Frontend API Gateway: Федерація GraphQL та Зшивання Схем

У світі розробки сучасних вебзастосунків управління даними з кількох джерел може бути значною проблемою. У міру того, як застосунки стають складнішими та переходять на мікросервісну архітектуру, потреба в єдиному та ефективному способі доступу до даних стає першочерговою. Frontend API Gateway діє як центральна точка входу для клієнтських застосунків, агрегуючи дані з різних бекенд-сервісів і забезпечуючи оптимізований досвід як для розробників, так і для кінцевих користувачів. Цей допис у блозі досліджує дві потужні техніки для створення Frontend API Gateway: Федерацію GraphQL та Зшивання Схем.

Що таке Frontend API Gateway?

Frontend API Gateway — це архітектурний патерн, де виділений сервер діє як посередник між фронтенд-клієнтами (наприклад, веббраузерами, мобільними додатками) та кількома бекенд-сервісами. Він спрощує отримання даних шляхом:

• Агрегації даних: Об'єднання даних з кількох джерел в одну відповідь.
• Трансформації даних: Адаптація форматів даних відповідно до потреб фронтенду.
• Абстрагування складності: Приховування тонкощів бекенд-сервісів від клієнта.
• Забезпечення безпеки: Впровадження політик автентифікації та авторизації.
• Оптимізації продуктивності: Кешування даних, до яких часто звертаються, та зменшення кількості мережевих запитів.

По суті, він реалізує патерн Backend for Frontend (BFF) у великому масштабі та дає змогу фронтенд-командам отримати більше контролю над API, які вони використовують. У великих організаціях можливість фронтенду керувати та курувати власні API може призвести до швидшої доставки та зменшення залежності від бекенд-команд.

Чому варто використовувати GraphQL для Frontend API Gateway?

GraphQL — це мова запитів для API та середовище виконання для обробки цих запитів з вашими наявними даними. Вона пропонує кілька переваг над традиційними REST API, що робить її ідеальною для створення Frontend API Gateway:

• Ефективне отримання даних: Клієнти запитують лише ті дані, які їм потрібні, що зменшує надлишкове завантаження та покращує продуктивність.
• Сильна типізація: Схеми GraphQL визначають структуру даних, що забезпечує кращі інструменти та валідацію.
• Інтроспекція: Клієнти можуть дізнаватися про доступні дані та операції через інтроспекцію схеми.
• Можливості реального часу: Підписки GraphQL дозволяють оновлювати дані в реальному часі.

Використовуючи GraphQL, Frontend API Gateway може надати гнучкий, ефективний та зручний для розробників інтерфейс для доступу до даних з кількох бекенд-сервісів. Це різко контрастує з традиційними підходами, що використовують численні REST-ендпоїнти, кожен з яких потрібно запитувати окремо, і які часто повертають більше даних, ніж потрібно.

Федерація GraphQL: Розподілений підхід

Що таке Федерація GraphQL?

Федерація GraphQL — це потужна техніка для створення розподіленого GraphQL API шляхом об'єднання кількох GraphQL-сервісів (так званих "підграфів") в єдину, уніфіковану схему. Кожен підграф відповідає за певну предметну область або джерело даних, а шлюз Федерації керує запитами між цими підграфами.

Основна концепція обертається навколо суперграфа — єдиної, уніфікованої схеми GraphQL, яка представляє весь API. Цей суперграф будується шляхом композиції менших схем GraphQL, що називаються підграфами, кожен з яких представляє конкретний мікросервіс або джерело даних. Шлюз Федерації відповідає за маршрутизацію вхідних запитів GraphQL до відповідних підграфів та об'єднання результатів в одну відповідь.

Як працює Федерація GraphQL

1. Визначення підграфа: Кожен мікросервіс надає GraphQL API (підграф), який визначає власні дані та операції. Ці схеми містять директиви, які вказують шлюзу Федерації, як розв'язувати типи та поля. Ключові директиви включають `@key`, `@external` та `@requires`.
2. Композиція суперграфа: Шлюз Федерації (наприклад, Apollo Gateway) отримує схеми з кожного підграфа та об'єднує їх в єдину, уніфіковану схему (суперграф). Цей процес включає розв'язання конфліктів типів і полів та встановлення зв'язків між типами з різних підграфів.
3. Планування та виконання запиту: Коли клієнт надсилає запит GraphQL до шлюзу, шлюз аналізує запит і визначає, які підграфи потрібно запитати для виконання цього запиту. Потім він розподіляє запит між відповідними підграфами, збирає результати та об'єднує їх в одну відповідь, яка повертається клієнту.

Приклад: E-commerce платформа з Федерацією GraphQL

Розглянемо e-commerce платформу з окремими мікросервісами для продуктів, клієнтів та замовлень.

• Підграф продуктів: Керує інформацією про продукти (назва, опис, ціна тощо).
• Підграф клієнтів: Керує даними клієнтів (ім'я, адреса, email тощо).
• Підграф замовлень: Керує інформацією про замовлення (ID замовлення, ID клієнта, ID продуктів, загальна сума тощо).

Кожен підграф надає свій GraphQL API, а шлюз Федерації об'єднує ці API в єдиний суперграф. Клієнт може потім робити запити до суперграфа, щоб отримати інформацію про продукти, клієнтів та замовлення в одному запиті.

Наприклад, запит для отримання імені клієнта та історії його замовлень може виглядати так:

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

Шлюз Федерації направить цей запит до підграфів Клієнтів та Замовлень, отримає необхідні дані та об'єднає їх в одну відповідь.

Переваги Федерації GraphQL

• Спрощений доступ до даних: Клієнти взаємодіють з одним ендпоїнтом GraphQL, незалежно від базових джерел даних.
• Покращена продуктивність: Отримання даних оптимізовано шляхом запиту лише необхідних даних з кожного підграфа.
• Підвищена масштабованість: Кожен підграф можна масштабувати незалежно, що дозволяє краще використовувати ресурси.
• Децентралізована розробка: Команди можуть розробляти та розгортати підграфи незалежно, що сприяє гнучкості та інноваціям.
• Управління схемою: Шлюз Федерації забезпечує узгодженість та сумісність схем між підграфами.

Інструменти для Федерації GraphQL

• Apollo Federation: Популярна реалізація Федерації GraphQL з відкритим кодом, що надає шлюз, реєстр схем та інструменти для створення та управління федеративними GraphQL API. Apollo Federation відома своєю масштабованістю та надійною обробкою помилок.
• GraphQL Hive: Цей інструмент пропонує реєстр схем та управління для федеративних сервісів GraphQL, надаючи такі функції, як виявлення змін, аналіз використання та перевірки схем. Він покращує видимість та контроль над суперграфом.

Зшивання Схем: Альтернативний підхід

Що таке Зшивання Схем?

Зшивання Схем (Schema Stitching) — це ще одна техніка для об'єднання кількох схем GraphQL в єдину, уніфіковану схему. На відміну від Федерації, Зшивання Схем зазвичай передбачає більш ручний процес визначення того, як типи та поля з різних схем пов'язані між собою. Хоча Федерація вважається більш сучасним та надійним рішенням, Зшивання Схем може бути життєздатним варіантом для простіших випадків використання або при міграції з існуючих GraphQL API.

Як працює Зшивання Схем

1. Визначення схеми: Кожен мікросервіс надає GraphQL API зі своєю власною схемою.
2. Логіка зшивання: Шар зшивання (часто реалізований за допомогою бібліотек, таких як GraphQL Tools) визначає, як типи та поля з різних схем пов'язані між собою. Це включає написання функцій-резолверів, які отримують дані з базових сервісів і відображають їх на уніфіковану схему.
3. Уніфікована схема: Шар зшивання об'єднує окремі схеми в єдину, уніфіковану схему, яка надається клієнту.

Приклад: Зшивання Продуктів та Відгуків

Уявіть два окремі GraphQL-сервіси: один для продуктів, а інший для відгуків.

• Сервіс продуктів: Надає інформацію про продукти (ID, назва, опис, ціна).
• Сервіс відгуків: Надає відгуки для продуктів (ID, ID продукту, рейтинг, коментар).

Використовуючи Зшивання Схем, ви можете створити уніфіковану схему, яка дозволяє клієнтам отримувати інформацію про продукт та відгуки в одному запиті.

Вам потрібно буде визначити функцію-резолвер у шарі зшивання, яка отримує відгуки для заданого ID продукту з Сервісу відгуків і додає їх до типу Product в уніфікованій схемі.

// Приклад (концептуальний): логіка зшивання за допомогою GraphQL Tools
const { stitchSchemas } = require('@graphql-tools/stitch');

const productsSchema = ... // Визначення схеми продуктів
const reviewsSchema = ... // Визначення схеми відгуків

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) => {
          // Отримати відгуки для продукту з сервісу Reviews
          return fetchReviewsForProduct(product.id);
        },
      },
    },
  },
});

Цей приклад демонструє основну концепцію зшивання схем. Зверніть увагу на необхідність написання кастомних резолверів для отримання поля `reviews`. Цей додатковий накладний кошт на кодування резолверів для кожного зв'язку може зробити процес розробки повільнішим, ніж при використанні Федерації.

Переваги Зшивання Схем

• Уніфікований API: Клієнти звертаються до одного ендпоїнта GraphQL, що спрощує доступ до даних.
• Інкрементальне впровадження: Зшивання Схем можна впроваджувати поступово, дозволяючи вам крок за кроком переходити до уніфікованого API.
• Гнучкість: Зшивання Схем надає більше контролю над тим, як об'єднуються схеми, дозволяючи налаштовувати логіку зшивання для задоволення конкретних потреб.

Недоліки Зшивання Схем

• Ручне налаштування: Зшивання Схем вимагає ручного налаштування логіки зшивання, що може бути складним і трудомістким.
• Накладні витрати на продуктивність: Функції-резолвери можуть створювати накладні витрати на продуктивність, особливо якщо вони включають складні трансформації даних.
• Обмежена масштабованість: Зшивання Схем може бути складніше масштабувати, ніж Федерацію, оскільки логіка зшивання зазвичай централізована.
• Власність схеми: Може призвести до неоднозначності щодо власності схеми, особливо якщо різні команди керують зшитими сервісами.

Інструменти для Зшивання Схем

• GraphQL Tools: Популярна бібліотека для створення та маніпулювання схемами GraphQL, включаючи підтримку Зшивання Схем.
• GraphQL Mesh: GraphQL Mesh дозволяє використовувати мову запитів GraphQL для доступу до даних з різних джерел, таких як REST API, бази даних та gRPC. Він може зшивати ці API в єдину схему GraphQL.

Федерація GraphQL проти Зшивання Схем: Порівняння

Як Федерація GraphQL, так і Зшивання Схем пропонують способи об'єднання кількох схем GraphQL в єдиний API, але вони відрізняються своїм підходом та можливостями.

Характеристика	Федерація GraphQL	Зшивання Схем
Підхід	Розподілена, автоматизована композиція	Централізована, ручна конфігурація
Складність	Менша складність для підтримки та масштабування	Вища складність через ручну логіку резолверів
Масштабованість	Розроблено для великих, розподілених систем	Менш масштабоване, зазвичай використовується для менших застосунків
Управління схемою	Вбудоване управління схемою та валідація	Вимагає ручного управління схемою та координації
Інструменти	Сильна екосистема інструментів та бібліотек (наприклад, Apollo Federation)	Вимагає більше кастомних інструментів та конфігурації
Сценарії використання	Мікросервісні архітектури, великомасштабні API, децентралізована розробка	Менші застосунки, інкрементальна міграція, специфічні вимоги до кастомізації

Коли використовувати Федерацію GraphQL: Обирайте Федерацію, якщо у вас складна мікросервісна архітектура, потрібно масштабувати API та ви хочете надати незалежним командам можливість керувати власними підграфами. Це також спрощує управління схемою.

Коли використовувати Зшивання Схем: Розгляньте Зшивання Схем, якщо у вас простіший API, потрібно більше контролю над логікою зшивання або ви мігруєте з існуючих GraphQL API. Однак пам'ятайте про потенційні складнощі та обмеження масштабованості.

Впровадження автентифікації та авторизації

Незалежно від того, чи ви оберете Федерацію GraphQL, чи Зшивання Схем, впровадження автентифікації та авторизації є вирішальним для захисту вашого Frontend API Gateway. Існує кілька підходів, які ви можете використати:

• Автентифікація на рівні шлюзу: API Gateway обробляє автентифікацію та авторизацію перед маршрутизацією запитів до бекенд-сервісів. Цей підхід централізує логіку безпеки та спрощує бекенд-сервіси. Поширені методи включають валідацію JWT (JSON Web Token) та OAuth 2.0.
• Автентифікація на рівні сервісу: Кожен бекенд-сервіс обробляє власну автентифікацію та авторизацію. Цей підхід надає більш детальний контроль над безпекою, але може бути складнішим в управлінні.
• Гібридний підхід: Комбінація автентифікації на рівні шлюзу та на рівні сервісу. Шлюз обробляє початкову автентифікацію, а бекенд-сервіси виконують більш детальні перевірки авторизації.

Приклад: JWT-автентифікація з Apollo Federation

З Apollo Federation ви можете налаштувати шлюз для валідації JWT-токенів, що містяться в заголовках запиту. Потім шлюз може передавати інформацію про користувача, витягнуту з токена, до підграфів, які можуть використовувати цю інформацію для авторизації.

// Приклад (концептуальний): конфігурація Apollo Gateway з валідацією JWT
const { ApolloGateway } = require('@apollo/gateway');

const gateway = new ApolloGateway({
  serviceList: [
    // ... ваші конфігурації підграфів
  ],
  buildService: ({ name, url }) => {
    return new MyCustomService({
      name,  // Назва підграфа
      url,   // URL підграфа
    });
  },
});

class MyCustomService extends RemoteGraphQLDataSource {
  willSendRequest({ request, context }) {
    // Отримати користувача з контексту
    const user = context.user;

    // Додати ID користувача до заголовків запиту
    if (user) {
      request.http.headers.set('user-id', user.id);
    }
  }
}

У цьому прикладі створюється кастомний сервіс для модифікації вихідних запитів, щоб включити ID користувача, отриманий з JWT. Подальші сервіси можуть потім використовувати цей ID для перевірок авторизації.

Стратегії кешування для оптимізації продуктивності

Кешування є важливим для підвищення продуктивності Frontend API Gateway. Кешуючи дані, до яких часто звертаються, ви можете зменшити навантаження на бекенд-сервіси та покращити час відповіді для клієнтів. Ось деякі стратегії кешування:

• HTTP-кешування: Використовуйте механізми HTTP-кешування (наприклад, заголовки `Cache-Control`) для кешування відповідей у браузері та проміжних проксі-серверах.
• Кешування в пам'яті: Використовуйте кеші в пам'яті (наприклад, Redis, Memcached) для кешування даних, до яких часто звертаються, на шлюзі.
• Кешування на CDN: Використовуйте мережі доставки контенту (CDN) для кешування статичних ресурсів та відповідей API ближче до клієнта.
• Кешування запитів GraphQL: Кешуйте результати запитів GraphQL на основі їх рядка запиту та змінних. Це може бути особливо ефективним для запитів, що часто виконуються. Apollo Server пропонує вбудовану підтримку для кешування запитів.

При впровадженні кешування розгляньте стратегії інвалідації кешу, щоб забезпечити отримання клієнтами актуальних даних. Поширені стратегії включають:

• Закінчення терміну дії за часом: Встановіть фіксований час закінчення терміну дії для кешованих даних.
• Інвалідація на основі подій: Інвалідуйте кеш, коли дані змінюються в бекенд-сервісах. Це можна досягти за допомогою вебхуків або черг повідомлень.

Моніторинг та спостережуваність

Моніторинг та спостережуваність є критично важливими для забезпечення здоров'я та продуктивності вашого Frontend API Gateway. Впроваджуйте комплексний моніторинг для відстеження ключових метрик, таких як:

• Затримка запиту: Час, необхідний для обробки запиту.
• Рівень помилок: Відсоток запитів, які призводять до помилок.
• Пропускна здатність: Кількість запитів, оброблених за одиницю часу.
• Використання ресурсів: Використання ЦП, пам'яті та мережі шлюзом та бекенд-сервісами.

Використовуйте трасування для відстеження запитів під час їх проходження через систему, виявляючи вузькі місця та проблеми з продуктивністю. Логування надає цінну інформацію про поведінку шлюзу та бекенд-сервісів.

Інструменти для моніторингу та спостережуваності включають:

• Prometheus: Система моніторингу та сповіщень з відкритим кодом.
• Grafana: Інструмент для візуалізації даних та моніторингу.
• Jaeger: Розподілена система трасування з відкритим кодом.
• Datadog: Платформа моніторингу та безпеки для хмарних застосунків.
• New Relic: Платформа цифрової аналітики для моніторингу та покращення продуктивності програмного забезпечення.

Впроваджуючи надійний моніторинг та спостережуваність, ви можете проактивно виявляти та вирішувати проблеми, забезпечуючи надійність та продуктивність вашого Frontend API Gateway.

Висновок

Frontend API Gateway, побудований за допомогою Федерації GraphQL або Зшивання Схем, може значно спростити доступ до даних, покращити продуктивність та підвищити зручність для розробників у сучасних вебзастосунках. Федерація GraphQL надає потужне та масштабоване рішення для композиції розподілених GraphQL API, тоді як Зшивання Схем пропонує більш гнучкий підхід для об'єднання існуючих схем. Ретельно враховуючи конкретні вимоги вашого застосунку та компроміси між цими техніками, ви можете обрати найкращий підхід для створення надійного та ефективного Frontend API Gateway.

Не забувайте впроваджувати належну автентифікацію та авторизацію, стратегії кешування, а також моніторинг та спостережуваність для забезпечення безпеки, продуктивності та надійності вашого шлюзу. Застосовуючи ці найкращі практики, ви зможете розкрити повний потенціал GraphQL та створювати сучасні вебзастосунки, що забезпечують винятковий користувацький досвід.