Frontend API prehod: Federacija GraphQL in šivanje shem

V svetu razvoja sodobnih spletnih aplikacij je lahko upravljanje podatkov iz več virov velik izziv. Ko aplikacije postajajo kompleksnejše in sprejemajo arhitekture mikrostoritev, postane potreba po enotnem in učinkovitem načinu dostopa do podatkov ključnega pomena. Frontend API prehod deluje kot osrednja vstopna točka za odjemalske aplikacije, združuje podatke iz različnih zalednih storitev in zagotavlja poenostavljeno izkušnjo tako za razvijalce kot za končne uporabnike. Ta objava na blogu raziskuje dve močni tehniki za izgradnjo Frontend API prehoda: Federacijo GraphQL in šivanje shem.

Kaj je Frontend API prehod?

Frontend API prehod je arhitekturni vzorec, kjer namenski strežnik deluje kot posrednik med frontend odjemalci (npr. spletnimi brskalniki, mobilnimi aplikacijami) in več zalednimi storitvami. Poenostavlja pridobivanje podatkov z:

• Združevanje podatkov: Združevanje podatkov iz več virov v en sam odziv.
• Preoblikovanje podatkov: Prilagajanje formatov podatkov potrebam frontenda.
• Abstrahiranje kompleksnosti: Skrivanje zapletenosti zalednih storitev pred odjemalcem.
• Uveljavljanje varnosti: Implementacija politik avtentikacije in avtorizacije.
• Optimizacija zmogljivosti: Predpomnjenje pogosto dostopanih podatkov in zmanjšanje omrežnih zahtev.

V bistvu implementira vzorec Backend for Frontend (BFF) v večjem obsegu in omogoča frontend ekipam, da prevzamejo več nadzora nad API-ji, ki jih uporabljajo. V večjih organizacijah lahko upravljanje in kuriranje lastnih API-jev s strani frontenda vodi do hitrejše dostave in zmanjšane odvisnosti od zalednih ekip.

Zakaj uporabiti GraphQL za Frontend API prehod?

GraphQL je poizvedbeni jezik za API-je in izvajalsko okolje za izpolnjevanje teh poizvedb z vašimi obstoječimi podatki. Ponuja več prednosti pred tradicionalnimi REST API-ji, zaradi česar je zelo primeren za gradnjo Frontend API prehodov:

• Učinkovito pridobivanje podatkov: Odjemalci zahtevajo samo podatke, ki jih potrebujejo, kar zmanjšuje prekomerno pridobivanje (over-fetching) in izboljšuje zmogljivost.
• Močno tipkanje: Sheme GraphQL določajo strukturo podatkov, kar omogoča boljša orodja in validacijo.
• Introspekcija: Odjemalci lahko preko introspekcije sheme odkrijejo razpoložljive podatke in operacije.
• Sposobnosti v realnem času: Naročnine GraphQL omogočajo posodobitve podatkov v realnem času.

Z uporabo GraphQL-a lahko Frontend API prehod zagotovi prilagodljiv, učinkovit in razvijalcem prijazen vmesnik za dostop do podatkov iz več zalednih storitev. To je v ostrem nasprotju s tradicionalnimi pristopi, ki uporabljajo več REST končnih točk, od katerih je treba vsako poizvedovati posebej in pogosto vračajo več podatkov, kot je potrebno.

Federacija GraphQL: Porazdeljen pristop

Kaj je Federacija GraphQL?

Federacija GraphQL je močna tehnika za izgradnjo porazdeljenega GraphQL API-ja s sestavljanjem več GraphQL storitev (imenovanih "podgrafi") v enotno, združeno shemo. Vsak podgraf je odgovoren za določeno domeno ali vir podatkov, federacijski prehod pa orkestrira poizvedbe med temi podgrafi.

Osrednji koncept se vrti okoli supergrafa, ene same, združene sheme GraphQL, ki predstavlja celoten API. Ta supergraf je zgrajen s sestavljanjem manjših shem GraphQL, imenovanih podgrafi, od katerih vsaka predstavlja določeno mikrostoritev ali vir podatkov. Federacijski prehod je odgovoren za usmerjanje dohodnih poizvedb GraphQL na ustrezne podgrafe in združevanje rezultatov v en sam odziv.

Kako deluje Federacija GraphQL

1. Definicija podgrafa: Vsaka mikrostoritev izpostavi GraphQL API (podgraf), ki določa lastne podatke in operacije. Te sheme vključujejo direktive, ki federacijskemu prehodu povedo, kako razrešiti tipe in polja. Ključne direktive vključujejo `@key`, `@external` in `@requires`.
2. Kompozicija supergrafa: Federacijski prehod (npr. Apollo Gateway) pridobi sheme iz vsakega podgrafa in jih sestavi v enotno, združeno shemo (supergraf). Ta proces vključuje razreševanje konfliktov tipov in polj ter vzpostavljanje odnosov med tipi v različnih podgrafih.
3. Načrtovanje in izvedba poizvedbe: Ko odjemalec pošlje poizvedbo GraphQL na prehod, prehod analizira poizvedbo in določi, katere podgrafe je treba poizvedovati za izpolnitev zahteve. Nato porazdeli poizvedbo na ustrezne podgrafe, zbere rezultate in jih združi v en sam odziv, ki se vrne odjemalcu.

Primer: Platforma za e-trgovino s Federacijo GraphQL

Predstavljajte si platformo za e-trgovino z ločenimi mikrostoritvami za izdelke, stranke in naročila.

• Podgraf za izdelke: Upravlja informacije o izdelkih (ime, opis, cena itd.).
• Podgraf za stranke: Upravlja podatke o strankah (ime, naslov, e-pošta itd.).
• Podgraf za naročila: Upravlja informacije o naročilih (ID naročila, ID stranke, ID-ji izdelkov, skupni znesek itd.).

Vsak podgraf izpostavi GraphQL API, federacijski prehod pa te API-je sestavi v en sam supergraf. Odjemalec lahko nato poizveduje supergraf, da pridobi informacije o izdelkih, strankah in naročilih v eni sami zahtevi.

Na primer, poizvedba za pridobitev imena stranke in njene zgodovine naročil bi lahko izgledala takole:

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

Federacijski prehod bi to poizvedbo usmeril na podgrafa za stranke in naročila, pridobil potrebne podatke in jih združil v en sam odziv.

Prednosti Federacije GraphQL

• Poenostavljen dostop do podatkov: Odjemalci komunicirajo z eno samo končno točko GraphQL, ne glede na osnovne vire podatkov.
• Izboljšana zmogljivost: Pridobivanje podatkov je optimizirano s pridobivanjem samo potrebnih podatkov iz vsakega podgrafa.
• Povečana razširljivost: Vsak podgraf je mogoče neodvisno skalirati, kar omogoča boljšo izrabo virov.
• Decentraliziran razvoj: Ekipe lahko neodvisno razvijajo in uvajajo podgrafe, kar spodbuja agilnost in inovacije.
• Upravljanje sheme: Federacijski prehod zagotavlja skladnost in združljivost shem med podgrafi.

Orodja za Federacijo GraphQL

• Apollo Federation: Priljubljena odprtokodna implementacija Federacije GraphQL, ki zagotavlja prehod, register shem in orodja za izgradnjo in upravljanje federiranih GraphQL API-jev. Apollo Federation je znana po svoji razširljivosti in robustnem obravnavanju napak.
• GraphQL Hive: To orodje ponuja register shem in upravljanje za federirane storitve GraphQL, zagotavlja funkcije, kot so zaznavanje sprememb, analiza uporabe in preverjanje shem. Izboljšuje vidnost in nadzor nad supergrafom.

Šivanje shem: Alternativen pristop

Kaj je šivanje shem?

Šivanje shem je še ena tehnika za združevanje več shem GraphQL v enotno, združeno shemo. Za razliko od federacije, šivanje shem običajno vključuje bolj ročen postopek določanja, kako so tipi in polja iz različnih shem povezani. Medtem ko se federacija šteje za sodobnejšo in robustnejšo rešitev, je lahko šivanje shem primerna možnost za enostavnejše primere uporabe ali pri migraciji z obstoječih GraphQL API-jev.

Kako deluje šivanje shem

1. Definicija sheme: Vsaka mikrostoritev izpostavi GraphQL API s svojo lastno shemo.
2. Logika šivanja: Sloj za šivanje (pogosto implementiran z uporabo knjižnic, kot je GraphQL Tools) določa, kako so tipi in polja iz različnih shem povezani. To vključuje pisanje resolver funkcij, ki pridobivajo podatke iz osnovnih storitev in jih preslikajo v združeno shemo.
3. Združena shema: Sloj za šivanje združi posamezne sheme v enotno, združeno shemo, ki je izpostavljena odjemalcu.

Primer: Šivanje izdelkov in mnenj

Predstavljajte si dve ločeni storitvi GraphQL: eno za izdelke in drugo za mnenja.

• Storitev za izdelke: Zagotavlja informacije o izdelkih (ID, ime, opis, cena).
• Storitev za mnenja: Zagotavlja mnenja za izdelke (ID, ID izdelka, ocena, komentar).

Z uporabo šivanja shem lahko ustvarite združeno shemo, ki odjemalcem omogoča pridobivanje informacij o izdelkih in mnenj v eni sami poizvedbi.

V sloju za šivanje bi definirali resolver funkcijo, ki pridobi mnenja za določen ID izdelka iz storitve za mnenja in jih doda tipu Izdelek v združeni shemi.

// Primer (konceptualni): Logika šivanja z uporabo GraphQL Tools
const { stitchSchemas } = require('@graphql-tools/stitch');

const productsSchema = ... // Določite shemo izdelkov
const reviewsSchema = ... // Določite shemo mnenj

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) => {
          // Pridobite mnenja za izdelek iz storitve za mnenja
          return fetchReviewsForProduct(product.id);
        },
      },
    },
  },
});

Ta primer prikazuje osrednji koncept šivanja shem. Upoštevajte potrebo po resolverjih po meri za pridobivanje polja `reviews`. Ta dodatna obremenitev kodiranja resolverjev za vsako razmerje lahko upočasni razvojni proces v primerjavi z uporabo federacije.

Prednosti šivanja shem

• Združen API: Odjemalci dostopajo do ene same končne točke GraphQL, kar poenostavlja dostop do podatkov.
• Postopno uvajanje: Šivanje shem je mogoče implementirati postopoma, kar vam omogoča postopno migracijo na združen API.
• Prilagodljivost: Šivanje shem zagotavlja več nadzora nad tem, kako se sheme združujejo, kar vam omogoča prilagoditev logike šivanja specifičnim potrebam.

Slabosti šivanja shem

• Ročna konfiguracija: Šivanje shem zahteva ročno konfiguracijo logike šivanja, kar je lahko zapleteno in dolgotrajno.
• Dodatna obremenitev zmogljivosti: Resolver funkcije lahko povzročijo dodatno obremenitev zmogljivosti, zlasti če vključujejo zapletene transformacije podatkov.
• Omejena razširljivost: Šivanje shem je lahko težje skalirati kot federacijo, saj je logika šivanja običajno centralizirana.
• Lastništvo sheme: Lahko vodi do dvoumnosti glede lastništva sheme, zlasti če različne ekipe upravljajo s storitvami, ki so predmet šivanja.

Orodja za šivanje shem

• GraphQL Tools: Priljubljena knjižnica za gradnjo in manipulacijo shem GraphQL, vključno s podporo za šivanje shem.
• GraphQL Mesh: GraphQL Mesh vam omogoča uporabo poizvedbenega jezika GraphQL za dostop do podatkov iz različnih virov, kot so REST API-ji, baze podatkov in gRPC. Te API-je lahko sešije v združeno shemo GraphQL.

Federacija GraphQL proti šivanju shem: Primerjava

Tako Federacija GraphQL kot šivanje shem ponujata načine za združevanje več shem GraphQL v en sam API, vendar se razlikujeta v pristopu in zmožnostih.

Značilnost	Federacija GraphQL	Šivanje shem
Pristop	Porazdeljena, avtomatizirana kompozicija	Centralizirana, ročna konfiguracija
Kompleksnost	Nižja kompleksnost za vzdrževanje in skaliranje	Višja kompleksnost zaradi ročne logike resolverjev
Razširljivost	Zasnovano za obsežne, porazdeljene sisteme	Manj razširljivo, običajno se uporablja za manjše aplikacije
Upravljanje sheme	Vgrajeno upravljanje in validacija sheme	Zahteva ročno upravljanje in usklajevanje shem
Orodja	Močan ekosistem orodij in knjižnic (npr. Apollo Federation)	Zahteva več orodij in konfiguracije po meri
Primeri uporabe	Arhitekture mikrostoritev, obsežni API-ji, decentraliziran razvoj	Manjše aplikacije, postopna migracija, specifične zahteve po prilagoditvi

Kdaj uporabiti Federacijo GraphQL: Izberite federacijo, če imate kompleksno arhitekturo mikrostoritev, morate skalirati svoj API in želite opolnomočiti neodvisne ekipe za upravljanje lastnih podgrafov. Prav tako poenostavlja upravljanje in nadzor nad shemo.

Kdaj uporabiti šivanje shem: Razmislite o šivanju shem, če imate enostavnejši API, potrebujete več nadzora nad logiko šivanja ali migrirate z obstoječih GraphQL API-jev. Vendar se zavedajte potencialnih zapletov in omejitev razširljivosti.

Implementacija avtentikacije in avtorizacije

Ne glede na to, ali izberete Federacijo GraphQL ali šivanje shem, je implementacija avtentikacije in avtorizacije ključnega pomena za zaščito vašega Frontend API prehoda. Obstaja več pristopov, ki jih lahko uporabite:

• Avtentikacija na ravni prehoda: API prehod obravnava avtentikacijo in avtorizacijo, preden usmeri zahteve na zaledne storitve. Ta pristop centralizira varnostno logiko in poenostavlja zaledne storitve. Pogoste metode vključujejo validacijo JWT (JSON Web Token) in OAuth 2.0.
• Avtentikacija na ravni storitve: Vsaka zaledna storitev obravnava lastno avtentikacijo in avtorizacijo. Ta pristop omogoča bolj podroben nadzor nad varnostjo, vendar je lahko upravljanje bolj zapleteno.
• Hibridni pristop: Kombinacija avtentikacije na ravni prehoda in na ravni storitve. Prehod obravnava začetno avtentikacijo, zaledne storitve pa izvajajo podrobnejša preverjanja avtorizacije.

Primer: Avtentikacija JWT z Apollo Federation

Z Apollo Federation lahko konfigurirate prehod za validacijo JWT žetonov, vključenih v glave zahteve. Prehod lahko nato posreduje informacije o uporabniku, pridobljene iz žetona, podgrafom, ki lahko te informacije uporabijo za avtorizacijo.

// Primer (konceptualni): Konfiguracija Apollo Gateway z validacijo JWT
const { ApolloGateway } = require('@apollo/gateway');

const gateway = new ApolloGateway({
  serviceList: [
    // ... vaše konfiguracije podgrafov
  ],
  buildService: ({ name, url }) => {
    return new MyCustomService({
      name,  // Ime podgrafa
      url,   // URL podgrafa
    });
  },
});

class MyCustomService extends RemoteGraphQLDataSource {
  willSendRequest({ request, context }) {
    // Pridobite uporabnika iz konteksta
    const user = context.user;

    // Dodajte ID uporabnika v glave zahteve
    if (user) {
      request.http.headers.set('user-id', user.id);
    }
  }
}

V tem primeru je ustvarjena storitev po meri za spreminjanje odhodnih zahtev, da vključijo ID uporabnika, pridobljen iz JWT. Storitve na nižji ravni lahko nato ta ID uporabijo za preverjanje avtorizacije.

Strategije predpomnjenja za optimizacijo zmogljivosti

Predpomnjenje je bistvenega pomena za izboljšanje zmogljivosti Frontend API prehoda. S predpomnjenjem pogosto dostopanih podatkov lahko zmanjšate obremenitev zalednih storitev in izboljšate odzivne čase za odjemalce. Tukaj je nekaj strategij predpomnjenja:

• HTTP predpomnjenje: Izkoristite mehanizme HTTP predpomnjenja (npr. glave `Cache-Control`) za predpomnjenje odzivov v brskalniku in vmesnih proxyjih.
• Predpomnjenje v pomnilniku: Uporabite predpomnilnike v pomnilniku (npr. Redis, Memcached) za predpomnjenje pogosto dostopanih podatkov na prehodu.
• CDN predpomnjenje: Uporabite omrežja za dostavo vsebin (CDN) za predpomnjenje statičnih sredstev in odzivov API-ja bližje odjemalcu.
• Predpomnjenje poizvedb GraphQL: Predpomnite rezultate poizvedb GraphQL na podlagi njihovega niza poizvedbe in spremenljivk. To je lahko še posebej učinkovito za pogosto izvajane poizvedbe. Apollo Server ponuja vgrajeno podporo za predpomnjenje poizvedb.

Pri implementaciji predpomnjenja upoštevajte strategije razveljavitve predpomnilnika, da zagotovite, da odjemalci prejemajo posodobljene podatke. Pogoste strategije vključujejo:

• Časovno potekanje: Nastavite fiksen čas poteka za predpomnjene podatke.
• Razveljavitev na podlagi dogodkov: Razveljavite predpomnilnik, ko se podatki v zalednih storitvah spremenijo. To je mogoče doseči z uporabo webhookov ali sporočilnih vrst.

Spremljanje in opazljivost

Spremljanje in opazljivost sta ključnega pomena za zagotavljanje zdravja in zmogljivosti vašega Frontend API prehoda. Implementirajte celovito spremljanje za sledenje ključnim metrikam, kot so:

• Latenca zahteve: Čas, potreben za obdelavo zahteve.
• Stopnja napak: Odstotek zahtev, ki povzročijo napake.
• Prepustnost: Število obdelanih zahtev na časovno enoto.
• Izkoriščenost virov: Uporaba CPU, pomnilnika in omrežja prehoda ter zalednih storitev.

Uporabite sledenje za spremljanje zahtev, ko potujejo skozi sistem, in tako prepoznajte ozka grla in težave z zmogljivostjo. Beleženje (logging) zagotavlja dragocene vpoglede v delovanje prehoda in zalednih storitev.

Orodja za spremljanje in opazljivost vključujejo:

• Prometheus: Odprtokodni sistem za spremljanje in opozarjanje.
• Grafana: Orodje za vizualizacijo in spremljanje podatkov.
• Jaeger: Odprtokodni sistem za porazdeljeno sledenje.
• Datadog: Platforma za spremljanje in varnost za aplikacije v oblaku.
• New Relic: Platforma za digitalno inteligenco za spremljanje in izboljšanje delovanja programske opreme.

Z implementacijo robustnega spremljanja in opazljivosti lahko proaktivno prepoznate in rešujete težave, kar zagotavlja zanesljivost in zmogljivost vašega Frontend API prehoda.

Zaključek

Frontend API prehod, zgrajen s Federacijo GraphQL ali šivanjem shem, lahko bistveno poenostavi dostop do podatkov, izboljša zmogljivost in izboljša izkušnjo razvijalcev v sodobnih spletnih aplikacijah. Federacija GraphQL ponuja močno in razširljivo rešitev za sestavljanje porazdeljenih GraphQL API-jev, medtem ko šivanje shem ponuja bolj prilagodljiv pristop za združevanje obstoječih shem. S skrbnim premislekom o specifičnih zahtevah vaše aplikacije in kompromisih med tema tehnikama lahko izberete najboljši pristop za izgradnjo robustnega in učinkovitega Frontend API prehoda.

Ne pozabite implementirati ustrezne avtentikacije in avtorizacije, strategij predpomnjenja ter spremljanja in opazljivosti, da zagotovite varnost, zmogljivost in zanesljivost vašega prehoda. S sprejetjem teh najboljših praks lahko sprostite celoten potencial GraphQL in zgradite sodobne spletne aplikacije, ki zagotavljajo izjemne uporabniške izkušnje.