Frontend API Gateway: Mestring av skjemaføderasjon og stitching med GraphQL

I det raskt utviklende landskapet for moderne webutvikling har innføringen av mikrotjenestearkitektur blitt en hjørnestein for å bygge skalerbare, robuste og vedlikeholdbare applikasjoner. Etter hvert som systemer vokser og diversifiseres, kan det å håndtere et mangfold av uavhengige tjenester by på betydelige utfordringer, spesielt for frontend-team. Det er her kraften i GraphQL, kombinert med sofistikerte API-gateway-strategier som skjemaføderasjon og stitching, virkelig kommer til sin rett.

Denne omfattende guiden dykker ned i kompleksiteten ved å utnytte GraphQL som en frontend API-gateway, med et dypdykk i de kritiske konseptene skjemaføderasjon og skjemastitching. Vi vil utforske hvordan disse teknikkene muliggjør opprettelsen av et enhetlig, kraftig GraphQL API fra separate mikrotjeneste-skjemaer, og dermed effektiviserer frontend-utvikling, forbedrer ytelsen og fremmer en mer sammenhengende utvikleropplevelse på tvers av globale team.

Fremveksten av mikrotjenester og utfordringen for frontend

Mikrotjenestearkitektur gir mange fordeler, inkludert uavhengig distribusjon, teknologimangfold og feilisolering. For frontend-applikasjoner kan imidlertid denne distribuerte naturen føre til økt kompleksitet. Frontend-utviklere må ofte samhandle med en rekke backend-tjenester, hver med sitt eget API-design, dataformat og kommunikasjonsprotokoller. Dette kan føre til:

• Økt antall nettverksforespørsler: Innhenting av data krever ofte flere rundturer til forskjellige tjenester.
• Kompleks datainnsamling: Frontend-team må manuelt kombinere data fra ulike kilder.
• Tett kobling: Endringer i backend-tjenester kan ha en uforholdsmessig stor innvirkning på frontend.
• Utviklertretthet: Byrden med å håndtere flere API-interaksjoner kan bremse utviklingssyklusene.

Fremveksten av Backend for Frontend (BFF)-mønsteret forsøkte å løse noen av disse problemene ved å lage skreddersydde backend-tjenester for spesifikke frontend-klienter. Selv om det er effektivt, kan en ren BFF-tilnærming noen ganger føre til en spredning av backend-tjenester, noe som øker vedlikeholdsbyrden. GraphQL presenterer et overbevisende alternativ, og tilbyr ett enkelt endepunkt for klienter til å spørre etter nøyaktig de dataene de trenger, noe som reduserer over-fetching og under-fetching.

GraphQL som en frontend API-gateway

GraphQL, med sine deklarative datahentingsmuligheter, er unikt posisjonert til å fungere som et aggregeringslag i et mikrotjenestemiljø. I stedet for å konsumere flere REST API-er eller gRPC-tjenester direkte, samhandler frontend-klienter med ett enkelt GraphQL-endepunkt. Dette GraphQL-endepunktet, som fungerer som en API-gateway, kan deretter løse spørringer ved å orkestrere forespørsler til ulike underliggende mikrotjenester.

Kjerneutfordringen blir da hvordan man bygger dette enhetlige GraphQL-skjemaet fra de individuelle skjemaene til mikrotjenestene dine. Det er nettopp her skjemaføderasjon og skjemastitching kommer inn i bildet.

Forståelse av skjemastitching

Skjemastitching, en av de tidligere tilnærmingene for å kombinere GraphQL-skjemaer, innebærer å slå sammen flere GraphQL-skjemaer til ett enkelt, sammenhengende skjema. Kjerneideen er å ta skjemaer fra forskjellige GraphQL-tjenester og kombinere dem, vanligvis ved å legge til typer og felt fra ett skjema til et annet.

Hvordan skjemastitching fungerer:

Skjemastitching involverer vanligvis:

1. Henting av delskjemaer: Stitching-gatewayen henter introspeksjonsskjemaet fra hver av de underliggende GraphQL-mikrotjenestene.
2. Sammenslåing av skjemaer: Et bibliotek (som graphql-tools' mergeSchemas-funksjon) slår sammen disse delskjemaene. Denne prosessen innebærer å løse potensielle konflikter, som dupliserte typenavn, og definere hvordan typer fra forskjellige skjemaer forholder seg til hverandre.
3. Løsning av kryss-skjema-spørringer: Når en spørring trenger data fra flere tjenester, må stitching-gatewayen konfigureres til å delegere deler av spørringen til den aktuelle underliggende tjenesten. Dette innebærer ofte å definere 'fjerntliggende skjemaer' og videresende spørringer.

Nøkkelkonsepter i skjemastitching:

• Typesammenslåing: Tillater at typer med samme navn i forskjellige skjemaer kan kombineres.
• Skjemautvidelser: Legger til felt fra ett skjema til en type definert i et annet. For eksempel, å legge til et reviews-felt til en Product-type definert i en separat produkttjeneste.
• Delegering: Kjerne-mekanismen for å videresende deler av en GraphQL-spørring til den aktuelle underliggende GraphQL-tjenesten.

Fordeler med skjemastitching:

• Enkelhet for mindre prosjekter: Kan være enkelt å implementere for et begrenset antall tjenester.
• Fleksibilitet: Gir finkornet kontroll over hvordan skjemaer kombineres.

Ulemper med skjemastitching:

• Manuell konfigurasjon: Kan bli komplekst og feilutsatt etter hvert som antall tjenester vokser.
• Potensial for konflikter: Håndtering av kollisjoner i type- og feltnavn krever nøye planlegging.
• Ytelseshensyn: Ineffektiv delegering kan føre til ytelsesflaskehalser.
• Tett kobling: Gatewayen må ofte være klar over de underliggende tjenesteimplementeringene, noe som skaper en form for kobling.

Introduksjon til skjemaføderasjon

Skjemaføderasjon dukket opp som en mer robust og skalerbar løsning på utfordringene som skjemastitching sto overfor, spesielt i store, distribuerte mikrotjenestearkitekturer. Utviklet primært av Apollo, lar skjemaføderasjon deg bygge ett enkelt GraphQL API fra flere uavhengige GraphQL-tjenester, kjent som subgrafer.

Den fundamentale forskjellen ligger i tilnærmingen til skjemakomposisjon. I stedet for å slå sammen eksisterende skjemaer, definerer skjemaføderasjon en protokoll der subgrafer deklarerer sine typer og felt, og en sentral gateway (ruteren eller supergrafen) komponerer disse deklarasjonene til et enhetlig skjema. Denne komposisjonen skjer uten at gatewayen trenger å kjenne de intime detaljene i hver subgrafs implementering, kun dens skjemakontrakt.

Hvordan skjemaføderasjon fungerer:

Skjemaføderasjon involverer:

1. Subgrafer: Hver mikrotjeneste eksponerer et GraphQL API som følger føderasjonsspesifikasjonen. Subgrafer deklarerer sine typer ved hjelp av spesifikke føderasjonsdirektiver (f.eks. @key, @extends, @external, @requires, @provides).
2. Supergraf: En føderasjonsruter (som Apollo Federation Gateway) spør hver subgraf om dens skjemadefinisjon. Den komponerer deretter disse definisjonene til ett enkelt, enhetlig skjema – supergrafen.
3. Entitetsoppløsning: Nøkkelen til føderasjon er konseptet entiteter. En entitet er en type som kan identifiseres unikt på tvers av flere subgrafer. @key-direktivet på en type i en subgraf markerer den som en entitet og spesifiserer feltene som unikt identifiserer den. Når en spørring refererer til en entitet, vet gatewayen hvilken subgraf som er ansvarlig for å hente den entiteten basert på dens @key-direktiv.
4. Komposisjon: Gatewayen orkestrerer spørringer. Hvis en spørring krever data fra flere subgrafer, bryter gatewayen intelligent ned spørringen og sender de aktuelle delspørringene til hver subgraf, og kombinerer deretter resultatene.

Nøkkelkonsepter i skjemaføderasjon:

• Subgrafer: Uavhengige GraphQL-tjenester som bidrar til supergrafen.
• Supergraf: Det enhetlige skjemaet som er komponert fra alle subgrafer.
• Entiteter: Typer som er unikt identifiserbare på tvers av subgrafer, vanligvis merket med @key-direktivet.
• @key-direktiv: Definerer feltene som unikt identifiserer en entitet. Dette er avgjørende for relasjoner på tvers av subgrafer.
• @extends-direktiv: Tillater en subgraf å utvide en type som er definert i en annen subgraf (f.eks. legge til felt i en User-type definert i en separat User-subgraf).
• @external-direktiv: Indikerer at et felt er definert i en annen subgraf.
• @requires-direktiv: Spesifiserer at et felt på en entitet krever at visse felt fra entitetens nøkkel er til stede for oppløsning.
• @provides-direktiv: Indikerer at et felt på en entitet blir levert av subgrafen.

Fordeler med skjemaføderasjon:

• Skalerbarhet: Designet for store, distribuerte systemer og et voksende antall mikrotjenester.
• Frakobling: Subgrafer trenger bare å kjenne sitt eget skjema og hvordan de skal løse sine egne typer. Gatewayen håndterer komposisjonen.
• Teamautonomi: Ulike team kan eie og administrere sine respektive subgrafer uavhengig.
• Typesikkerhet: Komposisjonsprosessen håndhever skjemakontrakter, noe som sikrer typesikkerhet på tvers av supergrafen.
• Forenklet klientopplevelse: Klienter samhandler med ett enkelt, enhetlig skjema.

Ulemper med skjemaføderasjon:

• Læringskurve: Krever forståelse av føderasjonsspesifikasjonen og direktivene.
• Verktøyavhengighet: Er ofte avhengig av spesifikke biblioteker og gatewayer (f.eks. Apollo Federation).
• Kompleksitet i oppsett: Å sette opp subgrafer og gatewayen kan være mer involvert enn enkel stitching.

Føderasjon vs. Stitching: En sammenlignende oversikt

Selv om både skjemaføderasjon og skjemastitching har som mål å forene GraphQL-skjemaer, representerer de forskjellige filosofier og tilbyr distinkte fordeler:

For de fleste moderne mikrotjenestearkitekturer som sikter mot langsiktig skalerbarhet og teamautonomi, er skjemaføderasjon generelt den foretrukne tilnærmingen. Skjemastitching kan fortsatt være et levedyktig alternativ for mindre, mindre komplekse systemer eller for spesifikke integrasjonsscenarier der en mer manuell, direkte sammenslåing er ønsket.

Implementering av skjemaføderasjon: Et praktisk eksempel

La oss vurdere et enkelt e-handelsscenario med to mikrotjenester:

• Brukertjeneste (Users Service): Håndterer brukerinformasjon.
• Produkttjeneste (Products Service): Håndterer produktinformasjon.

Brukertjeneste-subgraf

Denne tjenesten definerer en User-type og markerer den som en entitet med @key-direktivet.

            # users-service/schema.graphql

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

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

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

            

              
                Copy
              
            
          

Tjenesten ville også ha resolvere for å hente brukerdata basert på deres ID.

Produkttjeneste-subgraf

Denne tjenesten definerer en Product-type. Avgjørende er at den også definerer en relasjon til User-entiteten ved å legge til et felt (f.eks. createdBy) som refererer til User-typen.

            # products-service/schema.graphql

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

type Product @extends {
  # Vi utvider User-typen fra Brukertjenesten
  # @external-direktivet indikerer at 'id' er definert et annet sted
  createdBy: User @requires(fields: "userId")
}

type User @extends {
  # Deklarer at 'id' er et eksternt felt på User, definert i en annen subgraf
  id: ID! @external
}

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

            

              
                Copy
              
            
          

I Products Service:

• @extends på Product indikerer at dette skjemaet utvider Product-typen.
• id: ID! @external på User betyr at id-feltet til User-typen er definert i en annen subgraf (Brukertjenesten).
• createdBy: User @requires(fields: "userId") på Product betyr at for å løse createdBy-feltet (som returnerer et User-objekt), må produktdataene inneholde en userId. Gatewayen vil bruke denne informasjonen til å vite hvilke felt den skal be om fra produkttjenesten og hvordan den skal koble den til brukertjenesten.

Føderasjonsgateway (Supergraf)

Føderasjonsgatewayen (f.eks. Apollo Gateway) er ansvarlig for:

1. Å oppdage subgrafene (vanligvis ved å spørre deres introspeksjonsskjema).
2. Å komponere de individuelle subgrafskjemaene til ett enkelt supergrafskjema.
3. Å rute innkommende klientspørringer til de riktige subgrafene og kombinere resultatene.

Når en klient spør etter et produkt og navnet på dets skaper:

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

            

              
                Copy
              
            
          

Gatewayen vil utføre følgende:

1. Den ser product-feltet, som håndteres av Products Service.
2. Den løser name-feltet fra Product-typen, som også håndteres av Products Service.
3. Den støter på createdBy-feltet på Product. Fordi createdBy er definert som en User-type og User-typen har et @key(fields: "id")-direktiv i Users Service, vet gatewayen at den trenger å hente User-entiteten.
4. @requires(fields: "userId") på createdBy forteller gatewayen at Products Service trenger userId for å løse denne relasjonen. Så, gatewayen vil be om produktet og dets userId fra Products Service.
5. Ved å bruke den hentede userId, vet gatewayen da at den skal spørre Users Service om en bruker med den spesifikke ID-en.
6. Til slutt løser den name-feltet fra User-objektet som returneres av Users Service.

Denne prosessen demonstrerer hvordan skjemaføderasjon sømløst kobler sammen relaterte data på tvers av forskjellige mikrotjenester, og gir en enhetlig og effektiv spørringsopplevelse for frontend.

Velge riktig tilnærming for ditt prosjekt

Beslutningen mellom skjemaføderasjon og skjemastitching (eller til og med andre API-gateway-mønstre) avhenger sterkt av prosjektets spesifikke krav, teamstruktur og langsiktige visjon.

Når man bør vurdere skjemastitching:

• Små til mellomstore prosjekter: Hvis du har et begrenset antall GraphQL-mikrotjenester og en enkel datamodell, kan stitching være tilstrekkelig og enklere å sette opp i utgangspunktet.
• Eksisterende GraphQL-tjenester: Hvis du allerede har flere uavhengige GraphQL-tjenester og ønsker å kombinere dem uten betydelig refaktorering, kan stitching være en raskere integrasjonsvei.
• Spesifikk sammenslåingslogikk: Når du trenger finkornet kontroll over hvordan skjemaer slås sammen og typer utvides, og kompleksiteten i føderasjon virker overdreven.

Når man bør omfavne skjemaføderasjon:

• Storskala mikrotjenester: For organisasjoner med et betydelig antall mikrotjenester og team, gir føderasjon den nødvendige skalerbarheten og organisasjonsstrukturen.
• Teamautonomi er nøkkelen: Hvis forskjellige team er ansvarlige for forskjellige domener og trenger å utvikle sine GraphQL API-er uavhengig, muliggjør føderasjon denne autonomien.
• Langsiktig vedlikeholdbarhet: De klare kontraktene og komposisjonsmodellen i føderasjon fører til mer vedlikeholdbare og robuste systemer over tid.
• Komplekse relasjoner: Når datamodellen din involverer intrikate relasjoner mellom entiteter som administreres av forskjellige tjenester, er føderasjonens entitetsoppløsning uvurderlig.
• Gradvis innføring av GraphQL: Føderasjon lar deg introdusere GraphQL trinnvis. Eksisterende REST-tjenester kan pakkes inn i GraphQL-subgrafer, eller nye GraphQL-tjenester kan bygges som subgrafer fra starten av.

Beste praksis for frontend API-gatewayer med GraphQL

Uavhengig av om du velger føderasjon eller en stitching-tilnærming, er det avgjørende å følge beste praksis for å lykkes:

• Definer klare kontrakter: For føderasjon definerer subgrafskjemaene og bruken av direktiver som @key, @external, og @requires disse kontraktene. For stitching er avtalene om hvordan man slår sammen og delegerer dine kontrakter.
• Versjoner dine API-er: Implementer en klar versjoneringsstrategi for subgrafene dine for å håndtere endringer på en smidig måte.
• Overvåk ytelse: Implementer robust overvåking for din gateway og subgrafer. Spor spørringsytelse, feilrater og latens. Verktøy som Apollo Studio kan være uvurderlige her.
• Implementer caching: Utnytt GraphQL-caching-strategier på gateway- eller klientnivå for å forbedre ytelsen og redusere belastningen på dine backend-tjenester.
• Sikre din gateway: Implementer autentisering, autorisasjon og rate limiting på API-gateway-nivå for å beskytte dine backend-tjenester.
• Optimaliser spørringer: Lær opp frontend-utviklere i å skrive effektive GraphQL-spørringer for å unngå over-fetching eller dypt nestede spørringer som kan belaste gatewayen og subgrafene.
• Verktøy og automatisering: Bruk verktøy for skjemagenerering, validering og distribusjonsautomatisering for å effektivisere utviklingslivssyklusen.
• Dokumentasjon: Vedlikehold oppdatert dokumentasjon for ditt supergrafskjema og individuelle subgrafer. Verktøy som GraphiQL og GraphQL Playground er utmerkede for interaktiv utforskning.
• Feilhåndtering: Implementer konsistente strategier for feilhåndtering på tvers av din gateway og subgrafer.
• Testing: Sørg for grundig testing av dine subgrafer og den komponerte supergrafen for å fange opp problemer tidlig.

Globale hensyn

Når man implementerer en API-gateway-strategi for et globalt publikum, blir flere faktorer kritiske:

• Latens: Design din gateway- og subgrafdistribusjon for å minimere latens for brukere i forskjellige geografiske regioner. Vurder å bruke Content Delivery Networks (CDN-er) for statiske ressurser og distribuere gateway-instanser nærmere brukerbasen din.
• Datalokalisering og samsvar: Forstå hvor dine data lagres og behandles. Sørg for at din API-gateway og subgrafkonfigurasjoner overholder regionale personvernforskrifter (f.eks. GDPR, CCPA). Føderasjon kan hjelpe med å håndtere datalokasjon ved å la subgrafer håndtere data som er relevante for spesifikke regioner.
• Valuta og lokalisering: Hvis applikasjonen din håndterer finansielle data eller lokalisert innhold, sørg for at ditt GraphQL-skjema og resolvere kan håndtere forskjellige valutaer, språk og datoformater på en passende måte.
• Tidssoner: Vær oppmerksom på tidssoneforskjeller når du behandler og viser tidssensitiv data.
• Infrastrukturskalering: Planlegg for skalering av din gateway og subgrafer for å håndtere svingende globale trafikkmønstre.

Fremtiden for GraphQL-gatewayer

GraphQL-økosystemet fortsetter å utvikle seg. Vi ser fremskritt innen:

• Forbedrede føderasjonsspesifikasjoner: Den pågående utviklingen av GraphQL Federation-spesifikasjonen av Apollo og det bredere fellesskapet fører til mer robuste og standardiserte måter å bygge distribuerte GraphQL API-er på.
• Administrerte GraphQL-tjenester: Skyleverandører og tredjepartstjenester tilbyr administrerte GraphQL-gateway-løsninger, som forenkler distribusjon og drift.
• Nye biblioteker og verktøy: Utviklingen av nye verktøy og biblioteker for å bygge, teste og overvåke GraphQL-gatewayer og subgrafer gjør adopsjonen enklere og mer effektiv.
• GraphQL Mesh: Nye verktøy som GraphQL Mesh har som mål å abstrahere bort kompleksiteten til forskjellige datakilder (REST, gRPC, GraphQL, OpenAPI) og la dem bli servert som et enhetlig GraphQL API, og tilbyr et alternativ til tradisjonell føderasjon for bredere integrasjonsbehov.

Konklusjon

Etter hvert som organisasjoner i økende grad tar i bruk mikrotjenestearkitekturer, blir behovet for effektive API-gateway-strategier avgjørende. GraphQL, med sine kraftige spørringsmuligheter, tilbyr en elegant løsning, og skjemaføderasjon skiller seg ut som den mest skalerbare og vedlikeholdbare tilnærmingen for å forene ulike GraphQL-mikrotjenester.

Ved å forstå prinsippene for skjemaføderasjon og stitching, og ved å ta i bruk beste praksis for implementering og global distribusjon, kan frontend-team betydelig effektivisere sine utviklingsprosesser, bygge mer robuste applikasjoner og levere eksepsjonelle brukeropplevelser. Enten du starter et nytt prosjekt eller utvikler et eksisterende mikrotjenestelandskap, er det å investere i en velarkitekturert GraphQL API-gateway drevet av føderasjon et strategisk trekk mot å bygge neste generasjon av robuste, skalerbare og brukersentriske applikasjoner.

Nøkkelpunkter:

• GraphQL fungerer som en kraftig API-gateway for mikrotjenester.
• Skjemaføderasjon bygger en enhetlig supergraf fra uavhengige subgrafer ved hjelp av en klar kontraktprotokoll.
• Skjemastitching slår sammen eksisterende skjemaer, og tilbyr mer manuell kontroll, men mindre skalerbarhet for store systemer.
• Føderasjon er generelt foretrukket for sin skalerbarhet, frakobling og teamautonomi.
• Beste praksis inkluderer klare kontrakter, overvåking, sikkerhet og globale hensyn.

Å omfavne disse konseptene vil gi utviklingsteamene dine makt til å navigere i kompleksiteten til mikrotjenester og bygge applikasjoner som er både kraftige og tilpasningsdyktige til de stadig skiftende kravene i det globale digitale landskapet.