Проектирование схемы GraphQL: Масштабируемые паттерны для глобальных API

GraphQL стал мощной альтернативой традиционным REST API, предлагая клиентам гибкость в запросе именно тех данных, которые им нужны. Однако по мере роста сложности и масштаба вашего GraphQL API – особенно при обслуживании глобальной аудитории с разнообразными требованиями к данным – тщательное проектирование схемы становится критически важным для удобства сопровождения, масштабируемости и производительности. В этой статье рассматриваются несколько масштабируемых паттернов проектирования схем GraphQL, которые помогут вам создавать надежные API, способные справиться с требованиями глобального приложения.

Важность масштабируемого проектирования схемы

Хорошо спроектированная схема GraphQL — это основа успешного API. Она определяет, как клиенты могут взаимодействовать с вашими данными и сервисами. Плохое проектирование схемы может привести к ряду проблем, включая:

• Проблемы с производительностью: Неэффективные запросы и распознаватели (resolvers) могут перегружать ваши источники данных и замедлять время ответа.
• Проблемы с поддержкой: Монолитную схему становится трудно понимать, изменять и тестировать по мере роста вашего приложения.
• Уязвимости безопасности: Плохо определенные контроли доступа могут раскрыть конфиденциальные данные неавторизованным пользователям.
• Ограниченная масштабируемость: Тесно связанная схема затрудняет распределение вашего API между несколькими серверами или командами.

Для глобальных приложений эти проблемы усугубляются. Разные регионы могут иметь разные требования к данным, нормативные ограничения и ожидания по производительности. Масштабируемое проектирование схемы позволяет эффективно решать эти задачи.

Ключевые принципы масштабируемого проектирования схемы

Прежде чем перейти к конкретным паттернам, давайте изложим некоторые ключевые принципы, которыми следует руководствоваться при проектировании схемы:

• Модульность: Разбивайте вашу схему на более мелкие, независимые модули. Это облегчает понимание, изменение и повторное использование отдельных частей вашего API.
• Компонуемость: Проектируйте схему так, чтобы разные модули можно было легко комбинировать и расширять. Это позволяет добавлять новые функции и возможности, не нарушая работу существующих клиентов.
• Абстракция: Скрывайте сложность ваших базовых источников данных и сервисов за хорошо определенным интерфейсом GraphQL. Это позволяет изменять реализацию, не затрагивая клиентов.
• Согласованность: Придерживайтесь единого соглашения об именовании, структуре данных и стратегии обработки ошибок во всей вашей схеме. Это облегчает клиентам изучение и использование вашего API.
• Оптимизация производительности: Учитывайте последствия для производительности на каждом этапе проектирования схемы. Используйте такие методы, как загрузчики данных (data loaders) и псевдонимы полей (field aliasing), чтобы минимизировать количество запросов к базе данных и сетевых запросов.

Масштабируемые паттерны проектирования схемы

Вот несколько масштабируемых паттернов проектирования схемы, которые вы можете использовать для создания надежных GraphQL API:

1. Сшивание схем (Schema Stitching)

Сшивание схем позволяет объединить несколько GraphQL API в единую, унифицированную схему. Это особенно полезно, когда у вас есть разные команды или сервисы, отвечающие за разные части ваших данных. Это похоже на наличие нескольких мини-API и их соединение через «шлюзовой» API.

Как это работает:

1. Каждая команда или сервис предоставляет свой собственный GraphQL API со своей собственной схемой.
2. Центральный шлюзовой сервис использует инструменты для сшивания схем (например, Apollo Federation или GraphQL Mesh) для объединения этих схем в единую, унифицированную схему.
3. Клиенты взаимодействуют со шлюзовым сервисом, который направляет запросы к соответствующим базовым API.

Пример:

Представьте себе платформу электронной коммерции с отдельными API для продуктов, пользователей и заказов. У каждого API есть своя схема:

  
    # API продуктов
    type Product {
      id: ID!
      name: String!
      price: Float!
    }

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

    # API пользователей
    type User {
      id: ID!
      name: String!
      email: String!
    }

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

    # API заказов
    type Order {
      id: ID!
      userId: ID!
      productId: ID!
      quantity: Int!
    }

    type Query {
      order(id: ID!): Order
    }
  

Шлюзовой сервис может сшить эти схемы вместе, чтобы создать унифицированную схему:

  
    type Product {
      id: ID!
      name: String!
      price: Float!
    }

    type User {
      id: ID!
      name: String!
      email: String!
    }

    type Order {
      id: ID!
      user: User! @relation(field: "userId")
      product: Product! @relation(field: "productId")
      quantity: Int!
    }

    type Query {
      product(id: ID!): Product
      user(id: ID!): User
      order(id: ID!): Order
    }
  

Обратите внимание, как тип Order теперь включает ссылки на User и Product, хотя эти типы определены в отдельных API. Это достигается с помощью директив сшивания схем (как @relation в этом примере).

Преимущества:

• Децентрализованное владение: Каждая команда может управлять своими данными и API независимо.
• Улучшенная масштабируемость: Вы можете масштабировать каждый API независимо в зависимости от его конкретных потребностей.
• Снижение сложности: Клиентам нужно взаимодействовать только с одной конечной точкой API.

Что следует учесть:

• Сложность: Сшивание схем может добавить сложности в вашу архитектуру.
• Задержка: Маршрутизация запросов через шлюзовой сервис может вносить задержку.
• Обработка ошибок: Вам необходимо реализовать надежную обработку ошибок для сбоев в базовых API.

2. Федерация схем (Schema Federation)

Федерация схем — это эволюция сшивания схем, разработанная для устранения некоторых его ограничений. Она предоставляет более декларативный и стандартизированный подход к композиции схем GraphQL.

Как это работает:

1. Каждый сервис предоставляет GraphQL API и аннотирует свою схему директивами федерации (например, @key, @extends, @external).
2. Центральный шлюзовой сервис (используя Apollo Federation) использует эти директивы для построения суперграфа — представления всей федеративной схемы.
3. Шлюзовой сервис использует суперграф для маршрутизации запросов к соответствующим базовым сервисам и разрешения зависимостей.

Пример:

Используя тот же пример электронной коммерции, федеративные схемы могут выглядеть так:

  
    # API продуктов
    type Product @key(fields: "id") {
      id: ID!
      name: String!
      price: Float!
    }

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

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

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

    # API заказов
    type Order {
      id: ID!
      userId: ID!
      productId: ID!
      quantity: Int!
      user: User! @requires(fields: "userId")
      product: Product! @requires(fields: "productId")
    }

    extend type Query {
      order(id: ID!): Order
    }
  

Обратите внимание на использование директив федерации:

• @key: Указывает первичный ключ для типа.
• @requires: Указывает, что поле требует данных из другого сервиса.
• @extends: Позволяет сервису расширять тип, определенный в другом сервисе.

Преимущества:

• Декларативная композиция: Директивы федерации облегчают понимание и управление зависимостями схемы.
• Улучшенная производительность: Apollo Federation оптимизирует планирование и выполнение запросов для минимизации задержек.
• Повышенная безопасность типов: Суперграф гарантирует, что все типы согласованы между сервисами.

Что следует учесть:

• Инструментарий: Требуется использование Apollo Federation или совместимой реализации федерации.
• Сложность: Может быть сложнее в настройке, чем сшивание схем.
• Кривая обучения: Разработчикам необходимо изучить директивы и концепции федерации.

3. Модульное проектирование схемы

Модульное проектирование схемы включает в себя разбивку большой монолитной схемы на более мелкие, более управляемые модули. Это облегчает понимание, изменение и повторное использование отдельных частей вашего API, даже без использования федеративных схем.

Как это работает:

1. Определите логические границы в вашей схеме (например, пользователи, продукты, заказы).
2. Создайте отдельные модули для каждой границы, определяя типы, запросы и мутации, связанные с этой границей.
3. Используйте механизмы импорта/экспорта (в зависимости от реализации вашего GraphQL-сервера) для объединения модулей в единую, унифицированную схему.

Пример (с использованием JavaScript/Node.js):

Создайте отдельные файлы для каждого модуля:

  
    // users.graphql
    type User {
      id: ID!
      name: String!
      email: String!
    }

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

    // products.graphql
    type Product {
      id: ID!
      name: String!
      price: Float!
    }

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

Затем объедините их в вашем основном файле схемы:

  
    // schema.js
    const { makeExecutableSchema } = require('graphql-tools');
    const { typeDefs: userTypeDefs, resolvers: userResolvers } = require('./users');
    const { typeDefs: productTypeDefs, resolvers: productResolvers } = require('./products');

    const typeDefs = [
      userTypeDefs,
      productTypeDefs,
      ""
    ];

    const resolvers = {
      Query: {
        ...userResolvers.Query,
        ...productResolvers.Query,
      }
    };

    const schema = makeExecutableSchema({
      typeDefs,
      resolvers,
    });

    module.exports = schema;
  

Преимущества:

• Улучшенная поддержка: Меньшие модули легче понимать и изменять.
• Повышенная переиспользуемость: Модули можно повторно использовать в других частях вашего приложения.
• Улучшенное взаимодействие: Разные команды могут работать над разными модулями независимо.

Что следует учесть:

• Накладные расходы: Модуляризация может добавить некоторые накладные расходы в ваш процесс разработки.
• Сложность: Вам необходимо тщательно определить границы между модулями, чтобы избежать циклических зависимостей.
• Инструментарий: Требуется использование реализации GraphQL-сервера, которая поддерживает модульное определение схемы.

4. Интерфейсы и типы объединения (Union Types)

Интерфейсы и типы объединения позволяют определять абстрактные типы, которые могут быть реализованы несколькими конкретными типами. Это полезно для представления полиморфных данных — данных, которые могут принимать разные формы в зависимости от контекста.

Как это работает:

• Определите интерфейс или тип объединения с набором общих полей.
• Определите конкретные типы, которые реализуют интерфейс или являются членами объединения.
• Используйте поле __typename для идентификации конкретного типа во время выполнения.

Пример:

  
    interface Node {
      id: ID!
    }

    type User implements Node {
      id: ID!
      name: String!
      email: String!
    }

    type Product implements Node {
      id: ID!
      name: String!
      price: Float!
    }

    union SearchResult = User | Product

    type Query {
      node(id: ID!): Node
      search(query: String!): [SearchResult!]!
    }
  

В этом примере и User, и Product реализуют интерфейс Node, который определяет общее поле id. Тип объединения SearchResult представляет результат поиска, который может быть либо User, либо Product. Клиенты могут запрашивать поле `search`, а затем использовать поле `__typename`, чтобы определить, какой тип результата они получили.

Преимущества:

• Гибкость: Позволяет представлять полиморфные данные типобезопасным способом.
• Повторное использование кода: Уменьшает дублирование кода путем определения общих полей в интерфейсах и объединениях.
• Улучшенная возможность запросов: Облегчает клиентам запрос различных типов данных с помощью одного запроса.

Что следует учесть:

• Сложность: Может добавить сложности в вашу схему.
• Производительность: Разрешение интерфейсов и типов объединения может быть более затратным, чем разрешение конкретных типов.
• Интроспекция: Требует от клиентов использования интроспекции для определения конкретного типа во время выполнения.

5. Паттерн Connection

Паттерн Connection — это стандартный способ реализации пагинации в GraphQL API. Он обеспечивает последовательный и эффективный способ получения больших списков данных по частям.

Как это работает:

• Определите тип connection с полями edges и pageInfo.
• Поле edges содержит список ребер, каждое из которых содержит поле node (фактические данные) и поле cursor (уникальный идентификатор узла).
• Поле pageInfo содержит информацию о текущей странице, например, есть ли еще страницы, и курсоры для первого и последнего узлов.
• Используйте аргументы first, after, last и before для управления пагинацией.

Пример:

  
    type User {
      id: ID!
      name: String!
      email: String!
    }

    type UserEdge {
      node: User!
      cursor: String!
    }

    type UserConnection {
      edges: [UserEdge!]!
      pageInfo: PageInfo!
    }

    type PageInfo {
      hasNextPage: Boolean!
      hasPreviousPage: Boolean!
      startCursor: String
      endCursor: String
    }

    type Query {
      users(first: Int, after: String, last: Int, before: String): UserConnection!
    }
  

Преимущества:

• Стандартизированная пагинация: Предоставляет последовательный способ реализации пагинации во всем вашем API.
• Эффективное получение данных: Позволяет получать большие списки данных по частям, снижая нагрузку на ваш сервер и повышая производительность.
• Пагинация на основе курсора: Использует курсоры для отслеживания позиции каждого узла, что более эффективно, чем пагинация на основе смещения.

Что следует учесть:

• Сложность: Может добавить сложности в вашу схему.
• Накладные расходы: Требует дополнительных полей и типов для реализации паттерна connection.
• Реализация: Требует тщательной реализации для обеспечения уникальности и согласованности курсоров.

Глобальные аспекты

При проектировании схемы GraphQL для глобальной аудитории учитывайте эти дополнительные факторы:

• Локализация: Используйте директивы или пользовательские скалярные типы для поддержки разных языков и регионов. Например, у вас может быть пользовательский скаляр LocalizedText, который хранит переводы для разных языков.
• Часовые пояса: Храните временные метки в UTC и позволяйте клиентам указывать свой часовой пояс для целей отображения.
• Валюты: Используйте последовательный формат валюты и позволяйте клиентам указывать предпочитаемую валюту для отображения. Рассмотрите возможность использования пользовательского скаляра Currency для этого.
• Резидентность данных: Убедитесь, что ваши данные хранятся в соответствии с местными нормативными актами. Это может потребовать развертывания вашего API в нескольких регионах или использования методов маскировки данных.
• Доступность: Проектируйте схему так, чтобы она была доступна для пользователей с ограниченными возможностями. Используйте ясные и описательные имена полей и предоставляйте альтернативные способы доступа к данным.

Например, рассмотрим поле описания продукта:

type Product {
 id: ID!
 name: String!
 description(language: String = "en"): String!
}

Это позволяет клиентам запрашивать описание на определенном языке. Если язык не указан, по умолчанию используется английский (`en`).

Заключение

Масштабируемое проектирование схемы необходимо для создания надежных и поддерживаемых GraphQL API, которые могут справиться с требованиями глобального приложения. Следуя принципам, изложенным в этой статье, и используя соответствующие паттерны проектирования, вы можете создавать API, которые легко понимать, изменять и расширять, обеспечивая при этом отличную производительность и масштабируемость. Не забывайте о модуляризации, композиции и абстракции вашей схемы, а также об учете специфических потребностей вашей глобальной аудитории.

Применяя эти паттерны, вы сможете раскрыть весь потенциал GraphQL и создавать API, которые будут обеспечивать работу ваших приложений на долгие годы.