Thiết kế Schema GraphQL: Các Mẫu Có Thể Mở Rộng cho API Toàn Cầu

GraphQL đã nổi lên như một giải pháp thay thế mạnh mẽ cho các API REST truyền thống, mang đến cho client sự linh hoạt để yêu cầu chính xác dữ liệu họ cần. Tuy nhiên, khi API GraphQL của bạn phát triển về độ phức tạp và phạm vi – đặc biệt khi phục vụ đối tượng người dùng toàn cầu với các yêu cầu dữ liệu đa dạng – việc thiết kế schema cẩn thận trở nên cực kỳ quan trọng đối với khả năng bảo trì, khả năng mở rộng và hiệu suất. Bài viết này khám phá một số mẫu thiết kế schema GraphQL có thể mở rộng để giúp bạn xây dựng các API mạnh mẽ có thể xử lý các yêu cầu của một ứng dụng toàn cầu.

Tầm quan trọng của việc Thiết kế Schema Có Thể Mở Rộng

Một schema GraphQL được thiết kế tốt là nền tảng của một API thành công. Nó quy định cách client có thể tương tác với dữ liệu và dịch vụ của bạn. Thiết kế schema kém có thể dẫn đến một số vấn đề, bao gồm:

• Các điểm nghẽn về hiệu suất: Các truy vấn và resolver không hiệu quả có thể làm quá tải các nguồn dữ liệu của bạn và làm chậm thời gian phản hồi.
• Các vấn đề về khả năng bảo trì: Một schema nguyên khối trở nên khó hiểu, sửa đổi và kiểm thử khi ứng dụng của bạn phát triển.
• Các lỗ hổng bảo mật: Các kiểm soát truy cập được định nghĩa kém có thể làm lộ dữ liệu nhạy cảm cho người dùng không được phép.
• Khả năng mở rộng hạn chế: Một schema được liên kết chặt chẽ làm cho việc phân phối API của bạn trên nhiều máy chủ hoặc nhiều nhóm trở nên khó khăn.

Đối với các ứng dụng toàn cầu, những vấn đề này càng trở nên nghiêm trọng hơn. Các khu vực khác nhau có thể có các yêu cầu dữ liệu, các ràng buộc pháp lý và kỳ vọng về hiệu suất khác nhau. Một thiết kế schema có thể mở rộng cho phép bạn giải quyết những thách thức này một cách hiệu quả.

Các Nguyên tắc Chính của Thiết kế Schema Có Thể Mở Rộng

Trước khi đi sâu vào các mẫu cụ thể, hãy phác thảo một số nguyên tắc chính nên định hướng cho việc thiết kế schema của bạn:

• Tính module: Chia nhỏ schema của bạn thành các module nhỏ hơn, độc lập. Điều này giúp dễ hiểu, sửa đổi và tái sử dụng các phần riêng lẻ của API của bạn hơn.
• Tính kết hợp: Thiết kế schema của bạn sao cho các module khác nhau có thể dễ dàng được kết hợp và mở rộng. Điều này cho phép bạn thêm các tính năng và chức năng mới mà không làm gián đoạn các client hiện có.
• Tính trừu tượng: Che giấu sự phức tạp của các nguồn dữ liệu và dịch vụ cơ bản đằng sau một giao diện GraphQL được định nghĩa rõ ràng. Điều này cho phép bạn thay đổi việc triển khai mà không ảnh hưởng đến client.
• Tính nhất quán: Duy trì một quy ước đặt tên, cấu trúc dữ liệu và chiến lược xử lý lỗi nhất quán trong toàn bộ schema của bạn. Điều này giúp client dễ dàng học và sử dụng API của bạn hơn.
• Tối ưu hóa hiệu suất: Xem xét các tác động về hiệu suất ở mọi giai đoạn thiết kế schema. Sử dụng các kỹ thuật như data loader và field aliasing để giảm thiểu số lượng truy vấn cơ sở dữ liệu và yêu cầu mạng.

Các Mẫu Thiết kế Schema Có thể Mở rộng

Dưới đây là một số mẫu thiết kế schema có thể mở rộng mà bạn có thể sử dụng để xây dựng các API GraphQL mạnh mẽ:

1. Schema Stitching (Gắn kết Schema)

Schema stitching cho phép bạn kết hợp nhiều API GraphQL thành một schema duy nhất, thống nhất. Điều này đặc biệt hữu ích khi bạn có các nhóm hoặc dịch vụ khác nhau chịu trách nhiệm cho các phần dữ liệu khác nhau của mình. Nó giống như có nhiều API nhỏ và nối chúng lại với nhau thông qua một API 'cổng' (gateway).

Cách hoạt động:

1. Mỗi nhóm hoặc dịch vụ cung cấp API GraphQL của riêng mình với schema riêng.
2. Một dịch vụ cổng trung tâm sử dụng các công cụ schema stitching (như Apollo Federation hoặc GraphQL Mesh) để hợp nhất các schema này thành một schema duy nhất, thống nhất.
3. Client tương tác với dịch vụ cổng, dịch vụ này sẽ định tuyến các yêu cầu đến các API cơ bản thích hợp.

Ví dụ:

Hãy tưởng tượng một nền tảng thương mại điện tử với các API riêng biệt cho sản phẩm, người dùng và đơn hàng. Mỗi API có schema riêng:

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

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

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

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

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

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

Dịch vụ cổng có thể gắn kết các schema này lại với nhau để tạo ra một schema thống nhất:

  
    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
    }
  

Lưu ý cách kiểu Order bây giờ bao gồm các tham chiếu đến User và Product, mặc dù các kiểu này được định nghĩa trong các API riêng biệt. Điều này đạt được thông qua các chỉ thị schema stitching (như @relation trong ví dụ này).

Lợi ích:

• Phân quyền sở hữu: Mỗi nhóm có thể quản lý dữ liệu và API của riêng mình một cách độc lập.
• Cải thiện khả năng mở rộng: Bạn có thể mở rộng quy mô từng API một cách độc lập dựa trên nhu cầu cụ thể của nó.
• Giảm độ phức tạp: Client chỉ cần tương tác với một điểm cuối API duy nhất.

Những điểm cần cân nhắc:

• Độ phức tạp: Schema stitching có thể làm tăng thêm độ phức tạp cho kiến trúc của bạn.
• Độ trễ: Việc định tuyến các yêu cầu thông qua dịch vụ cổng có thể gây ra độ trễ.
• Xử lý lỗi: Bạn cần triển khai xử lý lỗi mạnh mẽ để đối phó với các lỗi trong các API cơ bản.

2. Schema Federation (Liên kết Schema)

Schema federation là một bước tiến của schema stitching, được thiết kế để giải quyết một số hạn chế của nó. Nó cung cấp một cách tiếp cận mang tính khai báo và chuẩn hóa hơn để kết hợp các schema GraphQL.

Cách hoạt động:

1. Mỗi dịch vụ cung cấp một API GraphQL và chú thích schema của nó bằng các chỉ thị federation (ví dụ: @key, @extends, @external).
2. Một dịch vụ cổng trung tâm (sử dụng Apollo Federation) sử dụng các chỉ thị này để xây dựng một supergraph – một biểu diễn của toàn bộ schema liên kết.
3. Dịch vụ cổng sử dụng supergraph để định tuyến các yêu cầu đến các dịch vụ cơ bản thích hợp và giải quyết các phụ thuộc.

Ví dụ:

Sử dụng cùng ví dụ thương mại điện tử, các schema liên kết có thể trông như thế này:

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

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

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

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

    # API Đơn hàng
    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
    }
  

Lưu ý việc sử dụng các chỉ thị federation:

• @key: Chỉ định khóa chính cho một kiểu.
• @requires: Cho biết rằng một trường yêu cầu dữ liệu từ một dịch vụ khác.
• @extends: Cho phép một dịch vụ mở rộng một kiểu được định nghĩa trong một dịch vụ khác.

Lợi ích:

• Thành phần khai báo: Các chỉ thị federation giúp dễ hiểu và quản lý các phụ thuộc schema hơn.
• Cải thiện hiệu suất: Apollo Federation tối ưu hóa việc lập kế hoạch và thực thi truy vấn để giảm thiểu độ trễ.
• Tăng cường an toàn kiểu: Supergraph đảm bảo rằng tất cả các kiểu đều nhất quán trên các dịch vụ.

Những điểm cần cân nhắc:

• Công cụ: Yêu cầu sử dụng Apollo Federation hoặc một triển khai federation tương thích.
• Độ phức tạp: Có thể phức tạp hơn để thiết lập so với schema stitching.
• Đường cong học tập: Các nhà phát triển cần học các chỉ thị và khái niệm của federation.

3. Thiết kế Schema theo Module

Thiết kế schema theo module bao gồm việc chia nhỏ một schema lớn, nguyên khối thành các module nhỏ hơn, dễ quản lý hơn. Điều này giúp dễ hiểu, sửa đổi và tái sử dụng các phần riêng lẻ của API của bạn hơn, ngay cả khi không cần đến các schema liên kết.

Cách hoạt động:

1. Xác định các ranh giới logic trong schema của bạn (ví dụ: người dùng, sản phẩm, đơn hàng).
2. Tạo các module riêng biệt cho mỗi ranh giới, định nghĩa các kiểu, truy vấn và đột biến liên quan đến ranh giới đó.
3. Sử dụng các cơ chế import/export (tùy thuộc vào triển khai máy chủ GraphQL của bạn) để kết hợp các module thành một schema duy nhất, thống nhất.

Ví dụ (sử dụng JavaScript/Node.js):

Tạo các tệp riêng biệt cho mỗi module:

  
    // 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
    }
  

Sau đó, kết hợp chúng trong tệp schema chính của bạn:

  
    // 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;
  

Lợi ích:

• Cải thiện khả năng bảo trì: Các module nhỏ hơn dễ hiểu và sửa đổi hơn.
• Tăng khả năng tái sử dụng: Các module có thể được tái sử dụng trong các phần khác của ứng dụng của bạn.
• Hợp tác tốt hơn: Các nhóm khác nhau có thể làm việc trên các module khác nhau một cách độc lập.

Những điểm cần cân nhắc:

• Chi phí phát sinh: Việc module hóa có thể thêm một số chi phí vào quy trình phát triển của bạn.
• Độ phức tạp: Bạn cần xác định cẩn thận các ranh giới giữa các module để tránh các phụ thuộc vòng tròn.
• Công cụ: Yêu cầu sử dụng một triển khai máy chủ GraphQL hỗ trợ định nghĩa schema theo module.

4. Các Kiểu Interface và Union

Các kiểu interface và union cho phép bạn định nghĩa các kiểu trừu tượng có thể được triển khai bởi nhiều kiểu cụ thể. Điều này hữu ích cho việc biểu diễn dữ liệu đa hình – dữ liệu có thể có các dạng khác nhau tùy thuộc vào ngữ cảnh.

Cách hoạt động:

• Định nghĩa một kiểu interface hoặc union với một tập hợp các trường chung.
• Định nghĩa các kiểu cụ thể triển khai interface hoặc là thành viên của union.
• Sử dụng trường __typename để xác định kiểu cụ thể tại thời điểm chạy.

Ví dụ:

  
    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!]!
    }
  

Trong ví dụ này, cả User và Product đều triển khai interface Node, định nghĩa một trường id chung. Kiểu union SearchResult đại diện cho một kết quả tìm kiếm có thể là User hoặc Product. Client có thể truy vấn trường `search` và sau đó sử dụng trường `__typename` để xác định loại kết quả họ nhận được.

Lợi ích:

• Linh hoạt: Cho phép bạn biểu diễn dữ liệu đa hình một cách an toàn về kiểu.
• Tái sử dụng mã: Giảm sự trùng lặp mã bằng cách định nghĩa các trường chung trong các interface và union.
• Cải thiện khả năng truy vấn: Giúp client dễ dàng truy vấn các loại dữ liệu khác nhau bằng một truy vấn duy nhất.

Những điểm cần cân nhắc:

• Độ phức tạp: Có thể làm tăng độ phức tạp cho schema của bạn.
• Hiệu suất: Việc giải quyết các kiểu interface và union có thể tốn kém hơn so với giải quyết các kiểu cụ thể.
• Tự kiểm tra (Introspection): Yêu cầu client phải sử dụng introspection để xác định kiểu cụ thể tại thời điểm chạy.

5. Mẫu Connection

Mẫu connection là một cách tiêu chuẩn để triển khai phân trang trong các API GraphQL. Nó cung cấp một cách nhất quán và hiệu quả để truy xuất các danh sách dữ liệu lớn theo từng phần.

Cách hoạt động:

• Định nghĩa một kiểu connection với các trường edges và pageInfo.
• Trường edges chứa một danh sách các edge, mỗi edge chứa một trường node (dữ liệu thực tế) và một trường cursor (một định danh duy nhất cho node).
• Trường pageInfo chứa thông tin về trang hiện tại, chẳng hạn như có trang tiếp theo không và các con trỏ cho node đầu tiên và cuối cùng.
• Sử dụng các đối số first, after, last, và before để kiểm soát việc phân trang.

Ví dụ:

  
    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!
    }
  

Lợi ích:

• Phân trang chuẩn hóa: Cung cấp một cách nhất quán để triển khai phân trang trên toàn bộ API của bạn.
• Truy xuất dữ liệu hiệu quả: Cho phép bạn truy xuất các danh sách dữ liệu lớn theo từng phần, giảm tải cho máy chủ và cải thiện hiệu suất.
• Phân trang dựa trên con trỏ (Cursor-based): Sử dụng con trỏ để theo dõi vị trí của mỗi node, hiệu quả hơn so với phân trang dựa trên offset.

Những điểm cần cân nhắc:

• Độ phức tạp: Có thể làm tăng độ phức tạp cho schema của bạn.
• Chi phí phát sinh: Yêu cầu thêm các trường và kiểu bổ sung để triển khai mẫu connection.
• Triển khai: Yêu cầu triển khai cẩn thận để đảm bảo rằng các con trỏ là duy nhất và nhất quán.

Những Lưu ý Toàn cầu

Khi thiết kế một schema GraphQL cho đối tượng người dùng toàn cầu, hãy xem xét các yếu tố bổ sung sau:

• Bản địa hóa: Sử dụng các chỉ thị hoặc các kiểu scalar tùy chỉnh để hỗ trợ các ngôn ngữ và khu vực khác nhau. Ví dụ, bạn có thể có một scalar LocalizedText tùy chỉnh để lưu trữ các bản dịch cho các ngôn ngữ khác nhau.
• Múi giờ: Lưu trữ dấu thời gian ở định dạng UTC và cho phép client chỉ định múi giờ của họ cho mục đích hiển thị.
• Tiền tệ: Sử dụng một định dạng tiền tệ nhất quán và cho phép client chỉ định đơn vị tiền tệ ưa thích của họ cho mục đích hiển thị. Cân nhắc một scalar Currency tùy chỉnh để biểu diễn điều này.
• Lưu trú dữ liệu: Đảm bảo rằng dữ liệu của bạn được lưu trữ tuân thủ các quy định của địa phương. Điều này có thể yêu cầu triển khai API của bạn ở nhiều khu vực hoặc sử dụng các kỹ thuật che giấu dữ liệu.
• Khả năng tiếp cận: Thiết kế schema của bạn để có thể truy cập được bởi người dùng khuyết tật. Sử dụng các tên trường rõ ràng và mô tả, và cung cấp các cách thay thế để truy cập dữ liệu.

Ví dụ, hãy xem xét một trường mô tả sản phẩm:

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

Điều này cho phép client yêu cầu mô tả bằng một ngôn ngữ cụ thể. Nếu không có ngôn ngữ nào được chỉ định, nó sẽ mặc định là tiếng Anh (`en`).

Kết luận

Thiết kế schema có thể mở rộng là điều cần thiết để xây dựng các API GraphQL mạnh mẽ và dễ bảo trì, có khả năng xử lý các yêu cầu của một ứng dụng toàn cầu. Bằng cách tuân theo các nguyên tắc được nêu trong bài viết này và sử dụng các mẫu thiết kế phù hợp, bạn có thể tạo ra các API dễ hiểu, dễ sửa đổi và dễ mở rộng, đồng thời cung cấp hiệu suất và khả năng mở rộng tuyệt vời. Hãy nhớ module hóa, kết hợp và trừu tượng hóa schema của bạn, và xem xét các nhu cầu cụ thể của đối tượng người dùng toàn cầu.

Bằng cách áp dụng những mẫu này, bạn có thể khai phá toàn bộ tiềm năng của GraphQL và xây dựng các API có thể cung cấp năng lượng cho các ứng dụng của bạn trong nhiều năm tới.