API Gateway Frontend: Stăpânirea Federației și Unirii Schemelor cu GraphQL

În peisajul în rapidă evoluție al dezvoltării web moderne, adoptarea arhitecturii de microservicii a devenit o piatră de temelie pentru construirea de aplicații scalabile, reziliente și mentenabile. Pe măsură ce sistemele cresc și se diversifică, gestionarea unei multitudini de servicii independente poate prezenta provocări semnificative, în special pentru echipele de frontend. Aici strălucește cu adevărat puterea GraphQL, combinată cu strategii sofisticate de API gateway precum federația și unirea schemelor.

Acest ghid cuprinzător explorează complexitatea utilizării GraphQL ca un API gateway frontend, cu o analiză aprofundată a conceptelor critice de federație a schemelor și unire a schemelor. Vom explora cum aceste tehnici permit crearea unui API GraphQL unificat și puternic din scheme de microservicii disparate, simplificând astfel dezvoltarea frontend, îmbunătățind performanța și promovând o experiență mai coerentă pentru dezvoltatori în echipele globale.

Ascensiunea Microserviciilor și Provocarea Frontend

Arhitectura de microservicii oferă numeroase avantaje, inclusiv implementare independentă, diversitate tehnologică și izolare a erorilor. Cu toate acestea, pentru aplicațiile frontend, această natură distribuită se poate traduce printr-o complexitate crescută. Dezvoltatorii frontend se găsesc adesea interacționând cu numeroase servicii backend, fiecare cu propriul său design API, format de date și protocoale de comunicare. Acest lucru poate duce la:

• Creșterea numărului de cereri de rețea: Preluarea datelor necesită adesea multiple călătorii dus-întors către diferite servicii.
• Complexitatea agregării datelor: Echipele frontend trebuie să combine manual datele din diverse surse.
• Cuplaj strâns: Modificările în serviciile backend pot avea un impact disproporționat asupra frontend-ului.
• Oboseala dezvoltatorului: Costurile suplimentare ale gestionării multiplelor interacțiuni API pot încetini ciclurile de dezvoltare.

Apariția modelului Backend for Frontend (BFF) a căutat să abordeze unele dintre aceste probleme prin crearea de servicii backend personalizate pentru clienți frontend specifici. Deși eficientă, o abordare pură BFF poate duce uneori la o proliferare a serviciilor backend, crescând costurile de întreținere. GraphQL prezintă o alternativă convingătoare, oferind un singur punct final pentru ca clienții să interogheze exact datele de care au nevoie, reducând preluarea excesivă (over-fetching) și insuficientă (under-fetching) a datelor.

GraphQL ca API Gateway Frontend

GraphQL, cu capabilitățile sale declarative de preluare a datelor, este poziționat în mod unic pentru a acționa ca un strat de agregare într-un mediu de microservicii. În loc să consume direct multiple API-uri REST sau servicii gRPC, clienții frontend interacționează cu un singur punct final GraphQL. Acest punct final GraphQL, acționând ca un API Gateway, poate apoi rezolva interogările prin orchestratea cererilor către diverse microservicii subiacente.

Provocarea principală devine atunci cum să construim această schemă GraphQL unificată din schemele individuale ale microserviciilor dumneavoastră. Aici intervin cu precizie federația și unirea schemelor.

Înțelegerea Unirii Schemelor (Schema Stitching)

Unirea schemelor (Schema stitching), una dintre abordările timpurii de combinare a schemelor GraphQL, implică fuzionarea mai multor scheme GraphQL într-o singură schemă coerentă. Ideea de bază este de a lua scheme de la diferite servicii GraphQL și de a le combina, de obicei prin adăugarea de tipuri și câmpuri de la o schemă la alta.

Cum Funcționează Unirea Schemelor:

Unirea schemelor implică de obicei:

1. Preluarea Sub-schemelor: Gateway-ul de unire preia schema de introspecție de la fiecare dintre microserviciile GraphQL subiacente.
2. Fuzionarea Schemelor: O bibliotecă (precum funcția mergeSchemas din graphql-tools) fuzionează aceste sub-scheme. Acest proces implică rezolvarea conflictelor potențiale, cum ar fi numele de tipuri duplicate, și definirea modului în care tipurile din scheme diferite se raportează unele la altele.
3. Rezolvarea Interogărilor Cross-Schema: Când o interogare necesită date de la mai multe servicii, gateway-ul de unire trebuie configurat pentru a delega părți ale interogării serviciului subiacent corespunzător. Aceasta implică adesea definirea de 'scheme la distanță' și redirecționarea interogărilor.

Concepte Cheie în Unirea Schemelor:

• Fuzionarea Tipurilor: Permiterea combinării tipurilor cu același nume în scheme diferite.
• Extensii de Schemă: Adăugarea de câmpuri de la o schemă la un tip definit în alta. De exemplu, adăugarea unui câmp reviews la un tip Product definit într-un serviciu separat de produse.
• Delegare: Mecanismul de bază pentru redirecționarea părților unei interogări GraphQL către serviciul GraphQL subiacent corespunzător.

Avantajele Unirii Schemelor:

• Simplitate pentru proiecte mici: Poate fi simplu de implementat pentru un număr limitat de servicii.
• Flexibilitate: Permite un control fin asupra modului în care sunt combinate schemele.

Dezavantajele Unirii Schemelor:

• Configurare manuală: Poate deveni complexă și predispusă la erori pe măsură ce numărul de servicii crește.
• Potențial de conflicte: Gestionarea coliziunilor de nume de tipuri și câmpuri necesită o planificare atentă.
• Considerații de performanță: Delegarea ineficientă poate duce la blocaje de performanță.
• Cuplaj strâns: Gateway-ul trebuie adesea să fie conștient de implementările serviciilor subiacente, creând o formă de cuplaj.

Introducere în Federația Schemelor (Schema Federation)

Federația schemelor (Schema federation) a apărut ca o soluție mai robustă și scalabilă la provocările întâmpinate de unirea schemelor, în special în arhitecturile mari, distribuite, de microservicii. Dezvoltată în principal de Apollo, federația schemelor vă permite să construiți un singur API GraphQL din mai multe servicii GraphQL independente, cunoscute sub numele de subgrafuri.

Diferența fundamentală constă în abordarea sa față de compoziția schemei. În loc să fuzioneze schemele existente, federația schemelor definește un protocol prin care subgrafurile își declară tipurile și câmpurile, iar un gateway central (router-ul sau supergraful) compune aceste declarații într-o schemă unificată. Această compoziție are loc fără ca gateway-ul să fie nevoit să cunoască detaliile intime ale implementării fiecărui subgraf, ci doar contractul său de schemă.

Cum Funcționează Federația Schemelor:

Federația schemelor implică:

1. Subgrafuri: Fiecare microserviciu expune un API GraphQL care respectă specificația de federație. Subgrafurile își declară tipurile folosind directive specifice de federație (de ex., @key, @extends, @external, @requires, @provides).
2. Supergraf: Un router de federație (precum Apollo Federation Gateway) interoghează fiecare subgraf pentru definiția schemei sale. Apoi, compune aceste definiții într-o singură schemă unificată – supergraful.
3. Rezolvarea Entităților: Cheia federației este conceptul de entități. O entitate este un tip care poate fi identificat în mod unic în mai multe subgrafuri. Directiva @key pe un tip dintr-un subgraf îl marchează ca entitate și specifică câmpurile care îl identifică în mod unic. Când o interogare face referire la o entitate, gateway-ul știe care subgraf este responsabil pentru preluarea acelei entități pe baza directivei sale @key.
4. Compoziție: Gateway-ul orchestrează interogările. Dacă o interogare necesită date de la mai multe subgrafuri, gateway-ul descompune inteligent interogarea și trimite sub-interogările corespunzătoare fiecărui subgraf, apoi combină rezultatele.

Concepte Cheie în Federația Schemelor:

• Subgrafuri: Servicii GraphQL independente care contribuie la supergraf.
• Supergraf: Schema unificată compusă din toate subgrafurile.
• Entități: Tipuri care sunt identificabile în mod unic în subgrafuri, marcate de obicei cu directiva @key.
• Directiva @key: Definește câmpurile care identifică în mod unic o entitate. Acest lucru este crucial pentru relațiile între subgrafuri.
• Directiva @extends: Permite unui subgraf să extindă un tip care este definit într-un alt subgraf (de ex., adăugând câmpuri la un tip User definit într-un subgraf separat de utilizatori).
• Directiva @external: Indică faptul că un câmp este definit într-un alt subgraf.
• Directiva @requires: Specifică faptul că un câmp al unei entități necesită prezența anumitor câmpuri din cheia entității pentru a fi rezolvat.
• Directiva @provides: Indică faptul că un câmp al unei entități este furnizat de subgraf.

Avantajele Federației Schemelor:

• Scalabilitate: Concepută pentru sisteme mari, distribuite, și un număr tot mai mare de microservicii.
• Decuplare: Subgrafurile trebuie să-și cunoască doar propria schemă și cum să-și rezolve tipurile. Gateway-ul se ocupă de compoziție.
• Autonomia echipelor: Echipe diferite pot deține și gestiona subgrafurile respective în mod independent.
• Siguranța tipurilor (Type safety): Procesul de compoziție impune contracte de schemă, asigurând siguranța tipurilor în întregul supergraf.
• Experiență simplificată pentru client: Clienții interacționează cu o singură schemă unificată.

Dezavantajele Federației Schemelor:

• Curbă de învățare: Necesită înțelegerea specificației și a directivelor de federație.
• Dependența de unelte: Adesea se bazează pe biblioteci și gateway-uri specifice (de ex., Apollo Federation).
• Complexitate în configurarea inițială: Configurarea subgrafurilor și a gateway-ului poate fi mai implicată decât simpla unire.

Federație vs. Unire: O Prezentare Comparativă

Deși atât federația schemelor, cât și unirea schemelor urmăresc să unifice schemele GraphQL, ele reprezintă filozofii diferite și oferă avantaje distincte:

Pentru majoritatea arhitecturilor moderne de microservicii care vizează scalabilitate pe termen lung și autonomie a echipelor, federația schemelor este în general abordarea preferată. Unirea schemelor ar putea fi încă o opțiune viabilă pentru sisteme mai mici, mai puțin complexe, sau pentru scenarii specifice de integrare unde se dorește o fuzionare manuală, directă.

Implementarea Federației Schemelor: Un Exemplu Practic

Să luăm în considerare un scenariu simplu de e-commerce cu două microservicii:

• Serviciul de Utilizatori: Gestionează informațiile despre utilizatori.
• Serviciul de Produse: Gestionează informațiile despre produse.

Subgraful Serviciului de Utilizatori

Acest serviciu definește un tip User și îl marchează ca entitate cu directiva @key.

            # users-service/schema.graphql

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

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

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

            

              
                Copy
              
            
          

Serviciul ar avea, de asemenea, resolveri pentru a prelua datele utilizatorilor pe baza ID-ului lor.

Subgraful Serviciului de Produse

Acest serviciu definește un tip Product. În mod crucial, definește și o relație cu entitatea User prin adăugarea unui câmp (de ex., createdBy) care face referire la tipul User.

            # products-service/schema.graphql

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

type Product @extends {
  # We are extending the User type from the Users Service
  # The @external directive indicates 'id' is defined elsewhere
  createdBy: User @requires(fields: "userId")
}

type User @extends {
  # Declare that 'id' is an external field on User, defined in another subgraph
  id: ID! @external
}

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

            

              
                Copy
              
            
          

În Serviciul de Produse:

• @extends pe Product indică faptul că această schemă extinde tipul Product.
• id: ID! @external pe User semnifică faptul că câmpul id al tipului User este definit într-un subgraf diferit (Serviciul de Utilizatori).
• createdBy: User @requires(fields: "userId") pe Product înseamnă că pentru a rezolva câmpul createdBy (care returnează un obiect User), datele produsului trebuie să conțină un userId. Gateway-ul va folosi aceste informații pentru a ști ce câmpuri să solicite de la serviciul de produse și cum să le lege de serviciul de utilizatori.

Gateway-ul de Federație (Supergraf)

Gateway-ul de federație (de ex., Apollo Gateway) este responsabil pentru:

1. Descoperirea subgrafurilor (de obicei prin interogarea schemei lor de introspecție).
2. Compunerea schemelor individuale ale subgrafurilor într-o singură schemă de supergraf.
3. Rutarea interogărilor primite de la clienți către subgrafurile corespunzătoare și combinarea rezultatelor.

Când un client interoghează un produs și numele creatorului său:

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

            

              
                Copy
              
            
          

Gateway-ul va efectua următoarele:

1. Vede câmpul product, care este gestionat de Serviciul de Produse.
2. Rezolvă câmpul name din tipul Product, care este, de asemenea, gestionat de Serviciul de Produse.
3. Întâlnește câmpul createdBy pe Product. Deoarece createdBy este definit ca un tip User și tipul User are o directivă @key(fields: "id") în Serviciul de Utilizatori, gateway-ul știe că trebuie să preia entitatea User.
4. Directiva @requires(fields: "userId") pe createdBy îi spune gateway-ului că Serviciul de Produse are nevoie de userId pentru a rezolva această relație. Deci, gateway-ul va solicita produsul și userId-ul său de la Serviciul de Produse.
5. Folosind userId-ul preluat, gateway-ul știe apoi să interogheze Serviciul de Utilizatori pentru un utilizator cu acel ID specific.
6. În final, rezolvă câmpul name din obiectul User returnat de Serviciul de Utilizatori.

Acest proces demonstrează cum federația schemelor conectează fără probleme datele conexe între diferite microservicii, oferind o experiență de interogare unificată și eficientă pentru frontend.

Alegerea Abordării Corecte pentru Proiectul Dvs.

Decizia între federația schemelor și unirea schemelor (sau chiar alte modele de API gateway) depinde în mare măsură de cerințele specifice ale proiectului dvs., de structura echipei și de viziunea pe termen lung.

Când să Luați în Considerare Unirea Schemelor:

• Proiecte Mici și Medii: Dacă aveți un număr limitat de microservicii GraphQL și un model de date simplu, unirea ar putea fi suficientă și mai ușor de configurat inițial.
• Servicii GraphQL Existente: Dacă aveți deja mai multe servicii GraphQL independente și doriți să le combinați fără o refactorizare semnificativă, unirea poate fi o cale de integrare mai rapidă.
• Logică Specifică de Fuzionare: Când aveți nevoie de un control fin asupra modului în care sunt fuzionate schemele și extinse tipurile, iar complexitatea federației pare excesivă.

Când să Adoptați Federația Schemelor:

• Microservicii la Scară Largă: Pentru organizațiile cu un număr semnificativ de microservicii și echipe, federația oferă scalabilitatea și structura organizațională necesare.
• Autonomia Echipei este Cheia: Dacă echipe diferite sunt responsabile pentru domenii diferite și trebuie să-și dezvolte API-urile GraphQL independent, federația permite această autonomie.
• Mentenabilitate pe Termen Lung: Contractele clare și modelul de compoziție al federației duc la sisteme mai mentenabile și reziliente în timp.
• Relații Complexe: Când modelul dvs. de date implică relații complexe între entități gestionate de servicii diferite, rezolvarea entităților din federație este de neprețuit.
• Adoptarea Graduală a GraphQL: Federația vă permite să introduceți GraphQL treptat. Serviciile REST existente pot fi împachetate în subgrafuri GraphQL, sau noi servicii GraphQL pot fi construite ca subgrafuri de la bun început.

Cele Mai Bune Practici pentru API Gateway-uri Frontend cu GraphQL

Indiferent dacă alegeți federația sau o abordare de unire, adoptarea celor mai bune practici este crucială pentru succes:

• Definiți Contracte Clare: Pentru federație, schemele subgrafurilor și utilizarea directivelor precum @key, @external și @requires definesc aceste contracte. Pentru unire, acordurile privind modul de fuzionare și delegare sunt contractele dvs.
• Versionați API-urile: Implementați o strategie clară de versionare pentru subgrafurile dvs. pentru a gestiona schimbările în mod elegant.
• Monitorizați Performanța: Implementați o monitorizare robustă pentru gateway-ul și subgrafurile dvs. Urmăriți performanța interogărilor, ratele de eroare și latența. Instrumente precum Apollo Studio pot fi de neprețuit aici.
• Implementați Caching: Utilizați strategii de caching GraphQL la nivel de gateway sau client pentru a îmbunătăți performanța și a reduce încărcarea pe serviciile backend.
• Securizați Gateway-ul: Implementați autentificare, autorizare și limitare a ratei la nivelul API gateway-ului pentru a proteja serviciile backend.
• Optimizați Interogările: Educați dezvoltatorii frontend să scrie interogări GraphQL eficiente pentru a evita preluarea excesivă sau interogările profund imbricate care pot suprasolicita gateway-ul și subgrafurile.
• Unelte și Automatizare: Utilizați unelte pentru generarea, validarea și automatizarea implementării schemelor pentru a eficientiza ciclul de viață al dezvoltării.
• Documentație: Mențineți documentație actualizată pentru schema supergrafului și subgrafurile individuale. Instrumente precum GraphiQL și GraphQL Playground sunt excelente pentru explorare interactivă.
• Gestionarea Erorilor: Implementați strategii consistente de gestionare a erorilor în gateway și subgrafuri.
• Testare: Asigurați o testare amănunțită a subgrafurilor și a supergrafului compus pentru a detecta problemele din timp.

Considerații Globale

La implementarea unei strategii de API gateway pentru o audiență globală, mai mulți factori devin critici:

• Latență: Proiectați distribuția gateway-ului și a subgrafurilor pentru a minimiza latența pentru utilizatorii din diferite regiuni geografice. Luați în considerare utilizarea Rețelelor de Livrare de Conținut (CDN) pentru activele statice și implementarea instanțelor de gateway mai aproape de baza dvs. de utilizatori.
• Reședința și Conformitatea Datelor: Înțelegeți unde sunt stocate și procesate datele dvs. Asigurați-vă că configurațiile gateway-ului și subgrafurilor dvs. respectă reglementările regionale privind confidențialitatea datelor (de ex., GDPR, CCPA). Federația poate ajuta la gestionarea locației datelor prin intermediul subgrafurilor care gestionează date relevante pentru regiuni specifice.
• Monedă și Localizare: Dacă aplicația dvs. lucrează cu date financiare sau conținut localizat, asigurați-vă că schema GraphQL și resolverii pot gestiona diferite monede, limbi și formate de dată în mod corespunzător.
• Fusuri Orare: Fiți atenți la diferențele de fus orar la procesarea și afișarea datelor sensibile la timp.
• Scalarea Infrastructurii: Planificați scalarea gateway-ului și a subgrafurilor pentru a gestiona modelele fluctuante de trafic global.

Viitorul Gateway-urilor GraphQL

Ecosistemul GraphQL continuă să evolueze. Vedem progrese în:

• Specificații de Federație Îmbunătățite: Dezvoltarea continuă a specificației GraphQL Federation de către Apollo și comunitatea largă duce la modalități mai robuste și standardizate de a construi API-uri GraphQL distribuite.
• Servicii GraphQL Gestionate: Furnizorii de cloud și serviciile terțe oferă soluții de gateway GraphQL gestionate, simplificând implementarea și operațiunile.
• Noi Biblioteci și Unelte: Dezvoltarea de noi unelte și biblioteci pentru construirea, testarea și monitorizarea gateway-urilor și subgrafurilor GraphQL face adoptarea mai ușoară și mai eficientă.
• GraphQL Mesh: Unelte emergente precum GraphQL Mesh urmăresc să abstractizeze complexitatea diferitelor surse de date (REST, gRPC, GraphQL, OpenAPI) și să permită servirea lor ca un API GraphQL unificat, oferind o alternativă la federația tradițională pentru nevoi mai largi de integrare.

Concluzie

Pe măsură ce organizațiile adoptă din ce în ce mai mult arhitecturi de microservicii, nevoia de strategii eficiente de API gateway devine primordială. GraphQL, cu capabilitățile sale puternice de interogare, oferă o soluție elegantă, iar federația schemelor se remarcă drept cea mai scalabilă și mentenabilă abordare pentru unificarea microserviciilor GraphQL disparate.

Înțelegând principiile federației și unirii schemelor și adoptând cele mai bune practici pentru implementare și implementare globală, echipele de frontend își pot eficientiza semnificativ procesele de dezvoltare, pot construi aplicații mai reziliente și pot oferi experiențe excepționale utilizatorilor. Fie că începeți un proiect nou sau evoluați un peisaj existent de microservicii, investiția într-un API gateway GraphQL bine arhitecturat, alimentat de federație, este o mișcare strategică către construirea următoarei generații de aplicații robuste, scalabile și centrate pe utilizator.

Idei Principale:

• GraphQL acționează ca un API gateway puternic pentru microservicii.
• Federația Schemelor construiește un supergraf unificat din subgrafuri independente folosind un protocol de contract clar.
• Unirea Schemelor fuzionează schemele existente, oferind mai mult control manual, dar mai puțină scalabilitate pentru sisteme mari.
• Federația este în general preferată pentru scalabilitatea, decuplarea și autonomia echipelor sale.
• Cele mai bune practici includ contracte clare, monitorizare, securitate și considerații globale.

Adoptarea acestor concepte va împuternici echipele dvs. de dezvoltare să navigheze complexitatea microserviciilor și să construiască aplicații care sunt atât puternice, cât și adaptabile la cerințele în continuă schimbare ale peisajului digital global.