GraphQL初探：一种强大的DSQL

一字马胡
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作者： 一字马胡
转载标志 【2017-11-03】

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2017-11-03 新建文章 初版

初识GraphQL

GraphQL是一种强大的DSQL，是由Facebook开源的一种用于提供数据查询服务的抽象框架，在服务端API开发中，很多时候定义一个接口返回的数据相对固定的，如果想要获取更多的信息，或者仅需要某个接口的某个信息的时候，基于restful API的接口就显得不那么灵活了，对于这些需求，服务端要么再定义一个新的接口，返回合适的数据，要么客户端就得通过一个庞大的接口来获取一小部分信息，GraphQL的出现就是为了解决这些问题的，GraphQL并不是一门具体的语言实现的某种框架，它是一系列协议文档组成的项目，GraphQL是和语言无关的，而且到现在为止已经有很多语言的实现版本，可以在 awesome-graphql看到哪些语言实现了GraphQL，如果想要了解具体的GraphQL定义，可以参考graphql。本文以及本GraphQL系列将只关心Java版本的GraphQL实现，具体的Java版本的GraphQL可以参考graphql-java。下面是官方对GraphQL的描述，很简洁，但是很直观：

GraphQL is a query language for APIs and a runtime for fulfilling those queries with your existing data.

下面的图片展示了GraphQL的工作模型：

从这张图片可以看出，GraphQL的位置处于Client和DataSource之间，可以把这一层理解为服务端的API层，所谓API层，就是聚合多个数据源，进行一些业务逻辑的处理，然后提供一些接口给Client调用。而GraphQL就工作在这一层，它相当于是对DataSource的一层抽象，它可以承接Client的请求，然后根据GraphQL的执行引擎来从DataSource获取数据，然后进行处理之后返回json结果给Client，这和Restful的模式没有什么差别，但是GraphQL的强大之处在于GraphQL类似于MySql，Client发送的请求类似于Sql语句，这些Sql语句经过GraphQL解析执行之后返回具体的数据，所以GraphQL具有很好的动态性，Client可以根据不同的需求来使用不同的Sql语句来请求服务端，而GraphQL会解析这些Sql，并且精准的返回结果。这就完美的解决了文章开头提到的难题。使用GraphQL来做服务端API层的开发无疑会减轻服务端开发工程师的很多压力，而且对于Client来说也是很友好的，因为Client不需要想请求Restful接口一样只能获取相对固定的数据，Client可以根据自己的需求使用不同的查询语句来请求GraphQL，使用GraphQL会减少很多冗余的数据传输，并且可以减少很多服务端API层的接口开发工作，API层只需要开发GraphQL服务端，然后告诉Client这些数据的组织结构，然后Client就可以组装出合适的查询语句来请求数据。使用GraphQL进一步将前后端分离（Restful使得前后端分离），后端开发和前端开发可以各自进行，使用GraphQL很多时候服务端是在丰富可以提供的数据，或者优化聚合DataSource来提高响应速度。使用GraphQL还有很多优点，可以研究GraphQL并且使用GraphQL来开发服务端API来体验。本文剩下的内容将基于GraphQL-Java和Spring-boot来实现一个简单的应用，以此来说明使用GraphQL的方法以及使用GraphQL的优势。

需要补充的一点是，上面提到了GraphQL查询语句（上文使用了Sql代替，但不是Sql），这是一种类似于json的结构化数据，可以很轻易的理解它的本意，这也是GraphQL的一个优点，它的查询语句对工程师是很友好的。下文会分析到。

GraphQL 实战

本GraphQL系列的文章基于Java语言以及GraphQL-Java来分析，这一点注意一下。本文的GraphQL示例使用Spring-boot来开发，使用的IDE为idea 17，强烈建议Javaer使用IDEA来开发，可以明显提高开发效率。

为了可以快速上手，下面展示了本文使用的示例的代码结构：

可以根据各个包名来理解这个包管理的类，比如service管理的是一系列service，而view包下是一些需要返回给Client的渲染View。关于如何新建一个Spring-boot项目的过程不再本文的叙述范围之内（唯一说明的一点是，需要Web模块支持），下面根据一些关键步骤来引导如何实现一个GraphQL demo。

创建Model类

这一步很简单，将你需要创建的Model类放到model包下，比如本文的示例想要实现的一个场景是，有一些作者，每个作者可能写了多篇文章，每篇文章都只有一个作者，而每篇文章下面可能没有评论，或者有评论，评论的数量不限，下面是几个关键的类信息：

public class AuthorModel {

    private int authorId; // the author id
    private int authorAge; // the age
    private int authorLevel; // the level
    private String authorAddr; // the address

    private List<Integer> friends; // the friends of the author
    
}

public class ContentModel {

    private int contentId; // the content id
    private int authorId; // the author id
    private int commentSize; // the comment size of this content

    private String text; // the text
    private List<Integer> commentIds; // the Comment id list    
}

public class CommentModel {

    private int commentId; // the comment id
    private int authorId; // the author of this comment
    private int ofContentId; // the content id

    private String content; // the content of this comment
}

为了实验GraphQL的复杂查询，下面是两个增强类，分别是对AuthorModel类和ContentModel类的增强，可以看到增强之后的类更符合我们的想法：


public class CompletableAuthorModel extends AuthorModel{

    private List<AuthorModel> friendsCompletableInfo;
    private List<CompletableContentModel> contentModelList; 
}

public class CompletableContentModel extends ContentModel{

    private List<CommentModel> commentModelList; // the comment info list of this content
}

本文展示的所有代码都可以在github上找到源码，所以本文就不完整的展示所有代码了。

Mock数据

为了测试GraphQL，你需要有一些数据，本文为了快速测试GraphQL，所以Mock的数据比较简单，没有和数据库交互，其实在真实的服务端API层开发中，很多时候是不需要和数据库交互的，更多的是使用RPC来从一些微服务中获取我们需要的数据，一个RPC服务其实就是一个数据源，API层的工作就是在聚合这些数据源，然后进行一些业务逻辑的处理，来提供接口供Client访问。具体的Mock代码可以在DataMock这个类中找到。

当然，有了数据源之后还需要进行一些业务逻辑的处理，本文使用一些Service来模拟这种处理，主要做的其实是将Author、Content以及Comment这三个Model联系起来，很好理解。

定义GraphQLOutputType

现在，你以及定义好了Model类了，并且已经有数据和业务逻辑处理程序了，下面就来定义一些GraphQLOutputType，这些GraphQLOutputType就是服务端可以提供的输出，你可以提供什么样的输出就怎么定义，下面首先展示的是AuthorModel这个GraphQLOutputType，然后展示了它的增强输出CompletableAuthor，可以作为参考：


    /* basic outPutType */
    private GraphQLOutputType author;
    
    /* richness & completable outPutType */
    private GraphQLOutputType completableAuthor;

        /* The Author */
        author = newObject().name("AuthorModel")
                .field(GraphQLFieldDefinition.newFieldDefinition().name("authorId").type(Scalars.GraphQLInt))
                .field(GraphQLFieldDefinition.newFieldDefinition().name("authorAge").type(Scalars.GraphQLInt))
                .field(GraphQLFieldDefinition.newFieldDefinition().name("authorLevel").type(Scalars.GraphQLInt))
                .field(GraphQLFieldDefinition.newFieldDefinition().name("authorAddr").type(Scalars.GraphQLString))
                .field(GraphQLFieldDefinition.newFieldDefinition().name("friends").type(GraphQLList.list(Scalars.GraphQLInt)))
                .build();
                
          /* the completable author information */
        completableAuthor = newObject().name("CompletableAuthor")
                .field(GraphQLFieldDefinition.newFieldDefinition().name("authorId").type(Scalars.GraphQLInt))
                .field(GraphQLFieldDefinition.newFieldDefinition().name("authorAge").type(Scalars.GraphQLInt))
                .field(GraphQLFieldDefinition.newFieldDefinition().name("authorLevel").type(Scalars.GraphQLInt))
                .field(GraphQLFieldDefinition.newFieldDefinition().name("authorAddr").type(Scalars.GraphQLString))
                .field(GraphQLFieldDefinition.newFieldDefinition().name("friends").type(GraphQLList.list(Scalars.GraphQLInt)))
                .field(GraphQLFieldDefinition.newFieldDefinition().name("friendsCompletableInfo").type(GraphQLList.list(author)))
                .field(GraphQLFieldDefinition.newFieldDefinition().name("contentModelList").type(GraphQLList.list(completableContent)))
                .build();

完整的GraphQLOutputType定义可以参考项目（文章结尾）。上面有很多类似于“. type”的操作,GraphQL提供了很多类型，可以与各种语言中的类型系统进行对接，比如Scalars.GraphQLInt可以和Java中的Integer对接，而Scalars.GraphQLString和Java中的String对接，GraphQL除了支持这种Scalars类型外，还支持GraphList、Objects、以及Interfaces、Unions、Enums等，完整的类型系统可以参考文章 GraphQL Type System，本文仅使用到了Scalars和GraphList。

定义Schema

定义好了一些GraphQLOutputType之后，就可以来定义GraphQL的Schema了，下面是本文使用的示例的Schema定义：


        /* set up the schema */
        schema = GraphQLSchema.newSchema()
                .query(newObject()
                        .name("graphqlQuery")
                        .field(createAuthorField())
                        .field(createContentField())
                        .field(createCommentField())
                        .field(createCompletableContentField())
                        .field(createCompletableAuthorField()))
                .build();
                
    /**
     * query single author
     * @return the single author's information
     */
    private GraphQLFieldDefinition createAuthorField() {
        return GraphQLFieldDefinition.newFieldDefinition()
                .name("author")
                .argument(newArgument().name("authorId").type(Scalars.GraphQLInt).build())
                .type(author)
                .dataFetcher((DataFetchingEnvironment environment) -> {

                    //get the author id here
                    int authorId = environment.getArgument("authorId");

                    return this.authorService.getAuthorByAuthorId(authorId);
                }).build();

    }                

    /**
     * completable author information
     * @return the author
     */
    private GraphQLFieldDefinition createCompletableAuthorField() {
        return GraphQLFieldDefinition.newFieldDefinition()
                .name("completableAuthor")
                .argument(newArgument().name("authorId").type(Scalars.GraphQLInt).build())
                .type(completableAuthor)
                .dataFetcher((DataFetchingEnvironment environment) -> {
                    int authorId = environment.getArgument("authorId");

                    //get the completable info of author by authorId
                    //System.out.println("request for createCompletableAuthorField:" + authorId);

                    return authorService.getCompletableAuthorByAuthorId(authorId);
                }).build();
    }

上面只展示了author和completableAuthor两个GraphQLFieldDefinition的定义，服务端实际的聚合数据源的操作就需要写在这些GraphQLFieldDefinition里面，每个GraphQLFieldDefinition类似于一个服务端的API集合，并且它可以有一些入参，相当于restful的参数，你需要根据这些参数聚合DataSource来返回合适的数据。

提供查询接口

下面的代码展示了使用GraphQl来承接Client的查询请求的方法：


package io.hujian.graphql;

import graphql.GraphQL;

import java.util.Collections;
import java.util.Map;

/**
 * Created by hujian06 on 2017/11/2.
 *
 * the facade of the graphQl
 */
public class GraphqlFacade {

    private static final GraphqlProvider PROVIDER = new GraphqlProvider();
    private static final GraphQL GRAPH_QL = GraphQL.newGraphQL(PROVIDER.getSchema()).build();

    /**
     * query by the Graphql
     * @param ghql the query
     * @return the result
     */
    public static Map<String, Object> query(String ghql) {
        if (ghql == null || ghql.isEmpty()) {
            return Collections.emptyMap();
        }

        return GRAPH_QL.execute(ghql).getData();
    }

}

提供接口

为了测试GraphQL，需要提供一个查询接口，下面的代码展示了如何使用Spring-boot来提供接口的方法：


package io.hujian.controller;

import com.alibaba.fastjson.JSON;
import io.hujian.graphql.GraphqlFacade;
import io.hujian.view.CheckView;
import io.hujian.view.MockerDataView;
import org.springframework.stereotype.Controller;
import org.springframework.web.bind.annotation.PathVariable;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;

import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
import java.io.IOException;

/**
 * Created by hujian06 on 2017/11/2.
 *
 * the graphql controller
 */
@Controller
@RequestMapping(value = "dsql/api/")
public class GraphqlController {

    /**
     * query the hsql by the graphql
     * @param ghql the query string like:->
     *             "{
     *               author(authorId:2)
     *                {
     *                authorId,
     *                authorAge,
     *                authorAddr,
     *                friends
     *                }
     *               }"
     *             the response like:->
     *              "{
     *                "author": {
     *                           "authorId": 2,
     *                           "authorAge": 32,
     *                           "authorAddr": "Ty-0021",
     *                           "friends": [1]
     *                          }
     *               }"
     *
     * @param request r
     * @param response r
     * @throws IOException e
     */
    @RequestMapping(value = "query/{ghql}")
    public void graphqlQuery(@PathVariable("ghql") String ghql, HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
            throws IOException {

        String result = JSON.toJSONString(GraphqlFacade.query(ghql));

        System.out.println("request query:" + ghql + " \nresult:" + result);

        //query the result.
        response.getOutputStream().write(result.getBytes());
    }

}

现在就可以来测试GraphQL是否可以正常工作了，先来一个简单的测试，比如，我们想要查询id为1的Author的信息，但是只想要知道AuthorAge以及AuthorLevel两个信息，查询的具体语句如下：


{
  author(authorId:1) {
     authorAge,
     authorLevel
   }
}

相应的查询结果如下：


{
    "author": {
        "authorAge": 24,
        "authorLevel": 10
    }
}

现在需求变了，Client不仅想要获取作者的年龄和级别，还想要知道作者的地址，那么服务端不需要改变任何内容，Client只需要改变Query就可以，新的Query为：


{
  author(authorId:1) {
     authorAge,
     authorLevel,
     authorAddr
   }
}

这次查询的返回内容如下：


{
    "author": {
        "authorAge": 24,
        "authorLevel": 10,
        "authorAddr": "Fib-301"
    }
}

为了说明GraphQL的强大，下面提供一个较为丰富复杂的查询以及其输出内容，首先展示了请求的响应内容：

{
    "completableAuthor": {
        "authorId": 1,
        "authorLevel": 10,
        "authorAge": 24,
        "authorAddr": "Fib-301",
        "friends": [
            2,
            3
        ],
        "contentModelList": [
            {
                "contentId": 1,
                "authorId": 1,
                "text": "This is a test content!",
                "commentModelList": [
                    {
                        "commentId": 2,
                        "authorId": 1,
                        "content": "i thing so."
                    }
                ]
            }
        ],
        "friendsCompletableInfo": [
            {
                "authorId": 2,
                "authorAge": 32,
                "authorLevel": 4,
                "friends": [
                    1
                ]
            },
            {
                "authorId": 3,
                "authorAge": 14,
                "authorLevel": 2,
                "friends": [
                    2
                ]
            }
        ]
    }
}

对应的请求为：


{
     completableAuthor(authorId:1) {
     authorId,
     authorLevel,
     authorAge,
     authorAddr,
     friends,
     contentModelList {
     contentId,
     authorId,
     text,
     commentModelList {
       commentId,
       authorId,
       content
     }
   },
     friendsCompletableInfo {
       authorId,
       authorAge,
       authorLevel,
       friends
     }
   }
}

结语

GraphQL不仅支持Query，还支持写操作，但是考虑到服务端API大部分的内容时聚合数据源而不是写数据，所以本文没有涉及相应的内容，但是后续的GraphQL系列中将会涉及GraphQL的所有支持的操作，并且分析这些操作的具体实现细节，最后，分享出本文涉及的项目的工程地址，如果不出意外，可以成功执行，注意设置application.properties，比如日志输出级别，服务器启动端口等，本文的项目的启动端口为8600，所以，如果你想要进行试验的话，需要在启动了项目之后再浏览器输入下面的地址：

http://127.0.0.1:8080/dsql/api/query/{your_query}

项目地址：GraphQL-Starter

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