Дизайн GraphQL схеми: масштабовані патерни для глобальних API

GraphQL став потужною альтернативою традиційним REST API, пропонуючи клієнтам гнучкість у запиті саме тих даних, які їм потрібні. Однак, у міру зростання складності та масштабу вашого GraphQL API – особливо при обслуговуванні глобальної аудиторії з різними вимогами до даних – ретельне проєктування схеми стає вирішальним для підтримки, масштабованості та продуктивності. Ця стаття розглядає кілька масштабованих патернів проєктування GraphQL-схем, щоб допомогти вам створювати надійні API, здатні впоратися з вимогами глобального застосунку.

Важливість масштабованого дизайну схеми

Добре спроєктована GraphQL-схема є основою успішного API. Вона визначає, як клієнти можуть взаємодіяти з вашими даними та сервісами. Поганий дизайн схеми може призвести до низки проблем, зокрема:

• Вузькі місця у продуктивності: Неефективні запити та резолвери можуть перевантажувати ваші джерела даних і сповільнювати час відповіді.
• Проблеми з підтримкою: Монолітна схема стає складною для розуміння, модифікації та тестування в міру зростання вашого застосунку.
• Уразливості безпеки: Неправильно визначені засоби контролю доступу можуть розкрити конфіденційні дані неавторизованим користувачам.
• Обмежена масштабованість: Щільно зв'язана схема ускладнює розподіл вашого API між кількома серверами або командами.

Для глобальних застосунків ці проблеми посилюються. Різні регіони можуть мати різні вимоги до даних, регуляторні обмеження та очікування щодо продуктивності. Масштабований дизайн схеми дозволяє ефективно вирішувати ці проблеми.

Ключові принципи масштабованого дизайну схеми

Перш ніж заглиблюватися в конкретні патерни, давайте окреслимо деякі ключові принципи, якими слід керуватися при проєктуванні схеми:

• Модульність: Розбийте вашу схему на менші, незалежні модулі. Це полегшує розуміння, модифікацію та повторне використання окремих частин вашого API.
• Композиційність: Проєктуйте вашу схему так, щоб різні модулі можна було легко поєднувати та розширювати. Це дозволяє додавати нові функції без порушення роботи існуючих клієнтів.
• Абстракція: Приховайте складність ваших базових джерел даних і сервісів за добре визначеним інтерфейсом GraphQL. Це дозволяє змінювати вашу реалізацію, не впливаючи на клієнтів.
• Узгодженість: Дотримуйтеся узгодженої конвенції іменування, структури даних та стратегії обробки помилок у всій схемі. Це полегшує клієнтам вивчення та використання вашого API.
• Оптимізація продуктивності: Враховуйте наслідки для продуктивності на кожному етапі проєктування схеми. Використовуйте такі техніки, як завантажувачі даних (data loaders) та псевдоніми полів (field aliasing), щоб мінімізувати кількість запитів до бази даних і мережевих запитів.

Патерни масштабованого дизайну схеми

Ось кілька патернів масштабованого дизайну схеми, які ви можете використовувати для створення надійних GraphQL API:

1. Зшивання схем (Schema Stitching)

Зшивання схем дозволяє об'єднувати кілька GraphQL API в одну єдину схему. Це особливо корисно, коли у вас є різні команди або сервіси, відповідальні за різні частини ваших даних. Це схоже на те, що у вас є кілька міні-API, які з'єднуються через шлюзовий API.

Як це працює:

1. Кожна команда або сервіс надає власний GraphQL API зі своєю схемою.
2. Центральний сервіс-шлюз використовує інструменти для зшивання схем (наприклад, Apollo Federation або GraphQL Mesh), щоб об'єднати ці схеми в одну єдину.
3. Клієнти взаємодіють зі шлюзом, який направляє запити до відповідних базових API.

Приклад:

Уявіть собі платформу електронної комерції з окремими API для товарів, користувачів та замовлень. Кожен API має власну схему:

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

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

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

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

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

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

Сервіс-шлюз може зшити ці схеми разом, щоб створити єдину 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
    }
  

Зверніть увагу, як тип Order тепер містить посилання на User та Product, хоча ці типи визначені в окремих API. Це досягається за допомогою директив зшивання схем (як @relation у цьому прикладі).

Переваги:

• Децентралізоване володіння: Кожна команда може незалежно керувати своїми даними та API.
• Покращена масштабованість: Ви можете масштабувати кожен API незалежно, виходячи з його конкретних потреб.
• Зменшена складність: Клієнтам потрібно взаємодіяти лише з однією кінцевою точкою API.

Що варто врахувати:

• Складність: Зшивання схем може додати складності вашій архітектурі.
• Затримка (Latency): Маршрутизація запитів через сервіс-шлюз може вносити затримку.
• Обробка помилок: Вам потрібно реалізувати надійну обробку помилок для роботи зі збоями в базових API.

2. Федерація схем (Schema Federation)

Федерація схем є еволюцією зшивання схем, розробленою для вирішення деяких її обмежень. Вона забезпечує більш декларативний та стандартизований підхід до композиції GraphQL-схем.

Як це працює:

1. Кожен сервіс надає GraphQL API та анотує свою схему директивами федерації (наприклад, @key, @extends, @external).
2. Центральний сервіс-шлюз (використовуючи Apollo Federation) використовує ці директиви для побудови суперграфа – представлення всієї федеративної схеми.
3. Сервіс-шлюз використовує суперграф для маршрутизації запитів до відповідних базових сервісів та вирішення залежностей.

Приклад:

Використовуючи той самий приклад з електронною комерцією, федеративні схеми можуть виглядати так:

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

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

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

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

    # API замовлень
    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
    }
  

Зверніть увагу на використання директив федерації:

• @key: Вказує первинний ключ для типу.
• @requires: Вказує, що поле вимагає даних з іншого сервісу.
• @extends: Дозволяє сервісу розширювати тип, визначений в іншому сервісі.

Переваги:

• Декларативна композиція: Директиви федерації полегшують розуміння та управління залежностями схеми.
• Покращена продуктивність: Apollo Federation оптимізує планування та виконання запитів для мінімізації затримки.
• Покращена типізація: Суперграф забезпечує узгодженість усіх типів між сервісами.

Що варто врахувати:

• Інструментарій: Вимагає використання Apollo Federation або сумісної реалізації федерації.
• Складність: Налаштування може бути складнішим, ніж при зшиванні схем.
• Крива навчання: Розробникам потрібно вивчити директиви та концепції федерації.

3. Модульний дизайн схеми

Модульний дизайн схеми передбачає розбиття великої, монолітної схеми на менші, більш керовані модулі. Це полегшує розуміння, модифікацію та повторне використання окремих частин вашого API, навіть без використання федеративних схем.

Як це працює:

1. Визначте логічні межі у вашій схемі (наприклад, користувачі, товари, замовлення).
2. Створіть окремі модулі для кожної межі, визначаючи типи, запити та мутації, пов'язані з нею.
3. Використовуйте механізми імпорту/експорту (залежно від реалізації вашого GraphQL-сервера) для об'єднання модулів в єдину схему.

Приклад (з використанням JavaScript/Node.js):

Створіть окремі файли для кожного 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
    }
  

Потім об'єднайте їх у вашому головному файлі схеми:

  
    // 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;
  

Переваги:

• Покращена підтримка: Менші модулі легше розуміти та змінювати.
• Підвищена повторна використовуваність: Модулі можна повторно використовувати в інших частинах вашого застосунку.
• Краща співпраця: Різні команди можуть працювати над різними модулями незалежно.

Що варто врахувати:

• Накладні витрати: Модуляризація може додати деякі накладні витрати до вашого процесу розробки.
• Складність: Вам потрібно ретельно визначати межі між модулями, щоб уникнути циклічних залежностей.
• Інструментарій: Вимагає використання реалізації GraphQL-сервера, що підтримує модульне визначення схеми.

4. Інтерфейси та об'єднання типів (Interface and Union Types)

Інтерфейси та об'єднання типів дозволяють визначати абстрактні типи, які можуть бути реалізовані кількома конкретними типами. Це корисно для представлення поліморфних даних – даних, які можуть набувати різних форм залежно від контексту.

Як це працює:

• Визначте інтерфейс або тип об'єднання з набором спільних полів.
• Визначте конкретні типи, які реалізують інтерфейс або є членами об'єднання.
• Використовуйте поле __typename для ідентифікації конкретного типу під час виконання.

Приклад:

  
    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!]!
    }
  

У цьому прикладі і User, і Product реалізують інтерфейс Node, який визначає спільне поле id. Тип об'єднання SearchResult представляє результат пошуку, який може бути або User, або Product. Клієнти можуть запитувати поле `search` і потім використовувати поле `__typename`, щоб визначити, який тип результату вони отримали.

Переваги:

• Гнучкість: Дозволяє представляти поліморфні дані типобезпечним способом.
• Повторне використання коду: Зменшує дублювання коду шляхом визначення спільних полів в інтерфейсах та об'єднаннях.
• Покращена можливість запитів: Полегшує клієнтам запит різних типів даних за допомогою одного запиту.

Що варто врахувати:

• Складність: Може додати складності вашій схемі.
• Продуктивність: Розв'язання інтерфейсів та об'єднань типів може бути дорожчим, ніж розв'язання конкретних типів.
• Інтроспекція: Вимагає від клієнтів використання інтроспекції для визначення конкретного типу під час виконання.

5. Патерн з'єднання (Connection Pattern)

Патерн з'єднання є стандартним способом реалізації пагінації в GraphQL API. Він забезпечує узгоджений та ефективний спосіб отримання великих списків даних частинами.

Як це працює:

• Визначте тип з'єднання з полями edges та pageInfo.
• Поле edges містить список ребер, кожне з яких містить поле node (фактичні дані) та поле cursor (унікальний ідентифікатор для вузла).
• Поле pageInfo містить інформацію про поточну сторінку, наприклад, чи є ще сторінки, та курсори для першого та останнього вузлів.
• Використовуйте аргументи first, after, last та before для керування пагінацією.

Приклад:

  
    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!
    }
  

Переваги:

• Стандартизована пагінація: Забезпечує узгоджений спосіб реалізації пагінації у вашому API.
• Ефективне отримання даних: Дозволяє отримувати великі списки даних частинами, зменшуючи навантаження на сервер та покращуючи продуктивність.
• Пагінація на основі курсорів: Використовує курсори для відстеження позиції кожного вузла, що є більш ефективним, ніж пагінація на основі зсуву (offset).

Що варто врахувати:

• Складність: Може додати складності вашій схемі.
• Накладні витрати: Вимагає додаткових полів та типів для реалізації патерну з'єднання.
• Реалізація: Вимагає ретельної реалізації, щоб забезпечити унікальність та узгодженість курсорів.

Глобальні аспекти

При проєктуванні GraphQL-схеми для глобальної аудиторії враховуйте ці додаткові фактори:

• Локалізація: Використовуйте директиви або кастомні скалярні типи для підтримки різних мов та регіонів. Наприклад, ви можете мати кастомний скаляр `LocalizedText`, який зберігає переклади для різних мов.
• Часові пояси: Зберігайте часові мітки в UTC і дозволяйте клієнтам вказувати свій часовий пояс для відображення.
• Валюти: Використовуйте узгоджений формат валют і дозволяйте клієнтам вказувати бажану валюту для відображення. Розгляньте можливість використання кастомного скаляра `Currency` для цього.
• Резидентність даних: Переконайтеся, що ваші дані зберігаються відповідно до місцевих регуляцій. Це може вимагати розгортання вашого API в кількох регіонах або використання технік маскування даних.
• Доступність: Проєктуйте вашу схему так, щоб вона була доступною для користувачів з обмеженими можливостями. Використовуйте чіткі та описові назви полів та надавайте альтернативні способи доступу до даних.

Наприклад, розглянемо поле опису товару:

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

Це дозволяє клієнтам запитувати опис конкретною мовою. Якщо мову не вказано, за замовчуванням використовується англійська (`en`).

Висновок

Масштабований дизайн схеми є надзвичайно важливим для створення надійних і підтримуваних GraphQL API, здатних впоратися з вимогами глобального застосунку. Дотримуючись принципів, викладених у цій статті, та використовуючи відповідні патерни проєктування, ви можете створювати API, які легко розуміти, змінювати та розширювати, забезпечуючи при цьому відмінну продуктивність та масштабованість. Не забувайте про модуляризацію, композицію та абстракцію вашої схеми, а також враховуйте конкретні потреби вашої глобальної аудиторії.

Застосовуючи ці патерни, ви зможете розкрити весь потенціал GraphQL і створювати API, які будуть живити ваші застосунки протягом багатьох років.