Gateway de API Frontend: Federação GraphQL e Schema Stitching

No mundo do desenvolvimento de aplicações web modernas, gerir dados de múltiplas fontes pode ser um desafio significativo. À medida que as aplicações crescem em complexidade e adotam arquiteturas de microsserviços, a necessidade de uma forma unificada e eficiente de aceder aos dados torna-se primordial. Um Gateway de API Frontend atua como um ponto de entrada central para as aplicações cliente, agregando dados de vários serviços de backend e proporcionando uma experiência otimizada tanto para programadores como para utilizadores finais. Este post de blog explora duas técnicas poderosas para construir um Gateway de API Frontend: Federação GraphQL e Schema Stitching.

O que é um Gateway de API Frontend?

Um Gateway de API Frontend é um padrão arquitetónico onde um servidor dedicado atua como intermediário entre os clientes frontend (ex., navegadores web, aplicações móveis) e múltiplos serviços de backend. Ele simplifica a busca de dados ao:

• Agregar dados: Combinar dados de múltiplas fontes numa única resposta.
• Transformar dados: Adaptar formatos de dados para atender às necessidades do frontend.
• Abstrair a complexidade: Ocultar as complexidades dos serviços de backend do cliente.
• Aplicar segurança: Implementar políticas de autenticação e autorização.
• Otimizar o desempenho: Armazenar em cache dados acedidos com frequência e reduzir as requisições de rede.

Essencialmente, ele implementa o padrão Backend for Frontend (BFF) em escala e capacita as equipas de front-end a ter mais controlo sobre as APIs que consomem. Em organizações maiores, ter o front-end a gerir e a curar as suas próprias APIs pode levar a entregas mais rápidas e a uma menor dependência das equipas de backend.

Por que usar GraphQL para um Gateway de API Frontend?

GraphQL é uma linguagem de consulta para APIs e um runtime para satisfazer essas consultas com os seus dados existentes. Oferece várias vantagens sobre as APIs REST tradicionais, tornando-o bem adequado para a construção de Gateways de API Frontend:

• Busca de dados eficiente: Os clientes solicitam apenas os dados de que precisam, reduzindo o excesso de busca (over-fetching) e melhorando o desempenho.
• Tipagem forte: Os esquemas GraphQL definem a estrutura dos dados, permitindo melhores ferramentas e validação.
• Introspeção: Os clientes podem descobrir os dados e operações disponíveis através da introspeção do esquema.
• Capacidades em tempo real: As subscrições GraphQL permitem atualizações de dados em tempo real.

Ao aproveitar o GraphQL, um Gateway de API Frontend pode fornecer uma interface flexível, eficiente e amigável para o programador aceder a dados de múltiplos serviços de backend. Isso contrasta fortemente com as abordagens tradicionais que usam múltiplos endpoints REST, cada um precisando ser consultado individualmente e muitas vezes retornando mais dados do que o necessário.

Federação GraphQL: Uma Abordagem Distribuída

O que é a Federação GraphQL?

A Federação GraphQL é uma técnica poderosa para construir uma API GraphQL distribuída, compondo múltiplos serviços GraphQL (chamados "subgrafos") num único esquema unificado. Cada subgrafo é responsável por um domínio ou fonte de dados específico, e o gateway da Federação orquestra as consultas através desses subgrafos.

O conceito central gira em torno de um supergrafo, um único esquema GraphQL unificado que representa toda a API. Este supergrafo é construído pela composição de esquemas GraphQL menores, chamados subgrafos, cada um representando um microsserviço ou fonte de dados específico. O gateway da Federação é responsável por encaminhar as consultas GraphQL recebidas para os subgrafos apropriados e combinar os resultados numa única resposta.

Como a Federação GraphQL Funciona

1. Definição do Subgrafo: Cada microsserviço expõe uma API GraphQL (um subgrafo) que define os seus próprios dados e operações. Estes esquemas incluem diretivas que informam o gateway da Federação como resolver tipos e campos. Diretivas chave incluem `@key`, `@external` e `@requires`.
2. Composição do Supergrafo: O gateway da Federação (ex., Apollo Gateway) recupera os esquemas de cada subgrafo e compõe-os num único esquema unificado (o supergrafo). Este processo envolve a resolução de conflitos de tipos e campos e o estabelecimento de relações entre tipos em diferentes subgrafos.
3. Planeamento e Execução da Consulta: Quando um cliente envia uma consulta GraphQL para o gateway, o gateway analisa a consulta e determina quais subgrafos precisam ser consultados para satisfazer o pedido. Em seguida, distribui a consulta para os subgrafos apropriados, recolhe os resultados e combina-os numa única resposta, que é retornada ao cliente.

Exemplo: Plataforma de E-commerce com Federação GraphQL

Considere uma plataforma de e-commerce com microsserviços separados para produtos, clientes e pedidos.

• Subgrafo de Produtos: Gere informações de produtos (nome, descrição, preço, etc.).
• Subgrafo de Clientes: Gere dados de clientes (nome, endereço, email, etc.).
• Subgrafo de Pedidos: Gere informações de pedidos (ID do pedido, ID do cliente, IDs dos produtos, valor total, etc.).

Cada subgrafo expõe uma API GraphQL, e o gateway da Federação compõe estas APIs num único supergrafo. Um cliente pode então consultar o supergrafo para recuperar informações sobre produtos, clientes e pedidos numa única requisição.

Por exemplo, uma consulta para recuperar o nome de um cliente e o seu histórico de pedidos poderia ser assim:

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

O gateway da Federação encaminharia esta consulta para os subgrafos de Clientes e Pedidos, recuperaria os dados necessários e combiná-los-ia numa única resposta.

Benefícios da Federação GraphQL

• Acesso a dados simplificado: Os clientes interagem com um único endpoint GraphQL, independentemente das fontes de dados subjacentes.
• Desempenho melhorado: A busca de dados é otimizada ao recuperar apenas os dados necessários de cada subgrafo.
• Escalabilidade aumentada: Cada subgrafo pode ser escalado independentemente, permitindo uma melhor utilização dos recursos.
• Desenvolvimento descentralizado: As equipas podem desenvolver e implementar subgrafos de forma independente, promovendo agilidade e inovação.
• Governança de esquema: O gateway da Federação impõe consistência e compatibilidade de esquema entre os subgrafos.

Ferramentas para a Federação GraphQL

• Apollo Federation: Uma implementação popular de código aberto da Federação GraphQL, que fornece um gateway, um registo de esquemas e ferramentas para construir e gerir APIs GraphQL federadas. A Apollo Federation é conhecida pela sua escalabilidade e tratamento robusto de erros.
• GraphQL Hive: Esta ferramenta oferece registo e governança de esquemas para serviços federados GraphQL, fornecendo funcionalidades como deteção de alterações, análise de uso e verificações de esquema. Melhora a visibilidade e o controlo sobre o supergrafo.

Schema Stitching: Uma Abordagem Alternativa

O que é o Schema Stitching?

O Schema Stitching é outra técnica para combinar múltiplos esquemas GraphQL num único esquema unificado. Ao contrário da Federação, o Schema Stitching envolve tipicamente um processo mais manual de definição de como os tipos e campos de diferentes esquemas são conectados. Embora a Federação seja considerada uma solução mais moderna e robusta, o Schema Stitching pode ser uma opção viável para casos de uso mais simples ou ao migrar de APIs GraphQL existentes.

Como o Schema Stitching Funciona

1. Definição do Esquema: Cada microsserviço expõe uma API GraphQL com o seu próprio esquema.
2. Lógica de Junção (Stitching): Uma camada de junção (frequentemente implementada com bibliotecas como GraphQL Tools) define como os tipos e campos de diferentes esquemas são conectados. Isto envolve escrever funções de resolução (resolvers) que buscam dados dos serviços subjacentes e os mapeiam para o esquema unificado.
3. Esquema Unificado: A camada de junção combina os esquemas individuais num único esquema unificado que é exposto ao cliente.

Exemplo: Juntando Produtos e Avaliações

Imagine dois serviços GraphQL separados: um para produtos e outro para avaliações.

• Serviço de Produtos: Fornece informações sobre produtos (ID, nome, descrição, preço).
• Serviço de Avaliações: Fornece avaliações para produtos (ID, ID do produto, classificação, comentário).

Usando o Schema Stitching, pode criar um esquema unificado que permite aos clientes recuperar informações de produtos e avaliações numa única consulta.

Você definiria uma função de resolução na camada de junção que busca avaliações para um determinado ID de produto do Serviço de Avaliações e as adiciona ao tipo Produto no esquema unificado.

// Exemplo (Conceptual): Lógica de junção usando GraphQL Tools
const { stitchSchemas } = require('@graphql-tools/stitch');

const productsSchema = ... // Defina o seu esquema de produtos
const reviewsSchema = ... // Defina o seu esquema de avaliações

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) => {
          // Buscar avaliações para o produto do Serviço de Avaliações
          return fetchReviewsForProduct(product.id);
        },
      },
    },
  },
});

Este exemplo demonstra o conceito central de juntar esquemas. Note a necessidade de resolvers personalizados para buscar o campo `reviews`. Esta sobrecarga adicional de codificar resolvers para cada relação pode tornar o processo de desenvolvimento mais lento do que usando a Federação.

Benefícios do Schema Stitching

• API Unificada: Os clientes acedem a um único endpoint GraphQL, simplificando o acesso aos dados.
• Adoção incremental: O Schema Stitching pode ser implementado de forma incremental, permitindo migrar gradualmente para uma API unificada.
• Flexibilidade: O Schema Stitching oferece mais controlo sobre como os esquemas são combinados, permitindo personalizar a lógica de junção para atender a necessidades específicas.

Desvantagens do Schema Stitching

• Configuração manual: O Schema Stitching requer a configuração manual da lógica de junção, o que pode ser complexo e demorado.
• Sobrecarga de desempenho: As funções de resolução podem introduzir sobrecarga de desempenho, especialmente se envolverem transformações de dados complexas.
• Escalabilidade limitada: O Schema Stitching pode ser mais difícil de escalar do que a Federação, pois a lógica de junção é tipicamente centralizada.
• Propriedade do esquema: Pode levar a ambiguidades sobre a propriedade do esquema, especialmente se equipas diferentes gerirem os serviços juntados.

Ferramentas para Schema Stitching

• GraphQL Tools: Uma biblioteca popular para construir e manipular esquemas GraphQL, incluindo suporte para Schema Stitching.
• GraphQL Mesh: O GraphQL Mesh permite que use a linguagem de consulta GraphQL para aceder a dados de várias fontes como APIs REST, bases de dados e gRPC. Ele pode juntar essas APIs num esquema GraphQL unificado.

Federação GraphQL vs. Schema Stitching: Uma Comparação

Tanto a Federação GraphQL quanto o Schema Stitching oferecem maneiras de combinar múltiplos esquemas GraphQL numa única API, mas diferem na sua abordagem e capacidades.

Funcionalidade	Federação GraphQL	Schema Stitching
Abordagem	Composição distribuída e automatizada	Configuração centralizada e manual
Complexidade	Menor complexidade para manutenção e escalonamento	Maior complexidade devido à lógica de resolução manual
Escalabilidade	Projetado para sistemas distribuídos de grande escala	Menos escalável, tipicamente usado para aplicações menores
Governança de esquema	Governança e validação de esquema integradas	Requer gestão e coordenação manual do esquema
Ferramentas	Forte ecossistema de ferramentas e bibliotecas (ex., Apollo Federation)	Requer mais ferramentas e configurações personalizadas
Casos de Uso	Arquiteturas de microsserviços, APIs de grande escala, desenvolvimento descentralizado	Aplicações menores, migração incremental, requisitos de personalização específicos

Quando Usar a Federação GraphQL: Escolha a Federação quando tiver uma arquitetura de microsserviços complexa, precisar de escalar a sua API e quiser capacitar equipas independentes para gerirem os seus próprios subgrafos. Também simplifica a gestão e a governança do esquema.

Quando Usar o Schema Stitching: Considere o Schema Stitching quando tiver uma API mais simples, precisar de mais controlo sobre a lógica de junção ou estiver a migrar de APIs GraphQL existentes. No entanto, esteja ciente das potenciais complexidades e limitações de escalabilidade.

Implementando Autenticação e Autorização

Independentemente de escolher a Federação GraphQL ou o Schema Stitching, a implementação de autenticação e autorização é crucial para proteger o seu Gateway de API Frontend. Existem várias abordagens que pode adotar:

• Autenticação ao Nível do Gateway: O Gateway de API trata da autenticação e autorização antes de encaminhar os pedidos para os serviços de backend. Esta abordagem centraliza a lógica de segurança e simplifica os serviços de backend. Métodos comuns incluem validação de JWT (JSON Web Token) e OAuth 2.0.
• Autenticação ao Nível do Serviço: Cada serviço de backend trata da sua própria autenticação e autorização. Esta abordagem oferece um controlo mais granular sobre a segurança, mas pode ser mais complexa de gerir.
• Abordagem Híbrida: Uma combinação de autenticação ao nível do gateway e do serviço. O gateway trata da autenticação inicial, e os serviços de backend realizam verificações de autorização mais granulares.

Exemplo: Autenticação JWT com Apollo Federation

Com o Apollo Federation, pode configurar o gateway para validar tokens JWT incluídos nos cabeçalhos da requisição. O gateway pode então passar as informações do utilizador extraídas do token para os subgrafos, que podem usar essas informações para autorização.

// Exemplo (Conceptual): Configuração do Apollo Gateway com validação JWT
const { ApolloGateway } = require('@apollo/gateway');

const gateway = new ApolloGateway({
  serviceList: [
    // ... as suas configurações de subgrafo
  ],
  buildService: ({ name, url }) => {
    return new MyCustomService({
      name,  // Nome do subgrafo
      url,   // URL do subgrafo
    });
  },
});

class MyCustomService extends RemoteGraphQLDataSource {
  willSendRequest({ request, context }) {
    // Obter o utilizador do contexto
    const user = context.user;

    // Adicionar o ID do utilizador aos cabeçalhos da requisição
    if (user) {
      request.http.headers.set('user-id', user.id);
    }
  }
}

Neste exemplo, um serviço personalizado é criado para modificar as requisições de saída para incluir o ID do utilizador derivado do JWT. Os serviços downstream podem então usar este ID para verificações de autorização.

Estratégias de Cache para Otimização de Desempenho

O cache é essencial para melhorar o desempenho de um Gateway de API Frontend. Ao armazenar em cache dados acedidos com frequência, pode reduzir a carga nos serviços de backend e melhorar os tempos de resposta para os clientes. Aqui estão algumas estratégias de cache:

• Cache HTTP: Aproveite os mecanismos de cache HTTP (ex., cabeçalhos `Cache-Control`) para armazenar respostas em cache no navegador e em proxies intermediários.
• Cache em Memória: Use caches em memória (ex., Redis, Memcached) para armazenar dados acedidos com frequência no gateway.
• Cache de CDN: Utilize Redes de Distribuição de Conteúdo (CDNs) para armazenar ativos estáticos e respostas de API mais perto do cliente.
• Cache de Consultas GraphQL: Armazene em cache os resultados das consultas GraphQL com base na sua string de consulta e variáveis. Isto pode ser particularmente eficaz para consultas executadas com frequência. O Apollo Server oferece suporte integrado para cache de consultas.

Ao implementar o cache, considere estratégias de invalidação de cache para garantir que os clientes recebam dados atualizados. Estratégias comuns incluem:

• Expiração Baseada no Tempo: Defina um tempo de expiração fixo para os dados em cache.
• Invalidação Baseada em Eventos: Invalide o cache quando os dados mudam nos serviços de backend. Isso pode ser alcançado usando webhooks ou filas de mensagens.

Monitoramento e Observabilidade

O monitoramento e a observabilidade são críticos para garantir a saúde e o desempenho do seu Gateway de API Frontend. Implemente um monitoramento abrangente para rastrear métricas chave como:

• Latência da requisição: O tempo que leva para processar uma requisição.
• Taxas de erro: A percentagem de requisições que resultam em erros.
• Throughput: O número de requisições processadas por unidade de tempo.
• Utilização de recursos: Uso de CPU, memória e rede do gateway e dos serviços de backend.

Use o rastreamento (tracing) para acompanhar as requisições à medida que fluem pelo sistema, identificando gargalos e problemas de desempenho. O logging fornece insights valiosos sobre o comportamento do gateway e dos serviços de backend.

Ferramentas para monitoramento e observabilidade incluem:

• Prometheus: Um sistema de monitoramento e alerta de código aberto.
• Grafana: Uma ferramenta de visualização de dados e monitoramento.
• Jaeger: Um sistema de rastreamento distribuído de código aberto.
• Datadog: Uma plataforma de monitoramento e segurança para aplicações na nuvem.
• New Relic: Uma plataforma de inteligência digital para monitorar e melhorar o desempenho do software.

Ao implementar um monitoramento e observabilidade robustos, pode identificar e resolver problemas proativamente, garantindo a fiabilidade e o desempenho do seu Gateway de API Frontend.

Conclusão

Um Gateway de API Frontend construído com Federação GraphQL ou Schema Stitching pode simplificar significativamente o acesso a dados, melhorar o desempenho e aprimorar a experiência do programador em aplicações web modernas. A Federação GraphQL fornece uma solução poderosa e escalável para compor APIs GraphQL distribuídas, enquanto o Schema Stitching oferece uma abordagem mais flexível para combinar esquemas existentes. Ao considerar cuidadosamente os requisitos específicos da sua aplicação e os compromissos entre estas técnicas, pode escolher a melhor abordagem para construir um Gateway de API Frontend robusto e eficiente.

Lembre-se de implementar autenticação e autorização adequadas, estratégias de cache e monitoramento e observabilidade para garantir a segurança, o desempenho e a fiabilidade do seu gateway. Ao adotar estas melhores práticas, pode desbloquear todo o potencial do GraphQL e construir aplicações web modernas que oferecem experiências de utilizador excecionais.