Oblikovanje shem GraphQL: Razširljivi vzorci za globalne API-je

GraphQL se je pojavil kot močna alternativa tradicionalnim REST API-jem, saj odjemalcem ponuja prilagodljivost, da zahtevajo natančno tiste podatke, ki jih potrebujejo. Vendar pa, ko vaš GraphQL API raste v kompleksnosti in obsegu – zlasti ko služi globalnemu občinstvu z različnimi podatkovnimi zahtevami – postane skrbno oblikovanje sheme ključnega pomena za vzdržljivost, razširljivost in zmogljivost. Ta članek raziskuje več razširljivih vzorcev za oblikovanje shem GraphQL, ki vam bodo pomagali zgraditi robustne API-je, ki lahko prenesejo zahteve globalne aplikacije.

Pomen razširljivega oblikovanja shem

Dobro oblikovana shema GraphQL je temelj uspešnega API-ja. Narekuje, kako lahko odjemalci komunicirajo z vašimi podatki in storitvami. Slabo oblikovanje sheme lahko vodi do številnih težav, vključno z:

• Ozkogrdnost zmogljivosti: neučinkovite poizvedbe in resolverji lahko preobremenijo vaše vire podatkov in upočasnijo odzivne čase.
• Težave z vzdrževanjem: monolitna shema postane težko razumljiva, spreminjajoča se in testirana, ko vaša aplikacija raste.
• Varnostne ranljivosti: slabo definirani nadzori dostopa lahko izpostavijo občutljive podatke nepooblaščenim uporabnikom.
• Omejena razširljivost: tesno povezana shema otežuje porazdelitev vašega API-ja med več strežnikov ali ekip.

Pri globalnih aplikacijah se te težave še povečajo. Različne regije imajo lahko različne podatkovne zahteve, regulatorne omejitve in pričakovanja glede zmogljivosti. Razširljivo oblikovanje sheme vam omogoča učinkovito reševanje teh izzivov.

Ključna načela razširljivega oblikovanja shem

Preden se poglobimo v specifične vzorce, si oglejmo nekaj ključnih načel, ki naj vodijo vaše oblikovanje sheme:

• Modularnost: razdelite svojo shemo na manjše, neodvisne module. To olajša razumevanje, spreminjanje in ponovno uporabo posameznih delov vašega API-ja.
• Sestavljivost: oblikujte svojo shemo tako, da je mogoče različne module enostavno kombinirati in razširjati. To vam omogoča dodajanje novih funkcij in funkcionalnosti brez motenja obstoječih odjemalcev.
• Abstrakcija: skrijte kompleksnost vaših osnovnih virov podatkov in storitev za dobro definiranim vmesnikom GraphQL. To vam omogoča spreminjanje implementacije brez vpliva na odjemalce.
• Doslednost: ohranjajte dosledno poimenovanje, podatkovno strukturo in strategijo obravnavanja napak po celotni shemi. To odjemalcem olajša učenje in uporabo vašega API-ja.
• Optimizacija zmogljivosti: upoštevajte posledice za zmogljivost na vsaki stopnji oblikovanja sheme. Uporabite tehnike, kot so nalagalniki podatkov (data loaders) in psevdonimi polj (field aliasing), da zmanjšate število poizvedb v bazi podatkov in omrežnih zahtev.

Razširljivi vzorci oblikovanja shem

Tu je več razširljivih vzorcev oblikovanja shem, ki jih lahko uporabite za gradnjo robustnih API-jev GraphQL:

1. Združevanje shem (Schema Stitching)

Združevanje shem vam omogoča, da združite več API-jev GraphQL v eno samo, poenoteno shemo. To je še posebej uporabno, če imate različne ekipe ali storitve, odgovorne za različne dele vaših podatkov. To je kot bi imeli več mini API-jev in jih združili preko 'prehodnega' (gateway) API-ja.

Kako deluje:

1. Vsaka ekipa ali storitev izpostavi svoj API GraphQL z lastno shemo.
2. Osrednja prehodna storitev (gateway) uporablja orodja za združevanje shem (kot sta Apollo Federation ali GraphQL Mesh), da združi te sheme v eno samo, poenoteno shemo.
3. Odjemalci komunicirajo s prehodno storitvijo, ki usmerja zahteve na ustrezne osnovne API-je.

Primer:

Predstavljajte si platformo za e-trgovino z ločenimi API-ji za izdelke, uporabnike in naročila. Vsak API ima svojo shemo:

  
    # 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
    }
  

Prehodna storitev lahko te sheme združi in ustvari poenoteno shemo:

  
    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
    }
  

Opazite, kako tip Order zdaj vključuje reference na User in Product, čeprav so ti tipi definirani v ločenih API-jih. To se doseže z direktivami za združevanje shem (kot je @relation v tem primeru).

Prednosti:

• Decentralizirano lastništvo: vsaka ekipa lahko neodvisno upravlja s svojimi podatki in API-jem.
• Izboljšana razširljivost: vsak API lahko neodvisno prilagajate glede na njegove specifične potrebe.
• Zmanjšana kompleksnost: odjemalcem je treba komunicirati le z eno samo vstopno točko API-ja.

Premisleki:

• Kompleksnost: združevanje shem lahko poveča kompleksnost vaše arhitekture.
• Latenca: usmerjanje zahtev skozi prehodno storitev lahko povzroči zakasnitev.
• Obravnavanje napak: implementirati morate robustno obravnavanje napak za reševanje napak v osnovnih API-jih.

2. Federacija shem (Schema Federation)

Federacija shem je evolucija združevanja shem, zasnovana za reševanje nekaterih njegovih omejitev. Zagotavlja bolj deklarativen in standardiziran pristop k sestavljanju shem GraphQL.

Kako deluje:

1. Vsaka storitev izpostavi API GraphQL in svojo shemo opremi z direktivami federacije (npr. @key, @extends, @external).
2. Osrednja prehodna storitev (z uporabo Apollo Federation) uporablja te direktive za izgradnjo supergrafa – predstavitve celotne federirane sheme.
3. Prehodna storitev uporablja supergraf za usmerjanje zahtev na ustrezne osnovne storitve in reševanje odvisnosti.

Primer:

Z uporabo istega primera e-trgovine bi federirane sheme lahko izgledale takole:

  
    # 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
    }
  

Opazite uporabo direktiv federacije:

• @key: Določa primarni ključ za tip.
• @requires: Označuje, da polje zahteva podatke iz druge storitve.
• @extends: Omogoča storitvi, da razširi tip, definiran v drugi storitvi.

Prednosti:

• Deklarativno sestavljanje: direktive federacije olajšajo razumevanje in upravljanje odvisnosti shem.
• Izboljšana zmogljivost: Apollo Federation optimizira načrtovanje in izvajanje poizvedb za zmanjšanje latence.
• Povečana varnost tipov: supergraf zagotavlja, da so vsi tipi dosledni med storitvami.

Premisleki:

• Orodja: zahteva uporabo Apollo Federation ali združljive implementacije federacije.
• Kompleksnost: nastavitev je lahko bolj zapletena kot pri združevanju shem.
• Krivulja učenja: razvijalci se morajo naučiti direktiv in konceptov federacije.

3. Modularno oblikovanje shem

Modularno oblikovanje shem vključuje razdelitev velike, monolitne sheme na manjše, bolj obvladljive module. To olajša razumevanje, spreminjanje in ponovno uporabo posameznih delov vašega API-ja, tudi brez uporabe federiranih shem.

Kako deluje:

1. Določite logične meje znotraj vaše sheme (npr. uporabniki, izdelki, naročila).
2. Ustvarite ločene module za vsako mejo, ki definirajo tipe, poizvedbe in mutacije, povezane s to mejo.
3. Uporabite mehanizme za uvoz/izvoz (odvisno od implementacije vašega strežnika GraphQL), da združite module v eno samo, poenoteno shemo.

Primer (z uporabo JavaScript/Node.js):

Ustvarite ločene datoteke za vsak 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
    }
  

Nato jih združite v vaši glavni datoteki sheme:

  
    // 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;
  

Prednosti:

• Izboljšana vzdržljivost: manjši moduli so lažje razumljivi in jih je lažje spreminjati.
• Povečana ponovna uporabnost: module je mogoče ponovno uporabiti v drugih delih vaše aplikacije.
• Boljše sodelovanje: različne ekipe lahko neodvisno delajo na različnih modulih.

Premisleki:

• Dodatno delo: modularizacija lahko doda nekaj dodatnega dela vašemu razvojnemu procesu.
• Kompleksnost: meje med moduli morate skrbno določiti, da se izognete krožnim odvisnostim.
• Orodja: zahteva uporabo implementacije strežnika GraphQL, ki podpira modularno definiranje shem.

4. Vmesniki in unije (Interface and Union Types)

Vmesniki in unije vam omogočajo definiranje abstraktnih tipov, ki jih lahko implementira več konkretnih tipov. To je uporabno za predstavitev polimorfnih podatkov – podatkov, ki lahko prevzamejo različne oblike, odvisno od konteksta.

Kako deluje:

• Definirajte vmesnik ali unijo z naborom skupnih polj.
• Definirajte konkretne tipe, ki implementirajo vmesnik ali so člani unije.
• Uporabite polje __typename za identifikacijo konkretnega tipa med izvajanjem.

Primer:

  
    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 tem primeru tako User kot Product implementirata vmesnik Node, ki definira skupno polje id. Unija SearchResult predstavlja rezultat iskanja, ki je lahko bodisi User bodisi Product. Odjemalci lahko poizvedujejo po polju `search` in nato uporabijo polje `__typename` za določitev, kateri tip rezultata so prejeli.

Prednosti:

• Prilagodljivost: omogoča predstavitev polimorfnih podatkov na tipsko varen način.
• Ponovna uporaba kode: zmanjšuje podvajanje kode z definiranjem skupnih polj v vmesnikih in unijah.
• Izboljšana poizvedljivost: odjemalcem olajša poizvedovanje po različnih tipih podatkov z eno samo poizvedbo.

Premisleki:

• Kompleksnost: lahko doda kompleksnost vaši shemi.
• Zmogljivost: reševanje vmesnikov in unij je lahko dražje kot reševanje konkretnih tipov.
• Introspekcija: odjemalci morajo uporabiti introspekcijo za določitev konkretnega tipa med izvajanjem.

5. Vzorec povezave (Connection Pattern)

Vzorec povezave je standarden način za implementacijo oštevilčevanja strani (pagination) v API-jih GraphQL. Zagotavlja dosleden in učinkovit način za pridobivanje velikih seznamov podatkov v delih.

Kako deluje:

• Definirajte tip povezave s polji edges in pageInfo.
• Polje edges vsebuje seznam robov, od katerih vsak vsebuje polje node (dejanski podatki) in polje cursor (edinstven identifikator za vozel).
• Polje pageInfo vsebuje informacije o trenutni strani, na primer, ali obstajajo dodatne strani, ter kazalce (cursors) za prvi in zadnji vozel.
• Uporabite argumente first, after, last in before za nadzor oštevilčevanja strani.

Primer:

  
    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!
    }
  

Prednosti:

• Standardizirano oštevilčevanje strani: zagotavlja dosleden način za implementacijo oštevilčevanja strani v vašem API-ju.
• Učinkovito pridobivanje podatkov: omogoča pridobivanje velikih seznamov podatkov v delih, kar zmanjšuje obremenitev vašega strežnika in izboljšuje zmogljivost.
• Oštevilčevanje strani na osnovi kazalcev: uporablja kazalce za sledenje položaju vsakega vozla, kar je učinkoviteje od oštevilčevanja na osnovi odmika (offset).

Premisleki:

• Kompleksnost: lahko doda kompleksnost vaši shemi.
• Dodatno delo: za implementacijo vzorca povezave so potrebna dodatna polja in tipi.
• Implementacija: zahteva skrbno implementacijo, da se zagotovi edinstvenost in doslednost kazalcev.

Globalni premisleki

Pri oblikovanju sheme GraphQL za globalno občinstvo upoštevajte te dodatne dejavnike:

• Lokalizacija: uporabite direktive ali skalarne tipe po meri za podporo različnim jezikom in regijam. Na primer, lahko bi imeli skalar po meri LocalizedText, ki shranjuje prevode za različne jezike.
• Časovni pasovi: shranjujte časovne žige v UTC in omogočite odjemalcem, da za namene prikaza določijo svoj časovni pas.
• Valute: uporabljajte dosleden format valut in omogočite odjemalcem, da za namene prikaza določijo svojo želeno valuto. Razmislite o skalarju po meri Currency za predstavitev tega.
• Bivališče podatkov: zagotovite, da so vaši podatki shranjeni v skladu z lokalnimi predpisi. To lahko zahteva namestitev vašega API-ja v več regij ali uporabo tehnik maskiranja podatkov.
• Dostopnost: oblikujte svojo shemo tako, da bo dostopna uporabnikom z oviranostmi. Uporabljajte jasna in opisna imena polj ter zagotovite alternativne načine za dostop do podatkov.

Na primer, upoštevajte polje za opis izdelka:

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

To omogoča odjemalcem, da zahtevajo opis v določenem jeziku. Če jezik ni določen, se privzeto uporabi angleščina (`en`).

Zaključek

Razširljivo oblikovanje shem je bistveno za gradnjo robustnih in vzdržljivih API-jev GraphQL, ki lahko prenesejo zahteve globalne aplikacije. Z upoštevanjem načel, opisanih v tem članku, in z uporabo ustreznih vzorcev oblikovanja lahko ustvarite API-je, ki so enostavni za razumevanje, spreminjanje in razširjanje, hkrati pa zagotavljajo odlično zmogljivost in razširljivost. Ne pozabite modularizirati, sestavljati in abstrahirati svoje sheme ter upoštevati specifične potrebe vašega globalnega občinstva.

S sprejetjem teh vzorcev lahko sprostite polni potencial GraphQL in zgradite API-je, ki bodo poganjali vaše aplikacije še vrsto let.