw data en services kunnen interageren. Een slecht schemaontwerp kan leiden tot een aantal problemen, waaronder:

• Prestatieknelpunten: Inefficiënte queries en resolvers kunnen uw databronnen overbelasten en de responstijden vertragen.
• Onderhoudsproblemen: Een monolithisch schema wordt moeilijk te begrijpen, aan te passen en te testen naarmate uw applicatie groeit.
• Beveiligingskwetsbaarheden: Slecht gedefinieerde toegangscontroles kunnen gevoelige gegevens blootstellen aan onbevoegde gebruikers.
• Beperkte schaalbaarheid: Een strak gekoppeld schema maakt het moeilijk om uw API te verdelen over meerdere servers of teams.

Voor wereldwijde applicaties worden deze problemen versterkt. Verschillende regio's kunnen verschillende datavereisten, wettelijke beperkingen en prestatieverwachtingen hebben. Een schaalbaar schemaontwerp stelt u in staat om deze uitdagingen effectief aan te gaan.

Kernprincipes van Schaalbaar Schemaontwerp

Voordat we ingaan op specifieke patronen, laten we enkele kernprincipes schetsen die als leidraad moeten dienen voor uw schemaontwerp:

• Modulariteit: Breek uw schema op in kleinere, onafhankelijke modules. Dit maakt het gemakkelijker om individuele delen van uw API te begrijpen, aan te passen en opnieuw te gebruiken.
• Compositie: Ontwerp uw schema zodat verschillende modules gemakkelijk kunnen worden gecombineerd en uitgebreid. Hierdoor kunt u nieuwe functies en functionaliteit toevoegen zonder bestaande clients te verstoren.
• Abstractie: Verberg de complexiteit van uw onderliggende databronnen en services achter een goed gedefinieerde GraphQL-interface. Dit stelt u in staat uw implementatie te wijzigen zonder dat dit gevolgen heeft voor clients.
• Consistentie: Handhaaf een consistente naamgevingsconventie, datastructuur en strategie voor foutafhandeling in uw hele schema. Dit maakt het voor clients gemakkelijker om uw API te leren en te gebruiken.
• Prestatieoptimalisatie: Houd in elke fase van het schemaontwerp rekening met de gevolgen voor de prestaties. Gebruik technieken zoals data loaders en field aliasing om het aantal databasequeries en netwerkverzoeken te minimaliseren.

Schaalbare Schemaontwerppatronen

Hier zijn verschillende schaalbare schemaontwerppatronen die u kunt gebruiken om robuuste GraphQL API's te bouwen:

1. Schema Stitching

Schema stitching stelt u in staat om meerdere GraphQL API's te combineren tot één enkel, verenigd schema. Dit is met name handig wanneer verschillende teams of services verantwoordelijk zijn voor verschillende delen van uw data. Het is alsof u verschillende mini-API's hebt die u aan elkaar koppelt via een 'gateway'-API.

Hoe het werkt:

1. Elk team of elke service stelt zijn eigen GraphQL API beschikbaar met een eigen schema.
2. Een centrale gatewayservice gebruikt schema-stitching-tools (zoals Apollo Federation of GraphQL Mesh) om deze schema's samen te voegen tot één enkel, verenigd schema.
3. Clients interageren met de gatewayservice, die verzoeken doorstuurt naar de juiste onderliggende API's.

Voorbeeld:

Stel u een e-commerceplatform voor met afzonderlijke API's voor producten, gebruikers en bestellingen. Elke API heeft zijn eigen schema:

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

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

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

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

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

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

De gatewayservice kan deze schema's samenvoegen om een verenigd schema te creëren:

  
    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
    }
  

Merk op hoe het Order-type nu verwijzingen naar User en Product bevat, ook al zijn deze types in afzonderlijke API's gedefinieerd. Dit wordt bereikt door middel van schema-stitching-richtlijnen (zoals @relation in dit voorbeeld).

Voordelen:

• Gedecentraliseerd eigendom: Elk team kan zijn eigen data en API onafhankelijk beheren.
• Verbeterde schaalbaarheid: U kunt elke API onafhankelijk schalen op basis van zijn specifieke behoeften.
• Verminderde complexiteit: Clients hoeven slechts met één enkel API-eindpunt te interageren.

Overwegingen:

• Complexiteit: Schema stitching kan complexiteit toevoegen aan uw architectuur.
• Latentie: Het routeren van verzoeken via de gatewayservice kan latentie introduceren.
• Foutafhandeling: U moet een robuuste foutafhandeling implementeren om storingen in de onderliggende API's op te vangen.

2. Schemafederatie

Schemafederatie is een evolutie van schema stitching, ontworpen om enkele van de beperkingen ervan aan te pakken. Het biedt een meer declaratieve en gestandaardiseerde aanpak voor het samenstellen van GraphQL-schema's.

Hoe het werkt:

1. Elke service stelt een GraphQL API beschikbaar en annoteert zijn schema met federatierichtlijnen (bijv. @key, @extends, @external).
2. Een centrale gatewayservice (die Apollo Federation gebruikt) gebruikt deze richtlijnen om een supergraph op te bouwen – een representatie van het gehele gefedereerde schema.
3. De gatewayservice gebruikt de supergraph om verzoeken naar de juiste onderliggende services te routeren en afhankelijkheden op te lossen.

Voorbeeld:

Met hetzelfde e-commercevoorbeeld zouden de gefedereerde schema's er als volgt uit kunnen zien:

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

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

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

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

    # Bestellingen API
    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
    }
  

Let op het gebruik van federatierichtlijnen:

• @key: Specificeert de primaire sleutel voor een type.
• @requires: Geeft aan dat een veld data van een andere service vereist.
• @extends: Stelt een service in staat om een type uit te breiden dat in een andere service is gedefinieerd.

Voordelen:

• Declaratieve compositie: Federatierichtlijnen maken het gemakkelijker om schema-afhankelijkheden te begrijpen en te beheren.
• Verbeterde prestaties: Apollo Federation optimaliseert de queryplanning en -uitvoering om de latentie te minimaliseren.
• Verbeterde typeveiligheid: De supergraph zorgt ervoor dat alle types consistent zijn over alle services.

Overwegingen:

• Tooling: Vereist het gebruik van Apollo Federation of een compatibele federatie-implementatie.
• Complexiteit: Kan complexer zijn om op te zetten dan schema stitching.
• Leercurve: Ontwikkelaars moeten de federatierichtlijnen en -concepten leren.

3. Modulair Schemaontwerp

Modulair schemaontwerp houdt in dat een groot, monolithisch schema wordt opgedeeld in kleinere, beter beheersbare modules. Dit maakt het gemakkelijker om individuele delen van uw API te begrijpen, aan te passen en opnieuw te gebruiken, zelfs zonder gebruik te maken van gefedereerde schema's.

Hoe het werkt:

Identificeer logische grenzen binnen uw schema (bijv. gebruikers, producten, bestellingen).

Creëer afzonderlijke modules voor elke grens, waarin de types, queries en mutaties met betrekking tot die grens worden gedefinieerd.

Gebruik import/export-mechanismen (afhankelijk van uw GraphQL-serverimplementatie) om de modules te combineren tot één enkel, verenigd schema.

Voorbeeld (met JavaScript/Node.js):

Maak afzonderlijke bestanden voor elke module:

  
    // 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
    }
  

Combineer ze vervolgens in uw hoofdschemabestand:

  
    // 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;
  

Voordelen:

• Verbeterde onderhoudbaarheid: Kleinere modules zijn gemakkelijker te begrijpen en aan te passen.
• Verhoogde herbruikbaarheid: Modules kunnen worden hergebruikt in andere delen van uw applicatie.
• Betere samenwerking: Verschillende teams kunnen onafhankelijk aan verschillende modules werken.

Overwegingen:

• Overhead: Modularisatie kan enige overhead toevoegen aan uw ontwikkelproces.
• Complexiteit: U moet de grenzen tussen modules zorgvuldig definiëren om circulaire afhankelijkheden te voorkomen.
• Tooling: Vereist het gebruik van een GraphQL-serverimplementatie die modulaire schemadefinitie ondersteunt.

4. Interface- en Union-Types

Interface- en union-types stellen u in staat om abstracte types te definiëren die door meerdere concrete types kunnen worden geïmplementeerd. Dit is handig voor het representeren van polymorfe data – data die verschillende vormen kan aannemen afhankelijk van de context.

Hoe het werkt:

• Definieer een interface- of union-type met een set gemeenschappelijke velden.
• Definieer concrete types die de interface implementeren of lid zijn van de union.
• Gebruik het __typename-veld om het concrete type tijdens runtime te identificeren.

Voorbeeld:

  
    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 dit voorbeeld implementeren zowel User als Product de Node-interface, die een gemeenschappelijk id-veld definieert. Het SearchResult-union-type vertegenwoordigt een zoekresultaat dat ofwel een User of een Product kan zijn. Clients kunnen het `search`-veld bevragen en vervolgens het `__typename`-veld gebruiken om te bepalen welk type resultaat ze hebben ontvangen.

Voordelen:

• Flexibiliteit: Stelt u in staat om polymorfe data op een typeveilige manier weer te geven.
• Hergebruik van code: Vermindert duplicatie van code door gemeenschappelijke velden in interfaces en unions te definiëren.
• Verbeterde bevragingsmogelijkheden: Maakt het voor clients gemakkelijker om verschillende soorten data op te vragen met een enkele query.

Overwegingen:

• Complexiteit: Kan complexiteit toevoegen aan uw schema.
• Prestaties: Het resolven van interface- en union-types kan kostbaarder zijn dan het resolven van concrete types.
• Introspectie: Vereist dat clients introspectie gebruiken om het concrete type tijdens runtime te bepalen.

5. Connection-Patroon

Het connection-patroon is een standaardmanier om paginering in GraphQL API's te implementeren. Het biedt een consistente en efficiënte manier om grote lijsten met data in brokken op te halen.

Hoe het werkt:

• Definieer een connection-type met de velden edges en pageInfo.
• Het edges-veld bevat een lijst van 'edges', die elk een node-veld (de feitelijke data) en een cursor-veld (een unieke identificatie voor de node) bevatten.
• Het pageInfo-veld bevat informatie over de huidige pagina, zoals of er meer pagina's zijn en de cursors voor de eerste en laatste nodes.
• Gebruik de argumenten first, after, last en before om de paginering te besturen.

Voorbeeld:

  
    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!
    }
  

Voordelen:

• Gestandaardiseerde paginering: Biedt een consistente manier om paginering in uw hele API te implementeren.
• Efficiënte dataophaling: Stelt u in staat grote lijsten met data in brokken op te halen, wat de belasting van uw server vermindert en de prestaties verbetert.
• Cursor-gebaseerde paginering: Gebruikt cursors om de positie van elke node bij te houden, wat efficiënter is dan op offset gebaseerde paginering.

Overwegingen:

• Complexiteit: Kan complexiteit toevoegen aan uw schema.
• Overhead: Vereist extra velden en types om het connection-patroon te implementeren.
• Implementatie: Vereist een zorgvuldige implementatie om ervoor te zorgen dat cursors uniek en consistent zijn.

Wereldwijde Overwegingen

Wanneer u een GraphQL-schema ontwerpt voor een wereldwijd publiek, overweeg dan deze extra factoren:

• Lokalisatie: Gebruik richtlijnen of aangepaste scalaire types om verschillende talen en regio's te ondersteunen. U zou bijvoorbeeld een aangepaste `LocalizedText`-scalar kunnen hebben die vertalingen voor verschillende talen opslaat.
• Tijdzones: Sla tijdstempels op in UTC en sta clients toe hun tijdzone op te geven voor weergavedoeleinden.
• Valuta's: Gebruik een consistent valutaformaat en sta clients toe hun voorkeursvaluta op te geven voor weergavedoeleinden. Overweeg een aangepaste `Currency`-scalar om dit weer te geven.
• Dataresidentie: Zorg ervoor dat uw data wordt opgeslagen in overeenstemming met de lokale regelgeving. Dit kan vereisen dat u uw API in meerdere regio's implementeert of datamaskeringstechnieken gebruikt.
• Toegankelijkheid: Ontwerp uw schema zodat het toegankelijk is voor gebruikers met een handicap. Gebruik duidelijke en beschrijvende veldnamen en bied alternatieve manieren om toegang te krijgen tot data.

Neem bijvoorbeeld een veld voor productbeschrijving:

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

Dit stelt clients in staat de beschrijving in een specifieke taal op te vragen. Als er geen taal is opgegeven, wordt standaard Engels (en) gebruikt.

Conclusie

Een schaalbaar schemaontwerp is essentieel voor het bouwen van robuuste en onderhoudbare GraphQL API's die de eisen van een wereldwijde applicatie aankunnen. Door de principes in dit artikel te volgen en de juiste ontwerppatronen te gebruiken, kunt u API's creëren die gemakkelijk te begrijpen, aan te passen en uit te breiden zijn, terwijl ze ook uitstekende prestaties en schaalbaarheid bieden. Vergeet niet uw schema te modulariseren, samen te stellen en te abstraheren, en rekening te houden met de specifieke behoeften van uw wereldwijde publiek.

Door deze patronen te omarmen, kunt u het volledige potentieel van GraphQL ontsluiten en API's bouwen die uw applicaties nog jarenlang kunnen aandrijven.