Federația GraphQL: Schema Stitching - Un Ghid Complet

În peisajul în continuă evoluție al dezvoltării aplicațiilor moderne, necesitatea unor arhitecturi scalabile și ușor de întreținut a devenit primordială. Microserviciile, cu modularitatea lor inerentă și capacitatea de a fi implementate independent, au apărut ca o soluție populară. Cu toate acestea, gestionarea a numeroase microservicii poate introduce complexități, în special atunci când vine vorba de expunerea unui API unificat către aplicațiile client. Aici intervin Federația GraphQL și, în mod specific, Schema Stitching.

Ce este Federația GraphQL?

Federația GraphQL este o arhitectură puternică ce vă permite să construiți un singur API GraphQL unificat din mai multe servicii GraphQL subiacente (reprezentând adesea microservicii). Aceasta le permite dezvoltatorilor să interogheze date din diferite servicii ca și cum ar fi un singur graf, simplificând experiența clientului și reducând necesitatea unei logici complexe de orchestrare pe partea clientului.

Există două abordări principale ale Federației GraphQL:

• Schema Stitching (Combinarea Schemelor): Aceasta implică combinarea mai multor scheme GraphQL într-o singură schemă unificată la nivelul gateway-ului. Este o abordare mai veche și se bazează pe biblioteci pentru a gestiona combinarea schemelor și delegarea interogărilor.
• Apollo Federation: Aceasta este o abordare mai recentă și mai robustă, care utilizează un limbaj de schemă declarativ și un planificator de interogări dedicat pentru a gestiona procesul de federație. Oferă funcționalități avansate precum extensii de tip, directive cheie și urmărire distribuită (distributed tracing).

Acest articol se concentrează pe Schema Stitching, explorând conceptele, beneficiile, limitările și implementarea sa practică.

Înțelegerea Conceptului de Schema Stitching

Schema Stitching este procesul de fuzionare a mai multor scheme GraphQL într-o singură schemă, coezivă. Această schemă unificată acționează ca o fațadă, ascunzând complexitatea serviciilor subiacente de client. Când un client face o cerere către schema combinată, gateway-ul direcționează inteligent cererea către serviciul sau serviciile subiacente corespunzătoare, preia datele și combină rezultatele înainte de a le returna clientului.

Gândiți-vă la asta în felul următor: Aveți mai multe restaurante (servicii), fiecare specializat în bucătării diferite. Schema Stitching este ca un meniu universal care combină toate preparatele de la fiecare restaurant. Când un client comandă din meniul universal, comanda este direcționată inteligent către bucătăriile restaurantelor corespunzătoare, mâncarea este preparată și apoi combinată într-o singură livrare pentru client.

Concepte Cheie în Schema Stitching

• Scheme Remote (Remote Schemas): Acestea sunt schemele GraphQL individuale ale fiecărui serviciu subiacent. Fiecare serviciu își expune propria schemă, care definește datele și operațiunile pe care le furnizează.
• Gateway: Gateway-ul este componenta centrală responsabilă pentru combinarea schemelor remote și expunerea schemei unificate către client. Acesta primește cererile clientului, le direcționează către serviciile corespunzătoare și combină rezultatele.
• Fuzionarea Schemelor (Schema Merging): Acesta este procesul de combinare a schemelor remote într-o singură schemă. Acest lucru implică adesea redenumirea tipurilor și câmpurilor pentru a evita conflictele și definirea relațiilor între tipuri din scheme diferite.
• Delegarea Interogărilor (Query Delegation): Când un client face o cerere către schema combinată, gateway-ul trebuie să delege cererea către serviciul sau serviciile subiacente corespunzătoare pentru a prelua datele. Acest lucru implică traducerea interogării clientului într-o interogare care poate fi înțeleasă de serviciul remote.
• Agregarea Rezultatelor (Result Aggregation): După ce gateway-ul a preluat date de la serviciile subiacente, trebuie să combine rezultatele într-un singur răspuns care poate fi returnat clientului. Acest lucru implică adesea transformarea datelor pentru a se potrivi cu structura schemei combinate.

Beneficiile Schema Stitching

Schema Stitching oferă câteva beneficii convingătoare pentru organizațiile care adoptă o arhitectură de microservicii:

• API Unificat: Oferă un API unic și consecvent pentru clienți, simplificând accesul la date și reducând necesitatea ca clienții să interacționeze direct cu mai multe servicii. Acest lucru duce la o experiență de dezvoltare mai curată și mai intuitivă.
• Complexitate Redusă pe Partea Clientului: Clienții trebuie să interacționeze doar cu schema unificată, fiind protejați de complexitățile arhitecturii de microservicii subiacente. Acest lucru simplifică dezvoltarea pe partea clientului și reduce cantitatea de cod necesară.
• Scalabilitate Crescută: Vă permite să scalați serviciile individuale independent, în funcție de nevoile lor specifice. Acest lucru îmbunătățește scalabilitatea generală și reziliența sistemului. De exemplu, un serviciu de utilizatori care se confruntă cu o încărcare mare poate fi scalat fără a afecta alte servicii, cum ar fi cel de catalog de produse.
• Mentenabilitate Îmbunătățită: Promovează modularitatea și separarea responsabilităților, facilitând întreținerea și evoluția serviciilor individuale. Modificările aduse unui serviciu sunt mai puțin susceptibile de a afecta alte servicii.
• Adopție Graduală: Poate fi implementat incremental, permițându-vă să migrați treptat de la o arhitectură monolitică la o arhitectură de microservicii. Puteți începe prin a combina API-urile existente și apoi să descompuneți treptat monolitul în servicii mai mici.

Limitările Schema Stitching

Deși Schema Stitching oferă numeroase avantaje, este important să fiți conștienți de limitările sale:

• Complexitate: Implementarea și gestionarea combinării schemelor poate fi complexă, în special în sisteme mari și complexe. O planificare și un design atent sunt esențiale.
• Supraîncărcare de Performanță (Overhead): Gateway-ul introduce o oarecare supraîncărcare de performanță datorită stratului suplimentar de indirectare și necesității de a delega interogări și a agrega rezultate. Optimizarea atentă este crucială pentru a minimiza acest overhead.
• Conflicte de Scheme: Pot apărea conflicte la fuzionarea schemelor din servicii diferite, în special dacă folosesc aceleași nume de tipuri sau câmpuri. Acest lucru necesită un design atent al schemei și, potențial, redenumirea tipurilor și câmpurilor.
• Funcționalități Avansate Limitate: În comparație cu Apollo Federation, Schema Stitching nu dispune de unele funcționalități avansate, cum ar fi extensiile de tip și directivele cheie, ceea ce poate face mai dificilă gestionarea relațiilor între tipuri din scheme diferite.
• Maturitatea Uneltelor (Tooling): Uneltele și ecosistemul din jurul Schema Stitching nu sunt la fel de mature ca cele din jurul Apollo Federation. Acest lucru poate face mai dificilă depanarea și rezolvarea problemelor.

Implementare Practică a Schema Stitching

Să parcurgem un exemplu simplificat despre cum se implementează Schema Stitching folosind Node.js și biblioteca graphql-tools (o alegere populară pentru combinarea schemelor). Acest exemplu implică două microservicii: un Serviciu de Utilizatori (User Service) și un Serviciu de Produse (Product Service).

1. Definiți Schemele Remote

Mai întâi, definiți schemele GraphQL pentru fiecare dintre serviciile remote.

Serviciul de Utilizatori (user-service.js):

            
const { buildSchema } = require('graphql');

const userSchema = buildSchema(`
  type User {
    id: ID!
    name: String
    email: String
  }

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

const users = [
  { id: '1', name: 'Alice Smith', email: 'alice@example.com' },
  { id: '2', name: 'Bob Johnson', email: 'bob@example.com' },
];

const userRoot = {
  user: (args) => users.find(user => user.id === args.id),
};

module.exports = {
  schema: userSchema,
  rootValue: userRoot,
};

            

              
                Copy
              
            
          

Serviciul de Produse (product-service.js):

            
const { buildSchema } = require('graphql');

const productSchema = buildSchema(`
  type Product {
    id: ID!
    name: String
    price: Float
    userId: ID!  # Foreign key to User Service
  }

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

const products = [
  { id: '101', name: 'Laptop', price: 1200, userId: '1' },
  { id: '102', name: 'Smartphone', price: 800, userId: '2' },
];

const productRoot = {
  product: (args) => products.find(product => product.id === args.id),
};

module.exports = {
  schema: productSchema,
  rootValue: productRoot,
};

            

              
                Copy
              
            
          

2. Creați Serviciul Gateway

Acum, creați serviciul gateway care va combina cele două scheme.

Serviciul Gateway (gateway.js):

            
const { stitchSchemas } = require('@graphql-tools/stitch');
const { makeRemoteExecutableSchema } = require('@graphql-tools/wrap');
const { graphqlHTTP } = require('express-graphql');
const express = require('express');
const { introspectSchema } = require('@graphql-tools/wrap');
const { printSchema } = require('graphql');
const fetch = require('node-fetch');

async function createRemoteSchema(uri) {
  const fetcher = async (params) => {
    const response = await fetch(uri, {
      method: 'POST',
      headers: {
        'Content-Type': 'application/json',
      },
      body: JSON.stringify(params),
    });
    return response.json();
  };

  const schema = await introspectSchema(fetcher);
  return makeRemoteExecutableSchema({
    schema,
    fetcher,
  });
}

async function main() {
  const userSchema = await createRemoteSchema('http://localhost:4001/graphql');
  const productSchema = await createRemoteSchema('http://localhost:4002/graphql');

  const stitchedSchema = stitchSchemas({
    subschemas: [
      { schema: userSchema },
      { schema: productSchema },
    ],
    typeDefs: `
      extend type Product {
        user: User
      }
    `,
    resolvers: {
      Product: {
        user: {
          selectionSet: `{ userId }`,
          resolve(product, args, context, info) {
            return info.mergeInfo.delegateToSchema({
              schema: userSchema,
              operation: 'query',
              fieldName: 'user',
              args: {
                id: product.userId,
              },
              context,
              info,
            });
          },
        },
      },
    },
  });

  const app = express();
  app.use('/graphql', graphqlHTTP({
    schema: stitchedSchema,
    graphiql: true,
  }));

  app.listen(4000, () => console.log('Gateway server running on http://localhost:4000/graphql'));
}

main().catch(console.error);

            

              
                Copy
              
            
          

3. Rulați Serviciile

Va trebui să rulați Serviciul de Utilizatori și Serviciul de Produse pe porturi diferite. De exemplu:

Serviciul de Utilizatori (port 4001):

            
const express = require('express');
const { graphqlHTTP } = require('express-graphql');
const { schema, rootValue } = require('./user-service');

const app = express();
app.use('/graphql', graphqlHTTP({
  schema: schema,
  rootValue: rootValue,
  graphiql: true,
}));

app.listen(4001, () => console.log('User service running on http://localhost:4001/graphql'));

            

              
                Copy
              
            
          

Serviciul de Produse (port 4002):

            
const express = require('express');
const { graphqlHTTP } = require('express-graphql');
const { schema, rootValue } = require('./product-service');

const app = express();
app.use('/graphql', graphqlHTTP({
  schema: schema,
  rootValue: rootValue,
  graphiql: true,
}));

app.listen(4002, () => console.log('Product service running on http://localhost:4002/graphql'));

            

              
                Copy
              
            
          

4. Interogați Schema Combinată

Acum puteți interoga schema combinată prin intermediul gateway-ului (care rulează pe portul 4000). Puteți rula o interogare ca aceasta:

            
query {
  product(id: "101") {
    id
    name
    price
    user {
      id
      name
      email
    }
  }
}

            

              
                Copy
              
            
          

Această interogare preia produsul cu ID-ul "101" și, de asemenea, aduce utilizatorul asociat din Serviciul de Utilizatori, demonstrând cum Schema Stitching vă permite să interogați date din mai multe servicii într-o singură cerere.

Tehnici Avansate de Schema Stitching

Dincolo de exemplul de bază, iată câteva tehnici avansate care pot fi folosite pentru a vă îmbunătăți implementarea Schema Stitching:

• Delegarea Schemelor: Aceasta vă permite să delegați părți ale unei interogări către servicii diferite, în funcție de datele solicitate. De exemplu, ați putea delega rezolvarea unui tip `User` către Serviciul de Utilizatori și rezolvarea unui tip `Product` către Serviciul de Produse.
• Transformarea Schemelor: Aceasta implică modificarea schemei unui serviciu remote înainte de a fi combinată în schema unificată. Acest lucru poate fi util pentru redenumirea tipurilor și câmpurilor, adăugarea de câmpuri noi sau eliminarea celor existente.
• Resolveri Personalizați: Puteți defini resolveri personalizați în gateway pentru a gestiona transformări complexe de date sau pentru a prelua date de la mai multe servicii și a le combina într-un singur rezultat.
• Partajarea Contextului (Context Sharing): Este adesea necesar să partajați informații de context între gateway și serviciile remote, cum ar fi token-uri de autentificare sau ID-uri de utilizator. Acest lucru se poate realiza prin transmiterea informațiilor de context ca parte a procesului de delegare a interogării.
• Gestionarea Erorilor (Error Handling): Implementați o gestionare robustă a erorilor pentru a trata cu grație erorile care apar în serviciile remote. Acest lucru poate implica înregistrarea erorilor, returnarea de mesaje de eroare prietenoase pentru utilizator sau reîncercarea cererilor eșuate.

Alegerea între Schema Stitching și Apollo Federation

Deși Schema Stitching este o opțiune viabilă pentru Federația GraphQL, Apollo Federation a devenit alegerea mai populară datorită funcționalităților sale avansate și experienței îmbunătățite pentru dezvoltatori. Iată o comparație a celor două abordări:

Când să alegeți Schema Stitching:

• Aveți servicii GraphQL existente și doriți să le combinați rapid.
• Aveți nevoie de o soluție de federație simplă și nu necesitați funcționalități avansate.
• Aveți resurse limitate și doriți să evitați supraîncărcarea configurării Apollo Federation.

Când să alegeți Apollo Federation:

• Construiți un sistem mare și complex, cu mai multe echipe și servicii.
• Aveți nevoie de funcționalități avansate precum extensii de tip, directive cheie și urmărire distribuită.
• Doriți o soluție de federație mai robustă și scalabilă.
• Preferati o abordare mai declarativă și automată a federației.

Exemple din Lumea Reală și Cazuri de Utilizare

Iată câteva exemple din lumea reală despre cum poate fi utilizată Federația GraphQL, inclusiv Schema Stitching:

• Platformă de E-commerce: O platformă de e-commerce ar putea folosi Federația GraphQL pentru a combina date din mai multe servicii, cum ar fi un serviciu de catalog de produse, un serviciu de utilizatori, un serviciu de comenzi și un serviciu de plăți. Acest lucru permite clienților să preia cu ușurință toate informațiile de care au nevoie pentru a afișa detaliile produsului, profilurile utilizatorilor, istoricul comenzilor și informațiile de plată.
• Platformă de Social Media: O platformă de social media ar putea utiliza Federația GraphQL pentru a combina date din servicii care gestionează profilurile utilizatorilor, postările, comentariile și aprecierile. Acest lucru permite clienților să preia eficient toate informațiile necesare pentru a afișa profilul unui utilizator, postările sale și comentariile și aprecierile asociate cu acele postări.
• Aplicație de Servicii Financiare: O aplicație de servicii financiare ar putea utiliza Federația GraphQL pentru a combina date din servicii care gestionează conturi, tranzacții și investiții. Acest lucru permite clienților să preia cu ușurință toate informațiile de care au nevoie pentru a afișa soldurile conturilor, istoricul tranzacțiilor și portofoliile de investiții.
• Sistem de Management al Conținutului (CMS): Un CMS poate valorifica Federația GraphQL pentru a integra date din diverse surse, cum ar fi articole, imagini, videoclipuri și conținut generat de utilizatori. Acest lucru permite un API unificat pentru a prelua tot conținutul legat de un anumit subiect sau autor.
• Aplicație din Domeniul Sănătății: Integrarea datelor pacienților din diferite sisteme, cum ar fi dosarele medicale electronice (EHR), rezultatele de laborator și programările. Acest lucru oferă medicilor un singur punct de acces la informații complete despre pacienți.

Cele mai Bune Practici pentru Schema Stitching

Pentru a asigura o implementare de succes a Schema Stitching, urmați aceste bune practici:

• Planificați-vă Schema cu Atenție: Înainte de a începe să combinați schemele, planificați cu atenție structura schemei unificate. Acest lucru include definirea relațiilor între tipuri din scheme diferite, redenumirea tipurilor și câmpurilor pentru a evita conflictele și luarea în considerare a modelelor generale de acces la date.
• Utilizați Convenții de Denumire Consecvente: Adoptați convenții de denumire consecvente pentru tipuri, câmpuri și operațiuni în toate serviciile. Acest lucru va ajuta la evitarea conflictelor și va facilita înțelegerea schemei unificate.
• Documentați-vă Schema: Documentați amănunțit schema unificată, inclusiv descrieri ale tipurilor, câmpurilor și operațiunilor. Acest lucru va facilita înțelegerea și utilizarea schemei de către dezvoltatori.
• Monitorizați Performanța: Monitorizați performanța gateway-ului și a serviciilor remote pentru a identifica și a rezolva orice blocaje de performanță. Utilizați instrumente precum urmărirea distribuită pentru a urmări cererile pe mai multe servicii.
• Implementați Securitate: Implementați măsuri de securitate adecvate pentru a proteja gateway-ul și serviciile remote de accesul neautorizat. Acest lucru poate implica utilizarea mecanismelor de autentificare și autorizare, precum și validarea intrărilor și codificarea ieșirilor.
• Versionați-vă Schema: Pe măsură ce vă dezvoltați schemele, versionați-le corespunzător pentru a vă asigura că clienții pot continua să utilizeze versiuni mai vechi ale schemei fără a se defecta. Acest lucru va ajuta la evitarea modificărilor disruptive (breaking changes) și la asigurarea compatibilității inverse.
• Automatizați Implementarea: Automatizați implementarea gateway-ului și a serviciilor remote pentru a vă asigura că modificările pot fi implementate rapid și fiabil. Acest lucru va ajuta la reducerea riscului de erori și la îmbunătățirea agilității generale a sistemului.

Concluzie

Federația GraphQL cu Schema Stitching oferă o abordare puternică pentru construirea de API-uri unificate din mai multe servicii într-o arhitectură de microservicii. Înțelegând conceptele sale de bază, beneficiile, limitările și tehnicile de implementare, puteți valorifica Schema Stitching pentru a simplifica accesul la date, a îmbunătăți scalabilitatea și a spori mentenabilitatea. Deși Apollo Federation a apărut ca o soluție mai avansată, Schema Stitching rămâne o opțiune viabilă pentru scenarii mai simple sau la integrarea serviciilor GraphQL existente. Luați în considerare cu atenție nevoile și cerințele specifice pentru a alege cea mai bună abordare pentru organizația dumneavoastră.