Dizajn GraphQL schémy: Škálovateľné vzory pre globálne API

GraphQL sa stal silnou alternatívou k tradičným REST API, ponúkajúc klientom flexibilitu vyžiadať si presne tie dáta, ktoré potrebujú. Avšak, ako vaše GraphQL API rastie v komplexnosti a rozsahu – najmä keď slúži globálnemu publiku s rôznorodými požiadavkami na dáta – starostlivý dizajn schémy sa stáva kľúčovým pre udržiavateľnosť, škálovateľnosť a výkon. Tento článok skúma niekoľko škálovateľných dizajnových vzorov pre GraphQL schémy, ktoré vám pomôžu vybudovať robustné API schopné zvládnuť požiadavky globálnej aplikácie.

Dôležitosť škálovateľného dizajnu schémy

Dobre navrhnutá GraphQL schéma je základom úspešného API. Určuje, ako môžu klienti interagovať s vašimi dátami a službami. Zlý dizajn schémy môže viesť k mnohým problémom, vrátane:

• Úzke miesta vo výkone: Neefektívne dopyty a resolveri môžu preťažiť vaše dátové zdroje a spomaliť časy odozvy.
• Problémy s udržiavateľnosťou: Monolitická schéma sa stáva ťažko zrozumiteľnou, upraviteľnou a testovateľnou, ako vaša aplikácia rastie.
• Bezpečnostné zraniteľnosti: Zle definované kontroly prístupu môžu odhaliť citlivé dáta neoprávneným používateľom.
• Obmedzená škálovateľnosť: Pevne zviazaná schéma sťažuje distribúciu vášho API na viaceré servery alebo tímy.

Pre globálne aplikácie sú tieto problémy ešte výraznejšie. Rôzne regióny môžu mať odlišné požiadavky na dáta, regulačné obmedzenia a očakávania výkonu. Škálovateľný dizajn schémy vám umožňuje efektívne riešiť tieto výzvy.

Kľúčové princípy škálovateľného dizajnu schémy

Predtým, ako sa ponoríme do špecifických vzorov, načrtnime si niekoľko kľúčových princípov, ktoré by mali viesť váš dizajn schémy:

• Modularita: Rozdeľte svoju schému na menšie, nezávislé moduly. To uľahčuje porozumenie, úpravu a opätovné použitie jednotlivých častí vášho API.
• Skladateľnosť: Navrhnite svoju schému tak, aby sa rôzne moduly dali ľahko kombinovať a rozširovať. To vám umožní pridávať nové funkcie bez narušenia existujúcich klientov.
• Abstrakcia: Skryte zložitosť vašich podkladových dátových zdrojov a služieb za dobre definované GraphQL rozhranie. To vám umožní zmeniť vašu implementáciu bez ovplyvnenia klientov.
• Konzistentnosť: Udržujte konzistentnú konvenciu pomenovania, dátovú štruktúru a stratégiu spracovania chýb v celej vašej schéme. To uľahčuje klientom naučiť sa a používať vaše API.
• Optimalizácia výkonu: Zvážte dopady na výkon v každej fáze návrhu schémy. Používajte techniky ako data loaders a field aliasing na minimalizáciu počtu databázových dopytov a sieťových požiadaviek.

Škálovateľné dizajnové vzory schémy

Tu je niekoľko škálovateľných dizajnových vzorov schémy, ktoré môžete použiť na vytvorenie robustných GraphQL API:

1. Spájanie schém (Schema Stitching)

Spájanie schém vám umožňuje skombinovať viacero GraphQL API do jednej, zjednotenej schémy. Toto je obzvlášť užitočné, keď máte rôzne tímy alebo služby zodpovedné za rôzne časti vašich dát. Je to ako mať niekoľko mini-API a spojiť ich cez 'gateway' API.

Ako to funguje:

1. Každý tím alebo služba vystavuje svoje vlastné GraphQL API s vlastnou schémou.
2. Centrálna gateway služba používa nástroje na spájanie schém (ako Apollo Federation alebo GraphQL Mesh) na zlúčenie týchto schém do jednej, zjednotenej schémy.
3. Klienti interagujú s gateway službou, ktorá smeruje požiadavky na príslušné podkladové API.

Príklad:

Predstavte si e-commerce platformu s oddelenými API pre produkty, používateľov a objednávky. Každé API má vlastnú schému:

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

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

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

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

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

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

Gateway služba môže tieto schémy spojiť a vytvoriť zjednotenú schému:

  
    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
    }
  

Všimnite si, ako typ Order teraz obsahuje referencie na User a Product, aj keď sú tieto typy definované v samostatných API. Toto je dosiahnuté pomocou direktív spájania schém (v tomto príklade ako @relation).

Výhody:

• Decentralizované vlastníctvo: Každý tím môže spravovať svoje vlastné dáta a API nezávisle.
• Zlepšená škálovateľnosť: Každé API môžete škálovať nezávisle podľa jeho špecifických potrieb.
• Znížená zložitosť: Klienti potrebujú interagovať iba s jedným API endpointom.

Zváženia:

• Zložitosť: Spájanie schém môže pridať zložitosť do vašej architektúry.
• Latencia: Smerovanie požiadaviek cez gateway službu môže zaviesť latenciu.
• Spracovanie chýb: Musíte implementovať robustné spracovanie chýb na riešenie zlyhaní v podkladových API.

2. Federácia schém (Schema Federation)

Federácia schém je evolúciou spájania schém, navrhnutá na riešenie niektorých jej obmedzení. Poskytuje deklaratívnejší a štandardizovanejší prístup k skladaniu GraphQL schém.

Ako to funguje:

1. Každá služba vystavuje GraphQL API a anotuje svoju schému federačnými direktívami (napr. @key, @extends, @external).
2. Centrálna gateway služba (používajúca Apollo Federation) používa tieto direktívy na vytvorenie supergrafu – reprezentácie celej federovanej schémy.
3. Gateway služba používa supergraf na smerovanie požiadaviek na príslušné podkladové služby a riešenie závislostí.

Príklad:

Použitím rovnakého e-commerce príkladu by federované schémy mohli vyzerať takto:

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

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

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

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

    # Orders API
    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
    }
  

Všimnite si použitie federačných direktív:

• @key: Špecifikuje primárny kľúč pre typ.
• @requires: Označuje, že pole vyžaduje dáta z inej služby.
• @extends: Umožňuje službe rozšíriť typ definovaný v inej službe.

Výhody:

• Deklaratívne skladanie: Federačné direktívy uľahčujú porozumenie a správu závislostí schémy.
• Zlepšený výkon: Apollo Federation optimalizuje plánovanie a vykonávanie dopytov na minimalizáciu latencie.
• Zvýšená typová bezpečnosť: Supergraf zaisťuje, že všetky typy sú konzistentné naprieč službami.

Zváženia:

• Nástroje: Vyžaduje použitie Apollo Federation alebo kompatibilnej federačnej implementácie.
• Zložitosť: Môže byť zložitejšie nastaviť ako spájanie schém.
• Krivka učenia: Vývojári sa musia naučiť federačné direktívy a koncepty.

3. Modulárny dizajn schémy

Modulárny dizajn schémy zahŕňa rozdelenie veľkej, monolitickej schémy na menšie, lepšie spravovateľné moduly. To uľahčuje porozumenie, úpravu a opätovné použitie jednotlivých častí vášho API, dokonca aj bez použitia federovaných schém.

Ako to funguje:

1. Identifikujte logické hranice vo vašej schéme (napr. používatelia, produkty, objednávky).
2. Vytvorte samostatné moduly pre každú hranicu, definujúce typy, dopyty a mutácie súvisiace s touto hranicou.
3. Použite mechanizmy importu/exportu (v závislosti od vašej implementácie GraphQL servera) na skombinovanie modulov do jednej, zjednotenej schémy.

Príklad (použitím JavaScript/Node.js):

Vytvorte samostatné súbory pre každý modul:

  
    // 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
    }
  

Potom ich skombinujte vo vašom hlavnom súbore schémy:

  
    // 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;
  

Výhody:

• Zlepšená udržiavateľnosť: Menšie moduly sú ľahšie pochopiteľné a upraviteľné.
• Zvýšená znovupoužiteľnosť: Moduly môžu byť znovu použité v iných častiach vašej aplikácie.
• Lepšia spolupráca: Rôzne tímy môžu pracovať na rôznych moduloch nezávisle.

Zváženia:

• Režijné náklady: Modularizácia môže pridať určité režijné náklady do vášho vývojového procesu.
• Zložitosť: Musíte starostlivo definovať hranice medzi modulmi, aby ste sa vyhli kruhovým závislostiam.
• Nástroje: Vyžaduje použitie implementácie GraphQL servera, ktorá podporuje modulárnu definíciu schémy.

4. Rozhrania a typy Union

Rozhrania (interface) a typy Union vám umožňujú definovať abstraktné typy, ktoré môžu byť implementované viacerými konkrétnymi typmi. Toto je užitočné na reprezentáciu polymorfných dát – dát, ktoré môžu nadobúdať rôzne formy v závislosti od kontextu.

Ako to funguje:

• Definujte rozhranie alebo typ Union so sadou spoločných polí.
• Definujte konkrétne typy, ktoré implementujú rozhranie alebo sú členmi Unionu.
• Použite pole __typename na identifikáciu konkrétneho typu za behu.

Príklad:

  
    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!]!
    }
  

V tomto príklade User aj Product implementujú rozhranie Node, ktoré definuje spoločné pole id. Typ Union SearchResult reprezentuje výsledok vyhľadávania, ktorý môže byť buď User alebo Product. Klienti môžu dopytovať pole `search` a potom použiť pole `__typename` na určenie, aký typ výsledku dostali.

Výhody:

• Flexibilita: Umožňuje reprezentovať polymorfné dáta typovo bezpečným spôsobom.
• Opätovné použitie kódu: Znižuje duplicitu kódu definovaním spoločných polí v rozhraniach a unionoch.
• Zlepšená dopytovateľnosť: Uľahčuje klientom dopytovanie na rôzne typy dát pomocou jedného dopytu.

Zváženia:

• Zložitosť: Môže pridať zložitosť do vašej schémy.
• Výkon: Riešenie rozhraní a typov Union môže byť náročnejšie ako riešenie konkrétnych typov.
• Introspekcia: Vyžaduje od klientov použitie introspekcie na určenie konkrétneho typu za behu.

5. Vzor Connection

Vzor Connection je štandardný spôsob implementácie stránkovania v GraphQL API. Poskytuje konzistentný a efektívny spôsob načítavania veľkých zoznamov dát po častiach.

Ako to funguje:

• Definujte typ Connection s poľami edges a pageInfo.
• Pole edges obsahuje zoznam hrán (edges), z ktorých každá obsahuje pole node (skutočné dáta) a pole cursor (jedinečný identifikátor pre uzol).
• Pole pageInfo obsahuje informácie o aktuálnej stránke, ako napríklad či existujú ďalšie stránky a kurzory pre prvý a posledný uzol.
• Použite argumenty first, after, last a before na ovládanie stránkovania.

Príklad:

  
    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!
    }
  

Výhody:

• Štandardizované stránkovanie: Poskytuje konzistentný spôsob implementácie stránkovania vo vašom API.
• Efektívne načítavanie dát: Umožňuje načítať veľké zoznamy dát po častiach, čím sa znižuje zaťaženie vášho servera a zlepšuje výkon.
• Stránkovanie založené na kurzoroch: Používa kurzory na sledovanie pozície každého uzla, čo je efektívnejšie ako stránkovanie založené na posune (offset).

Zváženia:

• Zložitosť: Môže pridať zložitosť do vašej schémy.
• Režijné náklady: Vyžaduje ďalšie polia a typy na implementáciu vzoru Connection.
• Implementácia: Vyžaduje starostlivú implementáciu, aby sa zabezpečilo, že kurzory sú jedinečné a konzistentné.

Globálne zváženia

Pri návrhu GraphQL schémy pre globálne publikum zvážte tieto dodatočné faktory:

• Lokalizácia: Použite direktívy alebo vlastné skalárne typy na podporu rôznych jazykov a regiónov. Napríklad, mohli by ste mať vlastný skalár LocalizedText, ktorý ukladá preklady pre rôzne jazyky.
• Časové zóny: Ukladajte časové značky v UTC a umožnite klientom špecifikovať ich časovú zónu na účely zobrazenia.
• Meny: Používajte konzistentný formát meny a umožnite klientom špecifikovať ich preferovanú menu na účely zobrazenia. Zvážte vlastný skalár Currency na reprezentáciu tohto.
• Rezidencia dát: Zabezpečte, aby boli vaše dáta uložené v súlade s miestnymi predpismi. To si môže vyžadovať nasadenie vášho API do viacerých regiónov alebo použitie techník maskovania dát.
• Prístupnosť: Navrhnite svoju schému tak, aby bola prístupná pre používateľov so zdravotným postihnutím. Používajte jasné a popisné názvy polí a poskytnite alternatívne spôsoby prístupu k dátam.

Napríklad, zvážte pole s popisom produktu:

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

To umožňuje klientom vyžiadať si popis v špecifickom jazyku. Ak nie je zadaný žiadny jazyk, predvolene sa použije angličtina (`en`).

Záver

Škálovateľný dizajn schémy je nevyhnutný pre budovanie robustných a udržiavateľných GraphQL API, ktoré dokážu zvládnuť požiadavky globálnej aplikácie. Dodržiavaním princípov uvedených v tomto článku a použitím vhodných dizajnových vzorov môžete vytvoriť API, ktoré sú ľahko pochopiteľné, modifikovateľné a rozšíriteľné, pričom zároveň poskytujú vynikajúci výkon a škálovateľnosť. Nezabudnite modularizovať, skladať a abstrahovať vašu schému a zvážiť špecifické potreby vášho globálneho publika.

Osvojením si týchto vzorov môžete naplno využiť potenciál GraphQL a vybudovať API, ktoré budú poháňať vaše aplikácie po mnoho rokov.