Фронтенд-шлюз API: Федерация GraphQL и сшивание схем

В мире разработки современных веб-приложений управление данными из нескольких источников может стать серьезной проблемой. По мере роста сложности приложений и внедрения микросервисных архитектур первостепенное значение приобретает необходимость в едином и эффективном способе доступа к данным. Фронтенд-шлюз API выступает в качестве центральной точки входа для клиентских приложений, агрегируя данные из различных бэкенд-сервисов и обеспечивая оптимизированный опыт как для разработчиков, так и для конечных пользователей. В этой статье рассматриваются две мощные техники для создания фронтенд-шлюза API: Федерация GraphQL и сшивание схем.

Что такое фронтенд-шлюз API?

Фронтенд-шлюз API — это архитектурный паттерн, в котором выделенный сервер выступает в роли посредника между фронтенд-клиентами (например, веб-браузерами, мобильными приложениями) и множеством бэкенд-сервисов. Он упрощает получение данных за счет:

• Агрегации данных: Объединение данных из нескольких источников в один ответ.
• Трансформации данных: Адаптация форматов данных под нужды фронтенда.
• Абстрагирования сложности: Сокрытие тонкостей бэкенд-сервисов от клиента.
• Обеспечения безопасности: Реализация политик аутентификации и авторизации.
• Оптимизации производительности: Кэширование часто запрашиваемых данных и сокращение количества сетевых запросов.

По сути, он реализует паттерн Backend for Frontend (BFF) в большом масштабе и дает фронтенд-командам больше контроля над API, которые они используют. В крупных организациях возможность фронтенда управлять и курировать свои собственные API может привести к ускорению разработки и снижению зависимости от бэкенд-команд.

Почему стоит использовать GraphQL для фронтенд-шлюза API?

GraphQL — это язык запросов для API и среда выполнения для обработки этих запросов с использованием ваших существующих данных. Он предлагает несколько преимуществ по сравнению с традиционными REST API, что делает его хорошо подходящим для создания фронтенд-шлюзов API:

• Эффективное получение данных: Клиенты запрашивают только те данные, которые им нужны, что сокращает избыточную выборку (over-fetching) и повышает производительность.
• Строгая типизация: Схемы GraphQL определяют структуру данных, что улучшает инструментарий и валидацию.
• Интроспекция: Клиенты могут обнаруживать доступные данные и операции через интроспекцию схемы.
• Возможности реального времени: Подписки GraphQL обеспечивают обновления данных в реальном времени.

Используя GraphQL, фронтенд-шлюз API может предоставить гибкий, эффективный и удобный для разработчиков интерфейс для доступа к данным из нескольких бэкенд-сервисов. Это резко контрастирует с традиционными подходами, использующими несколько REST-эндпоинтов, каждый из которых требует отдельного запроса и часто возвращает больше данных, чем необходимо.

Федерация GraphQL: распределенный подход

Что такое Федерация GraphQL?

Федерация GraphQL — это мощная техника для создания распределенного GraphQL API путем композиции нескольких сервисов GraphQL (называемых «подграфами») в единую, унифицированную схему. Каждый подграф отвечает за определенный домен или источник данных, а шлюз Федерации оркестрирует запросы между этими подграфами.

Ключевая концепция вращается вокруг суперграфа, единой, унифицированной схемы GraphQL, которая представляет весь API. Этот суперграф строится путем композиции меньших схем GraphQL, называемых подграфами, каждый из которых представляет конкретный микросервис или источник данных. Шлюз Федерации отвечает за маршрутизацию входящих GraphQL-запросов к соответствующим подграфам и объединение результатов в один ответ.

Как работает Федерация GraphQL

1. Определение подграфа: Каждый микросервис предоставляет GraphQL API (подграф), который определяет свои собственные данные и операции. Эти схемы включают директивы, которые сообщают шлюзу Федерации, как разрешать типы и поля. Ключевые директивы включают `@key`, `@external` и `@requires`.
2. Композиция суперграфа: Шлюз Федерации (например, Apollo Gateway) получает схемы от каждого подграфа и компонует их в единую, унифицированную схему (суперграф). Этот процесс включает разрешение конфликтов типов и полей и установление связей между типами из разных подграфов.
3. Планирование и выполнение запроса: Когда клиент отправляет GraphQL-запрос шлюзу, шлюз анализирует запрос и определяет, какие подграфы необходимо запросить для выполнения запроса. Затем он распределяет запрос по соответствующим подграфам, собирает результаты и объединяет их в один ответ, который возвращается клиенту.

Пример: Платформа электронной коммерции с Федерацией GraphQL

Рассмотрим платформу электронной коммерции с отдельными микросервисами для продуктов, клиентов и заказов.

• Подграф продуктов: Управляет информацией о продуктах (название, описание, цена и т.д.).
• Подграф клиентов: Управляет данными клиентов (имя, адрес, email и т.д.).
• Подграф заказов: Управляет информацией о заказах (ID заказа, ID клиента, ID продуктов, общая сумма и т.д.).

Каждый подграф предоставляет GraphQL API, и шлюз Федерации компонует эти API в единый суперграф. Клиент затем может запросить суперграф для получения информации о продуктах, клиентах и заказах в одном запросе.

Например, запрос на получение имени клиента и истории его заказов может выглядеть так:

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

Шлюз Федерации направит этот запрос к подграфам клиентов и заказов, получит необходимые данные и объединит их в один ответ.

Преимущества Федерации GraphQL

• Упрощенный доступ к данным: Клиенты взаимодействуют с одним эндпоинтом GraphQL, независимо от базовых источников данных.
• Повышенная производительность: Получение данных оптимизировано за счет извлечения только необходимых данных из каждого подграфа.
• Увеличенная масштабируемость: Каждый подграф может масштабироваться независимо, что позволяет лучше использовать ресурсы.
• Децентрализованная разработка: Команды могут разрабатывать и развертывать подграфы независимо, что способствует гибкости и инновациям.
• Управление схемой: Шлюз Федерации обеспечивает согласованность и совместимость схем между подграфами.

Инструменты для Федерации GraphQL

• Apollo Federation: Популярная реализация Федерации GraphQL с открытым исходным кодом, предоставляющая шлюз, реестр схем и инструменты для создания и управления федеративными GraphQL API. Apollo Federation известна своей масштабируемостью и надежной обработкой ошибок.
• GraphQL Hive: Этот инструмент предлагает реестр схем и управление для федеративных сервисов GraphQL, предоставляя такие функции, как обнаружение изменений, анализ использования и проверки схем. Он улучшает видимость и контроль над суперграфом.

Сшивание схем: альтернативный подход

Что такое сшивание схем?

Сшивание схем — это еще одна техника для объединения нескольких схем GraphQL в единую, унифицированную схему. В отличие от Федерации, сшивание схем обычно включает более ручной процесс определения того, как типы и поля из разных схем связаны между собой. Хотя Федерация считается более современным и надежным решением, сшивание схем может быть жизнеспособным вариантом для более простых случаев использования или при миграции с существующих GraphQL API.

Как работает сшивание схем

1. Определение схемы: Каждый микросервис предоставляет GraphQL API со своей собственной схемой.
2. Логика сшивания: Слой сшивания (часто реализуемый с помощью библиотек, таких как GraphQL Tools) определяет, как типы и поля из разных схем связаны между собой. Это включает написание функций-резолверов, которые получают данные из базовых сервисов и отображают их в унифицированную схему.
3. Единая схема: Слой сшивания объединяет отдельные схемы в единую, унифицированную схему, которая предоставляется клиенту.

Пример: сшивание продуктов и отзывов

Представьте себе два отдельных сервиса GraphQL: один для продуктов, а другой для отзывов.

• Сервис продуктов: Предоставляет информацию о продуктах (ID, название, описание, цена).
• Сервис отзывов: Предоставляет отзывы о продуктах (ID, ID продукта, рейтинг, комментарий).

Используя сшивание схем, вы можете создать единую схему, которая позволяет клиентам получать информацию о продуктах и отзывы в одном запросе.

Вам нужно будет определить функцию-резолвер в слое сшивания, которая получает отзывы для заданного ID продукта из Сервиса отзывов и добавляет их к типу Product в единой схеме.

// Пример (концептуальный): Логика сшивания с использованием GraphQL Tools
const { stitchSchemas } = require('@graphql-tools/stitch');

const productsSchema = ... // Определите вашу схему продуктов
const reviewsSchema = ... // Определите вашу схему отзывов

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) => {
          // Получить отзывы о продукте из Сервиса отзывов
          return fetchReviewsForProduct(product.id);
        },
      },
    },
  },
});

Этот пример демонстрирует основную концепцию сшивания схем. Обратите внимание на необходимость кастомных резолверов для получения поля `reviews`. Эти дополнительные накладные расходы на написание резолверов для каждой связи могут сделать процесс разработки медленнее, чем при использовании Федерации.

Преимущества сшивания схем

• Единый API: Клиенты обращаются к одному эндпоинту GraphQL, что упрощает доступ к данным.
• Постепенное внедрение: Сшивание схем можно внедрять постепенно, что позволяет плавно переходить к единому API.
• Гибкость: Сшивание схем предоставляет больше контроля над тем, как объединяются схемы, позволяя настраивать логику сшивания для удовлетворения конкретных потребностей.

Недостатки сшивания схем

• Ручная настройка: Сшивание схем требует ручной настройки логики сшивания, что может быть сложным и трудоемким.
• Накладные расходы на производительность: Функции-резолверы могут создавать накладные расходы на производительность, особенно если они включают сложные преобразования данных.
• Ограниченная масштабируемость: Сшивание схем может быть сложнее масштабировать, чем Федерацию, так как логика сшивания обычно централизована.
• Владение схемой: Может привести к неопределенности в отношении владения схемой, особенно если разные команды управляют сшиваемыми сервисами.

Инструменты для сшивания схем

• GraphQL Tools: Популярная библиотека для создания и манипулирования схемами GraphQL, включая поддержку сшивания схем.
• GraphQL Mesh: GraphQL Mesh позволяет использовать язык запросов GraphQL для доступа к данным из различных источников, таких как REST API, базы данных и gRPC. Он может сшивать эти API в единую схему GraphQL.

Федерация GraphQL против сшивания схем: сравнение

И Федерация GraphQL, и сшивание схем предлагают способы объединения нескольких схем GraphQL в единый API, но они различаются по своему подходу и возможностям.

Характеристика	Федерация GraphQL	Сшивание схем
Подход	Распределенная, автоматизированная композиция	Централизованная, ручная настройка
Сложность	Меньшая сложность в поддержке и масштабировании	Большая сложность из-за ручной логики резолверов
Масштабируемость	Разработана для крупномасштабных, распределенных систем	Менее масштабируема, обычно используется для небольших приложений
Управление схемой	Встроенное управление и валидация схемы	Требует ручного управления схемой и координации
Инструментарий	Сильная экосистема инструментов и библиотек (например, Apollo Federation)	Требует больше кастомных инструментов и настроек
Сценарии использования	Микросервисные архитектуры, крупномасштабные API, децентрализованная разработка	Небольшие приложения, постепенная миграция, специфические требования к кастомизации

Когда использовать Федерацию GraphQL: Выбирайте Федерацию, когда у вас сложная микросервисная архитектура, необходимо масштабировать API и вы хотите предоставить независимым командам возможность управлять своими собственными подграфами. Это также упрощает управление и контроль над схемой.

Когда использовать сшивание схем: Рассмотрите сшивание схем, когда у вас более простой API, требуется больше контроля над логикой сшивания или вы мигрируете с существующих GraphQL API. Однако помните о потенциальных сложностях и ограничениях масштабируемости.

Реализация аутентификации и авторизации

Независимо от того, выберете ли вы Федерацию GraphQL или сшивание схем, реализация аутентификации и авторизации имеет решающее значение для обеспечения безопасности вашего фронтенд-шлюза API. Существует несколько подходов, которые вы можете использовать:

• Аутентификация на уровне шлюза: Шлюз API обрабатывает аутентификацию и авторизацию перед маршрутизацией запросов к бэкенд-сервисам. Этот подход централизует логику безопасности и упрощает бэкенд-сервисы. Распространенные методы включают валидацию JWT (JSON Web Token) и OAuth 2.0.
• Аутентификация на уровне сервиса: Каждый бэкенд-сервис обрабатывает свою собственную аутентификацию и авторизацию. Этот подход обеспечивает более гранулярный контроль над безопасностью, но может быть сложнее в управлении.
• Гибридный подход: Комбинация аутентификации на уровне шлюза и на уровне сервиса. Шлюз обрабатывает начальную аутентификацию, а бэкенд-сервисы выполняют более гранулярные проверки авторизации.

Пример: JWT-аутентификация с Apollo Federation

С Apollo Federation вы можете настроить шлюз для валидации JWT-токенов, включенных в заголовки запроса. Затем шлюз может передавать информацию о пользователе, извлеченную из токена, в подграфы, которые могут использовать эту информацию для авторизации.

// Пример (концептуальный): Конфигурация Apollo Gateway с валидацией JWT
const { ApolloGateway } = require('@apollo/gateway');

const gateway = new ApolloGateway({
  serviceList: [
    // ... ваши конфигурации подграфов
  ],
  buildService: ({ name, url }) => {
    return new MyCustomService({
      name,  // Имя подграфа
      url,   // URL подграфа
    });
  },
});

class MyCustomService extends RemoteGraphQLDataSource {
  willSendRequest({ request, context }) {
    // Получить пользователя из контекста
    const user = context.user;

    // Добавить ID пользователя в заголовки запроса
    if (user) {
      request.http.headers.set('user-id', user.id);
    }
  }
}

В этом примере создается кастомный сервис для изменения исходящих запросов, чтобы включить ID пользователя, полученный из JWT. Нижестоящие сервисы затем могут использовать этот ID для проверок авторизации.

Стратегии кэширования для оптимизации производительности

Кэширование необходимо для повышения производительности фронтенд-шлюза API. Кэшируя часто запрашиваемые данные, вы можете снизить нагрузку на бэкенд-сервисы и улучшить время ответа для клиентов. Вот некоторые стратегии кэширования:

• HTTP-кэширование: Используйте механизмы HTTP-кэширования (например, заголовки `Cache-Control`) для кэширования ответов в браузере и промежуточных прокси.
• Кэширование в памяти: Используйте кэши в памяти (например, Redis, Memcached) для кэширования часто запрашиваемых данных на шлюзе.
• CDN-кэширование: Используйте сети доставки контента (CDN) для кэширования статических активов и ответов API ближе к клиенту.
• Кэширование GraphQL-запросов: Кэшируйте результаты GraphQL-запросов на основе их строки запроса и переменных. Это может быть особенно эффективно для часто выполняемых запросов. Apollo Server предлагает встроенную поддержку кэширования запросов.

При реализации кэширования рассмотрите стратегии инвалидации кэша, чтобы гарантировать, что клиенты получают актуальные данные. Распространенные стратегии включают:

• Истечение по времени: Установите фиксированное время истечения для кэшированных данных.
• Инвалидация на основе событий: Инвалидируйте кэш, когда данные изменяются в бэкенд-сервисах. Это можно достичь с помощью вебхуков или очередей сообщений.

Мониторинг и наблюдаемость

Мониторинг и наблюдаемость критически важны для обеспечения здоровья и производительности вашего фронтенд-шлюза API. Внедрите комплексный мониторинг для отслеживания ключевых метрик, таких как:

• Задержка запроса: Время, необходимое для обработки запроса.
• Уровень ошибок: Процент запросов, которые приводят к ошибкам.
• Пропускная способность: Количество запросов, обрабатываемых в единицу времени.
• Использование ресурсов: Использование ЦП, памяти и сети шлюзом и бэкенд-сервисами.

Используйте трассировку для отслеживания запросов по мере их прохождения через систему, выявляя узкие места и проблемы с производительностью. Логирование предоставляет ценную информацию о поведении шлюза и бэкенд-сервисов.

Инструменты для мониторинга и наблюдаемости включают:

• Prometheus: Система мониторинга и оповещения с открытым исходным кодом.
• Grafana: Инструмент для визуализации данных и мониторинга.
• Jaeger: Система распределенной трассировки с открытым исходным кодом.
• Datadog: Платформа мониторинга и безопасности для облачных приложений.
• New Relic: Платформа цифровой аналитики для мониторинга и улучшения производительности программного обеспечения.

Реализуя надежный мониторинг и наблюдаемость, вы можете проактивно выявлять и устранять проблемы, обеспечивая надежность и производительность вашего фронтенд-шлюза API.

Заключение

Фронтенд-шлюз API, построенный с помощью Федерации GraphQL или сшивания схем, может значительно упростить доступ к данным, повысить производительность и улучшить опыт разработчиков в современных веб-приложениях. Федерация GraphQL предоставляет мощное и масштабируемое решение для композиции распределенных GraphQL API, в то время как сшивание схем предлагает более гибкий подход для объединения существующих схем. Тщательно рассмотрев конкретные требования вашего приложения и компромиссы между этими техниками, вы можете выбрать наилучший подход для создания надежного и эффективного фронтенд-шлюза API.

Не забывайте реализовывать надлежащую аутентификацию и авторизацию, стратегии кэширования, а также мониторинг и наблюдаемость для обеспечения безопасности, производительности и надежности вашего шлюза. Применяя эти лучшие практики, вы сможете раскрыть весь потенциал GraphQL и создавать современные веб-приложения, которые обеспечивают исключительный пользовательский опыт.