Gateway API Frontend: Federația GraphQL și Schema Stitching

În lumea dezvoltării aplicațiilor web moderne, gestionarea datelor din surse multiple poate fi o provocare semnificativă. Pe măsură ce aplicațiile cresc în complexitate și adoptă arhitecturi de microservicii, necesitatea unei modalități unificate și eficiente de a accesa datele devine primordială. Un Gateway API Frontend acționează ca un punct central de intrare pentru aplicațiile client, agregând date de la diverse servicii backend și oferind o experiență simplificată atât pentru dezvoltatori, cât și pentru utilizatorii finali. Acest articol de blog explorează două tehnici puternice pentru construirea unui Gateway API Frontend: Federația GraphQL și Schema Stitching.

Ce este un Gateway API Frontend?

Un Gateway API Frontend este un model arhitectural în care un server dedicat acționează ca intermediar între clienții frontend (de ex., browsere web, aplicații mobile) și multiple servicii backend. Acesta simplifică extragerea datelor prin:

• Agregarea datelor: Combinarea datelor din surse multiple într-un singur răspuns.
• Transformarea datelor: Adaptarea formatelor de date pentru a se potrivi nevoilor frontend-ului.
• Abstractizarea complexității: Ascunderea complexității serviciilor backend de client.
• Aplicarea securității: Implementarea politicilor de autentificare și autorizare.
• Optimizarea performanței: Stocarea în cache a datelor accesate frecvent și reducerea numărului de cereri de rețea.

În esență, implementează modelul Backend for Frontend (BFF) la scară largă și permite echipelor de front-end să preia mai mult control asupra API-urilor pe care le consumă. În organizațiile mai mari, faptul că front-end-ul își gestionează și curatoriază propriile API-uri poate duce la o livrare mai rapidă și la o dependență redusă față de echipele de backend.

De ce să folosim GraphQL pentru un Gateway API Frontend?

GraphQL este un limbaj de interogare pentru API-uri și un runtime pentru a satisface acele interogări cu datele existente. Oferă mai multe avantaje față de API-urile REST tradiționale, făcându-l potrivit pentru construirea de Gateway-uri API Frontend:

• Extragere eficientă a datelor: Clienții solicită doar datele de care au nevoie, reducând supra-extragerea (over-fetching) și îmbunătățind performanța.
• Tipizare puternică: Schemele GraphQL definesc structura datelor, permițând unelte mai bune și validare.
• Introspecție: Clienții pot descoperi datele și operațiunile disponibile prin introspecția schemei.
• Capabilități în timp real: Subscripțiile GraphQL permit actualizări de date în timp real.

Prin utilizarea GraphQL, un Gateway API Frontend poate oferi o interfață flexibilă, eficientă și prietenoasă pentru dezvoltatori pentru accesarea datelor de la multiple servicii backend. Acest lucru contrastează puternic cu abordările tradiționale care utilizează multiple endpoint-uri REST, fiecare necesitând să fie interogat individual și adesea returnând mai multe date decât este necesar.

Federația GraphQL: O Abordare Distribuită

Ce este Federația GraphQL?

Federația GraphQL este o tehnică puternică pentru construirea unui API GraphQL distribuit prin compunerea mai multor servicii GraphQL (numite "subgrafuri") într-o singură schemă unificată. Fiecare subgraf este responsabil pentru un anumit domeniu sau sursă de date, iar gateway-ul de federație orchestrează interogările între aceste subgrafuri.

Conceptul de bază se învârte în jurul unui supergraf, o schemă GraphQL unică, unificată, care reprezintă întregul API. Acest supergraf este construit prin compunerea unor scheme GraphQL mai mici, numite subgrafuri, fiecare reprezentând un microserviciu specific или o sursă de date. Gateway-ul de federație este responsabil pentru rutarea interogărilor GraphQL primite către subgrafurile corespunzătoare și combinarea rezultatelor într-un singur răspuns.

Cum funcționează Federația GraphQL

1. Definirea Subgrafurilor: Fiecare microserviciu expune un API GraphQL (un subgraf) care definește propriile date și operațiuni. Aceste scheme includ directive care spun gateway-ului de federație cum să rezolve tipurile și câmpurile. Directivele cheie includ `@key`, `@external` și `@requires`.
2. Compunerea Supergrafului: Gateway-ul de federație (de ex., Apollo Gateway) preia schemele de la fiecare subgraf și le compune într-o singură schemă unificată (supergraful). Acest proces implică rezolvarea conflictelor de tipuri și câmpuri și stabilirea relațiilor între tipuri din diferite subgrafuri.
3. Planificarea și Execuția Interogărilor: Când un client trimite o interogare GraphQL către gateway, gateway-ul analizează interogarea și determină ce subgrafuri trebuie interogate pentru a îndeplini cererea. Apoi distribuie interogarea către subgrafurile corespunzătoare, colectează rezultatele și le combină într-un singur răspuns, care este returnat clientului.

Exemplu: Platformă de comerț electronic cu Federația GraphQL

Luați în considerare o platformă de comerț electronic cu microservicii separate pentru produse, clienți și comenzi.

• Subgraful Produse: Gestionează informațiile despre produse (nume, descriere, preț etc.).
• Subgraful Clienți: Gestionează datele clienților (nume, adresă, e-mail etc.).
• Subgraful Comenzi: Gestionează informațiile despre comenzi (ID comandă, ID client, ID-uri produse, suma totală etc.).

Fiecare subgraf expune un API GraphQL, iar gateway-ul de federație compune aceste API-uri într-un singur supergraf. Un client poate apoi interoga supergraful pentru a prelua informații despre produse, clienți și comenzi într-o singură cerere.

De exemplu, o interogare pentru a prelua numele unui client și istoricul comenzilor sale ar putea arăta astfel:

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

Gateway-ul de federație ar ruta această interogare către subgrafurile Clienți și Comenzi, ar prelua datele necesare și le-ar combina într-un singur răspuns.

Beneficiile Federației GraphQL

• Acces simplificat la date: Clienții interacționează cu un singur endpoint GraphQL, indiferent de sursele de date subiacente.
• Performanță îmbunătățită: Extragerea datelor este optimizată prin preluarea doar a datelor necesare de la fiecare subgraf.
• Scalabilitate crescută: Fiecare subgraf poate fi scalat independent, permițând o mai bună utilizare a resurselor.
• Dezvoltare descentralizată: Echipele pot dezvolta și implementa subgrafuri independent, promovând agilitatea și inovația.
• Guvernanța schemei: Gateway-ul de federație impune consistența și compatibilitatea schemei între subgrafuri.

Unelte pentru Federația GraphQL

• Apollo Federation: O implementare open-source populară a Federației GraphQL, care oferă un gateway, un registru de scheme și unelte pentru construirea și gestionarea API-urilor GraphQL federate. Apollo Federation este cunoscut pentru scalabilitatea și gestionarea robustă a erorilor.
• GraphQL Hive: Această unealtă oferă un registru de scheme și guvernanță pentru serviciile GraphQL federate, oferind funcționalități precum detectarea modificărilor, analiza utilizării și verificări ale schemei. Îmbunătățește vizibilitatea și controlul asupra supergrafului.

Schema Stitching: O Abordare Alternativă

Ce este Schema Stitching?

Schema Stitching este o altă tehnică pentru combinarea mai multor scheme GraphQL într-o singură schemă unificată. Spre deosebire de Federație, Schema Stitching implică de obicei un proces mai manual de definire a modului în care tipurile și câmpurile din diferite scheme sunt conectate. Deși Federația este considerată o soluție mai modernă și robustă, Schema Stitching poate fi o opțiune viabilă pentru cazuri de utilizare mai simple sau la migrarea de la API-uri GraphQL existente.

Cum funcționează Schema Stitching

1. Definirea Schemei: Fiecare microserviciu expune un API GraphQL cu propria sa schemă.
2. Logica de Stitching: Un strat de stitching (adesea implementat folosind biblioteci precum GraphQL Tools) definește cum sunt conectate tipurile și câmpurile din diferite scheme. Acest lucru implică scrierea de funcții resolver care extrag date de la serviciile subiacente și le mapează la schema unificată.
3. Schema Unificată: Stratul de stitching combină schemele individuale într-o singură schemă unificată care este expusă clientului.

Exemplu: Stitching Produse și Recenzii

Imaginați-vă două servicii GraphQL separate: unul pentru produse și altul pentru recenzii.

• Serviciul Produse: Oferă informații despre produse (ID, nume, descriere, preț).
• Serviciul Recenzii: Oferă recenzii pentru produse (ID, ID produs, evaluare, comentariu).

Folosind Schema Stitching, puteți crea o schemă unificată care permite clienților să preia informații despre produse și recenzii într-o singură interogare.

Ați defini o funcție resolver în stratul de stitching care extrage recenziile pentru un anumit ID de produs de la Serviciul Recenzii și le adaugă la tipul Product în schema unificată.

// Exemplu (Conceptual): Logică de stitching folosind GraphQL Tools
const { stitchSchemas } = require('@graphql-tools/stitch');

const productsSchema = ... // Definește schema de produse
const reviewsSchema = ... // Definește schema de recenzii

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) => {
          // Extrage recenziile pentru produs de la Serviciul Recenzii
          return fetchReviewsForProduct(product.id);
        },
      },
    },
  },
});

Acest exemplu demonstrează conceptul de bază al combinării schemelor. Rețineți necesitatea resolver-ilor personalizați pentru a extrage câmpul `reviews`. Acest efort suplimentar de a scrie resolver-i pentru fiecare relație poate face procesul de dezvoltare mai lent decât în cazul utilizării Federației.

Beneficiile Schema Stitching

• API Unificat: Clienții accesează un singur endpoint GraphQL, simplificând accesul la date.
• Adoptare incrementală: Schema Stitching poate fi implementat incremental, permițându-vă să migrați treptat la un API unificat.
• Flexibilitate: Schema Stitching oferă mai mult control asupra modului în care schemele sunt combinate, permițându-vă să personalizați logica de stitching pentru a satisface nevoi specifice.

Dezavantajele Schema Stitching

• Configurare manuală: Schema Stitching necesită configurarea manuală a logicii de stitching, ceea ce poate fi complex și consumator de timp.
• Supraîncărcare de performanță: Funcțiile resolver pot introduce o supraîncărcare de performanță, mai ales dacă implică transformări complexe de date.
• Scalabilitate limitată: Schema Stitching poate fi mai dificil de scalat decât Federația, deoarece logica de stitching este de obicei centralizată.
• Proprietatea schemei: Poate duce la ambiguitate în ceea ce privește proprietatea schemei, în special dacă echipe diferite gestionează serviciile combinate.

Unelte pentru Schema Stitching

• GraphQL Tools: O bibliotecă populară pentru construirea și manipularea schemelor GraphQL, inclusiv suport pentru Schema Stitching.
• GraphQL Mesh: GraphQL Mesh vă permite să utilizați limbajul de interogare GraphQL pentru a accesa date din diverse surse precum API-uri REST, baze de date și gRPC. Poate combina aceste API-uri într-o schemă GraphQL unificată.

Federația GraphQL vs. Schema Stitching: O Comparație

Atât Federația GraphQL, cât și Schema Stitching oferă modalități de a combina multiple scheme GraphQL într-un singur API, dar diferă în abordare și capabilități.

Caracteristică	Federația GraphQL	Schema Stitching
Abordare	Distribuită, compunere automată	Centralizată, configurare manuală
Complexitate	Complexitate mai redusă pentru întreținere și scalare	Complexitate mai mare datorită logicii manuale a resolver-ilor
Scalabilitate	Proiectată pentru sisteme distribuite la scară largă	Mai puțin scalabilă, folosită de obicei pentru aplicații mai mici
Guvernanța schemei	Guvernanță și validare a schemei încorporate	Necesită management manual al schemei și coordonare
Unelte	Ecosistem puternic de unelte și biblioteci (de ex., Apollo Federation)	Necesită mai multe unelte personalizate și configurare
Cazuri de utilizare	Arhitecturi de microservicii, API-uri la scară largă, dezvoltare descentralizată	Aplicații mai mici, migrare incrementală, cerințe specifice de personalizare

Când să folosiți Federația GraphQL: Alegeți Federația atunci când aveți o arhitectură complexă de microservicii, trebuie să vă scalați API-ul și doriți să permiteți echipelor independente să își gestioneze propriile subgrafuri. De asemenea, simplifică managementul și guvernanța schemei.

Când să folosiți Schema Stitching: Luați în considerare Schema Stitching atunci când aveți un API mai simplu, aveți nevoie de mai mult control asupra logicii de stitching sau migrați de la API-uri GraphQL existente. Totuși, fiți conștienți de potențialele complexități și limitări de scalabilitate.

Implementarea Autentificării și Autorizării

Indiferent dacă alegeți Federația GraphQL sau Schema Stitching, implementarea autentificării și autorizării este crucială pentru securizarea Gateway-ului API Frontend. Există mai multe abordări pe care le puteți adopta:

• Autentificare la nivel de Gateway: Gateway-ul API gestionează autentificarea și autorizarea înainte de a ruta cererile către serviciile backend. Această abordare centralizează logica de securitate și simplifică serviciile backend. Metodele comune includ validarea JWT (JSON Web Token) și OAuth 2.0.
• Autentificare la nivel de Serviciu: Fiecare serviciu backend își gestionează propria autentificare și autorizare. Această abordare oferă un control mai granular asupra securității, dar poate fi mai complexă de gestionat.
• Abordare Hibridă: O combinație de autentificare la nivel de gateway și la nivel de serviciu. Gateway-ul gestionează autentificarea inițială, iar serviciile backend efectuează verificări de autorizare mai granulare.

Exemplu: Autentificare JWT cu Apollo Federation

Cu Apollo Federation, puteți configura gateway-ul să valideze token-urile JWT incluse în antetele cererii. Gateway-ul poate apoi transmite informațiile despre utilizator extrase din token către subgrafuri, care pot folosi aceste informații pentru autorizare.

// Exemplu (Conceptual): Configurare Apollo Gateway cu validare JWT
const { ApolloGateway } = require('@apollo/gateway');

const gateway = new ApolloGateway({
  serviceList: [
    // ... configurațiile subgrafurilor dvs.
  ],
  buildService: ({ name, url }) => {
    return new MyCustomService({
      name,  // Numele subgrafului
      url,   // URL-ul subgrafului
    });
  },
});

class MyCustomService extends RemoteGraphQLDataSource {
  willSendRequest({ request, context }) {
    // Obține utilizatorul din context
    const user = context.user;

    // Adaugă ID-ul utilizatorului în antetele cererii
    if (user) {
      request.http.headers.set('user-id', user.id);
    }
  }
}

În acest exemplu, un serviciu personalizat este creat pentru a modifica cererile trimise pentru a include ID-ul utilizatorului derivat din JWT. Serviciile downstream pot folosi apoi acest ID pentru verificări de autorizare.

Strategii de Caching pentru Optimizarea Performanței

Caching-ul este esențial pentru îmbunătățirea performanței unui Gateway API Frontend. Prin stocarea în cache a datelor accesate frecvent, puteți reduce încărcarea pe serviciile backend și îmbunătăți timpii de răspuns pentru clienți. Iată câteva strategii de caching:

• Caching HTTP: Utilizați mecanismele de caching HTTP (de ex., antetele `Cache-Control`) pentru a stoca în cache răspunsurile în browser și în proxy-uri intermediare.
• Caching în Memorie: Utilizați cache-uri în memorie (de ex., Redis, Memcached) pentru a stoca în cache datele accesate frecvent pe gateway.
• Caching CDN: Utilizați Rețele de Livrare de Conținut (CDN) pentru a stoca în cache activele statice și răspunsurile API mai aproape de client.
• Caching pentru Interogări GraphQL: Stocați în cache rezultatele interogărilor GraphQL pe baza șirului de interogare și a variabilelor. Acest lucru poate fi deosebit de eficient pentru interogările executate frecvent. Apollo Server oferă suport încorporat pentru caching-ul interogărilor.

La implementarea caching-ului, luați în considerare strategii de invalidare a cache-ului pentru a vă asigura că clienții primesc date actualizate. Strategiile comune includ:

• Expirare bazată pe Timp: Setați un timp fix de expirare pentru datele stocate în cache.
• Invalidare bazată pe Evenimente: Invalidați cache-ul atunci când datele se modifică în serviciile backend. Acest lucru poate fi realizat folosind webhooks sau cozi de mesaje.

Monitorizare și Observabilitate

Monitorizarea și observabilitatea sunt critice pentru a asigura sănătatea și performanța Gateway-ului API Frontend. Implementați o monitorizare cuprinzătoare pentru a urmări metrici cheie precum:

• Latența cererilor: Timpul necesar pentru a procesa o cerere.
• Ratele de eroare: Procentajul cererilor care rezultă în erori.
• Debit (Throughput): Numărul de cereri procesate pe unitatea de timp.
• Utilizarea resurselor: Utilizarea CPU, memoriei și rețelei de către gateway și serviciile backend.

Utilizați trasarea (tracing) pentru a urmări cererile pe măsură ce trec prin sistem, identificând blocajele și problemele de performanță. Jurnalizarea (logging) oferă informații valoroase despre comportamentul gateway-ului și al serviciilor backend.

Uneltele pentru monitorizare și observabilitate includ:

• Prometheus: Un sistem open-source de monitorizare și alertare.
• Grafana: O unealtă de vizualizare a datelor și monitorizare.
• Jaeger: Un sistem open-source de trasare distribuită.
• Datadog: O platformă de monitorizare și securitate pentru aplicații cloud.
• New Relic: O platformă de inteligență digitală pentru monitorizarea și îmbunătățirea performanței software.

Prin implementarea unei monitorizări și observabilități robuste, puteți identifica și rezolva proactiv problemele, asigurând fiabilitatea și performanța Gateway-ului API Frontend.

Concluzie

Un Gateway API Frontend construit cu Federația GraphQL sau Schema Stitching poate simplifica semnificativ accesul la date, îmbunătăți performanța și spori experiența dezvoltatorilor în aplicațiile web moderne. Federația GraphQL oferă o soluție puternică și scalabilă pentru compunerea API-urilor GraphQL distribuite, în timp ce Schema Stitching oferă o abordare mai flexibilă pentru combinarea schemelor existente. Prin luarea în considerare atentă a cerințelor specifice ale aplicației dvs. și a compromisurilor dintre aceste tehnici, puteți alege cea mai bună abordare pentru a construi un Gateway API Frontend robust și eficient.

Nu uitați să implementați autentificare și autorizare corespunzătoare, strategii de caching și monitorizare și observabilitate pentru a asigura securitatea, performanța și fiabilitatea gateway-ului dvs. Prin adoptarea acestor bune practici, puteți debloca întregul potențial al GraphQL și puteți construi aplicații web moderne care oferă experiențe excepționale pentru utilizatori.