服务计算 - 5 | GraphQL简单web服务与客户端开发

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刘一
    阅读 14 分钟

    概述

    利用 web 客户端调用远端服务是服务开发本实验的重要内容。其中，要点建立 API First 的开发理念，实现前后端分离，使得团队协作变得更有效率。

    任务目标

    1. 选择合适的 API 风格，实现从接口或资源（领域）建模，到 API 设计的过程
    2. 使用 API 工具，编制 API 描述文件，编译生成服务器、客户端原型
    3. 使用 Github 建立一个组织，通过 API 文档，实现 客户端项目 与 RESTful 服务项目同步开发
    4. 使用 API 设计工具提供 Mock 服务，两个团队独立测试 API
    5. 使用 travis 测试相关模块

    开发环境选取

    1. API使用GraphQL规范进行设计
    2. 客户端使用Vue框架
    3. 服务器使用GraphQL官方推荐的生成基于 graphql 的服务器的库GQLGen进行开发。
    4. 数据库使用BoltDB实现

    GITHUB传送门

    项目实现

    项目参照星球大战API SWAPI编写

    API设计

    客户端实现

    数据库实现

    服务器实现

    服务器实现其实并不难，但是理解GraphQL和GQLGEN这两个预备工作比较困难，需要大量阅读。

    GraphQL

    GraphQL 是一个用于 API 的查询语言，是一个使用基于类型系统来执行查询的服务端运行时（类型系统由你的数据定义）。GraphQL 并没有和任何特定数据库或者存储引擎绑定，而是依靠你现有的代码和数据支撑。
    与Restful相比，GraphQL不会由复杂的URL，请求的Json按照规范被放在数据中。由于有完备的规范，使用GraphQL构建服务器时不需要自行对每个请求进行解析，可以使用现成的框架，如GQLGen，按规范编写Schema后即可生成相应的解析函数，最终只需要自己编写resolve中的查询函数即可。无需对每个数据规定复杂的URL，大大简化了开发流程。

    GraphQL官网
    GraphQL核心概念
    GQLGEN样例

    GraphQL只是一个规范，具体使用时必须自行实现解析。这里可以用各种开源库来简化开发流程。

    GQLGEN

    使用GQLGEN首先应该编写schema.graphql文件，其中按照GraphQL规范，定义了所有结构的内容，以及查询的方法，在这个项目中没有用到客户端更新数据，所以没有使用Mutation。GQLGEN这个组件会根据schema生成对应的请求路径解析和请求中GraphQL规则的查询的解析，并且使用者只需要实现每个请求的处理函数即可，简化了开发流程。

    • type Query中定义了所有的查询查询方法，在这个类型中的查询函数会被GQLGEN自动实现解析，并在resolver.go文件中新建空白查询函数，而我们的任务就是编写该文件中的函数，返回对应的数据。

      """
The query root, from which multiple types of requests can be made.
"""
type Query {
    """
    Look up a specific people by its ID.
    """
    people(
        """
        The ID of the entity.
        """
        id: ID!
    ): People

    """
    Look up a specific film by its ID.
    """
    film(
        """
        The ID of the entity.
        """
        id: ID!
    ): Film
    
    """
    Look up a specific starship by its ID.
    """
    starship(
        """
        The ID of the entity.
        """
        id: ID!
    ): Starship
    
    """
    Look up a specific vehicle by its ID.
    """
    vehicle(
        """
        The ID of the entity.
        """
        id: ID!
    ): Vehicle
    
    """
    Look up a specific specie by its ID.
    """
    specie(
        """
        The ID of the entity.
        """
        id: ID!
    ): Specie
    
    """
    Look up a specific planet by its ID.
    """
    planet(
        """
        The ID of the entity.
        """
        id: ID!
    ): Planet

    """
    Browse people entities.
    """
    peoples (
        """
        The number of entities in the connection.
        """
        first: Int

        """
        The connection follows by.
        """
        after: ID
    ): PeopleConnection!

    """
    Browse film entities.
    """
    films (
        """
        The number of entities in the connection.
        """
        first: Int

        """
        The connection follows by.
        """
        after: ID
    ): FilmConnection!

    """
    Browse starship entities.
    """
    starships (
        """
        The number of entities in the connection.
        """
        first: Int

        """
        The connection follows by.
        """
        after: ID
    ): StarshipConnection!

    """
    Browse vehicle entities.
    """
    vehicles (
        """
        The number of entities in the connection.
        """
        first: Int

        """
        The connection follows by.
        """
        after: ID
    ): VehicleConnection!

    """
    Browse specie entities.
    """
    species (
        """
        The number of entities in the connection.
        """
        first: Int

        """
        The connection follows by.
        """
        after: ID
    ): SpecieConnection!

    """
    Browse planet entities.
    """
    planets (
        """
        The number of entities in the connection.
        """
        first: Int

        """
        The connection follows by.
        """
        after: ID
    ): PlanetConnection!

    """
    Search for people entities matching the given query.
    """
    peopleSearch (
        """
        The search field for name, in Lucene search syntax.
        """
        search: String!
        
        """
        The number of entities in the connection.
        """
        first: Int

        """
        The connection follows by.
        """
        after: ID
    ): PeopleConnection

    """
    Search for film entities matching the given query.
    """
    filmsSearch (
        """
        The search field for title, in Lucene search syntax.
        """
        search: String!
        
        """
        The number of entities in the connection.
        """
        first: Int

        """
        The connection follows by.
        """
        after: ID
    ): FilmConnection

    """
    Search for starship entities matching the given query.
    """
    starshipsSearch (
        """
        The search field for name or model, in Lucene search syntax.
        """
        search: String!
        
        """
        The number of entities in the connection.
        """
        first: Int

        """
        The connection follows by.
        """
        after: ID
    ): StarshipConnection

    """
    Search for vehicle entities matching the given query.
    """
    vehiclesSearch (
        """
        The search field for name or model, in Lucene search syntax.
        """
        search: String!
        
        """
        The number of entities in the connection.
        """
        first: Int

        """
        The connection follows by.
        """
        after: ID
    ): VehicleConnection

    """
    Search for specie entities matching the given query.
    """
    speciesSearch (
        """
        The search field for name, in Lucene search syntax.
        """
        search: String!
        
        """
        The number of entities in the connection.
        """
        first: Int

        """
        The connection follows by.
        """
        after: ID
    ): SpecieConnection

    """
    Search for planet entities matching the given query.
    """
    planetsSearch (
        """
        The search field for name, in Lucene search syntax.
        """
        search: String!
        
        """
        The number of entities in the connection.
        """
        first: Int

        """
        The connection follows by.
        """
        after: ID
    ): PlanetConnection
}
    • 其它部分按照GraphQL规范编写即可，具体可以查看项目中的schema.graphql文件。这里的schema.graphql有些臃肿，可以通过实现共同属性的interface来减少定义的工作量。
    • 具体设计参阅API文档

    GQLGEN执行流程

    在上述生成的文件中，我们需要更改的文件主要是resolver.go，在介绍此文件之前，我们需要了解以下gengql生成的graphql的服务的运行过程：

    • 首先，修改resolver.go文件下的People()函数：
    func (r *queryResolver) People(ctx context.Context, id string) (*People, error) {
    return &people{}, nil    // 替换panic（避免运行过程中退出，利于我们观察执行过程）
}
    • 启动服务
    go run server/server.go

    访问127.0.0.1:8080，并进行一次People查询：

    图片描述

    解析函数的编写

    1. 对于普通的通过ID查询的函数，直接通过数据库提供的方法查询对应ID的对象。

      func (r *queryResolver) People(ctx context.Context, id string) (*People, error) {
    err, people := GetPeopleByID(id, nil)
    checkErr(err)
    return people, err
}

    2. 分页查询则需要解析需要的元素数量，起始位置即after游标在数据库中的位置，是否有前后页及当前页开始和结束位置元素的游标，用于客户端在需要的时候获取前后页。

       func (r *queryResolver) Peoples(ctx context.Context, first *int, after *string) (PeopleConnection, error) {
     from := -1
     if after != nil {
         b, err := base64.StdEncoding.DecodeString(*after)
         if err != nil {
             return PeopleConnection{}, err
         }
         i, err := strconv.Atoi(strings.TrimPrefix(string(b), "cursor"))
         if err != nil {
             return PeopleConnection{}, err
         }
         from = i
     }
     count := 0
     startID := ""
     hasPreviousPage := true
     hasNextPage := true
     // 获取edges
     edges := []PeopleEdge{}
     db, err := bolt.Open("./data/data.db", 0600, nil)
     CheckErr(err)
     defer db.Close()
     db.View(func(tx *bolt.Tx) error {
         c := tx.Bucket([]byte(peopleBucket)).Cursor()

         // 判断是否还有前向页
         k, v := c.First()
         if from == -1 || strconv.Itoa(from) == string(k) {
             startID = string(k)
             hasPreviousPage = false
         }

         if from == -1 {
             for k, _ := c.First(); k != nil; k, _ = c.Next() {
                 _, people := GetPeopleByID(string(k), db)
                 edges = append(edges, PeopleEdge{
                     Node:   people,
                     Cursor: encodeCursor(string(k)),
                 })
                 count++
                 if count == *first {
                     break
                 }
             }
         } else {
             for k, _ := c.First(); k != nil; k, _ = c.Next() {
                 if strconv.Itoa(from) == string(k) {
                     k, _ = c.Next()
                     startID = string(k)
                 }
                 if startID != "" {
                     _, people := GetPeopleByID(string(k), db)
                     edges = append(edges, PeopleEdge{
                         Node:   people,
                         Cursor: encodeCursor(string(k)),
                     })
                     count++
                     if count == *first {
                         break
                     }
                 }
             }
         }

         k, v = c.Next()
         if k == nil && v == nil {
             hasNextPage = false
         }
         return nil
     })
     if count == 0 {
         return PeopleConnection{}, nil
     }
     // 获取pageInfo
     pageInfo := PageInfo{
         HasPreviousPage: hasPreviousPage,
         HasNextPage:     hasNextPage,
         StartCursor:     encodeCursor(startID),
         EndCursor:       encodeCursor(edges[count-1].Node.ID),
     }

     return PeopleConnection{
         PageInfo:   pageInfo,
         Edges:      edges,
         TotalCount: count,
     }, nil
 }

    3. 其次是基于相关字段的分页查询，与普通分页查询类似，只是多了一个查询字段的字符串来限定，获取对应的页。

      func (r *queryResolver) PeopleSearch(ctx context.Context, search string, first *int, after *string) (*PeopleConnection, error) {

    if strings.HasPrefix(search, "Name:") {
        search = strings.TrimPrefix(search, "Name:")
    } else {
        return &PeopleConnection{}, errors.New("Search content must be ' Name:<People's Name you want to get> ' ")
    }
    from := -1
    if after != nil {
        b, err := base64.StdEncoding.DecodeString(*after)
        if err != nil {
            return &PeopleConnection{}, err
        }
        i, err := strconv.Atoi(strings.TrimPrefix(string(b), "cursor"))
        if err != nil {
            return &PeopleConnection{}, err
        }
        from = i
    }
    count := 0
    hasPreviousPage := false
    hasNextPage := false
    // 获取edges
    edges := []PeopleEdge{}
    db, err := bolt.Open("./data/data.db", 0600, nil)
    CheckErr(err)
    defer db.Close()
    db.View(func(tx *bolt.Tx) error {
        c := tx.Bucket([]byte(peopleBucket)).Cursor()
        k, _ := c.First()
        // 判断是否还有前向页
        if from != -1 {
            for k != nil {
                _, people := GetPeopleByID(string(k), db)
                if people.Name == search {
                    hasPreviousPage = true
                }
                if strconv.Itoa(from) == string(k) {
                    k, _ = c.Next()
                    break
                }
                k, _ = c.Next()
            }
        }

        // 添加edge
        for k != nil {
            _, people := GetPeopleByID(string(k), db)
            if people.Name == search {
                edges = append(edges, PeopleEdge{
                    Node:   people,
                    Cursor: encodeCursor(string(k)),
                })
                count++
            }
            k, _ = c.Next()
            if first != nil && count == *first {
                break
            }
        }

        // 判断是否还有后向页
        for k != nil {
            _, people := GetPeopleByID(string(k), db)
            if people.Name == search {
                hasNextPage = true
                break
            }
            k, _ = c.Next()
        }
        return nil
    })
    if count == 0 {
        return &PeopleConnection{}, nil
    }
    // 获取pageInfo
    pageInfo := PageInfo{
        StartCursor:     encodeCursor(edges[0].Node.ID),
        EndCursor:       encodeCursor(edges[count-1].Node.ID),
        HasPreviousPage: hasPreviousPage,
        HasNextPage:     hasNextPage,
    }

    return &PeopleConnection{
        PageInfo:   pageInfo,
        Edges:      edges,
        TotalCount: count,
    }, nil

}

    其他的查询函数实现和上述People方法的实现基本相同。

    项目结构

    项目结构如下：

    GraphQLdemo
│  dbOp.go
│  generated.go
│  gqlgen.yml
│  models_gen.go
│  resolver.go
│  schema.graphql
│
├─data
│      data.db
│
├─scripts
│      gqlgen.go
│
└─server
        server.go

    查询演示

    PIC2

    clipboard.png

    clipboard.png

    JWT 产生 token 实现用户认证

    • 基于 Token 的身份验证方法

    • 使用基于 Token 的身份验证方法，在服务端不需要存储用户的登录记录。大概的流程是这样的：

      1. 客户端使用用户名跟密码请求登录
      2. 服务端收到请求，去验证用户名与密码
      3. 验证成功后，服务端会签发一个 Token，再把这个 Token 发送给客户端
      4. 客户端收到 Token 以后可以把它存储起来，比如放在 Cookie 里或者 Local Storage 中
      5. 客户端每次向服务端请求资源的时候需要带着服务端签发的 Token
      6. 服务端收到请求，然后去验证客户端请求里面带着的 Token，如果验证成功，就向客户端返回请求的数据
    • JSON Web Token

    根据官网的定义，JSON Web Token（以下简称 JWT）是一套开放的标准（RFC 7519），它定义了一套简洁（compact）且 URL 安全（URL-safe）的方案，以安全地在客户端和服务器之间传输 JSON 格式的信息。

    • 优点

      1. 体积小（一串字符串）。因而传输速度快
      2. 传输方式多样。可以通过 HTTP 头部（推荐）/URL/POST 参数等方式传输
      3. 严谨的结构化。它自身（在 payload 中）就包含了所有与用户相关的验证消息，如用户可访问路由、访问有效期等信息，服务器无需再去连接数据库验证信息的有效性，并且 payload 支持应用定制

      4. 支持跨域验证，多应用于单点登录

        > 单点登录（Single Sign On）：在多个应用系统中，用户只需登陆一次，就可以访问所有相互信任的应用

    • 实现

      1. 这里没有实现账号密码的数据库，只是在路由处理router.go中比对固定密码，实现登出。

      2. 每次请求到达服务器时，服务器中间件判断是否是登陆请求。如果不是登陆请求，则获取保存在请求头部的Token进行比对，相同则调用正常的HttpHandler，错误则返回错误回复。

        func TokenMiddleware(next http.Handler) http.Handler {
    return http.HandlerFunc(func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
        if r.RequestURI[1:] != "login" {
            /*
                // token位于Authorization中，用此方法
                token, err := request.ParseFromRequest(r, request.AuthorizationHeaderExtractor, func(token *jwt.Token) (interface{}, error) {
                    return []byte(SecretKey), nil
                })
            */
            tokenStr := ""
            for k, v := range r.Header {
                if strings.ToUpper(k) == TokenName {
                    tokenStr = v[0]
                    break
                }
            }
            validToken := false
            for _, token := range tokens {
                if token.SW_TOKEN == tokenStr {
                    validToken = true
                }
            }
            if validToken {
                ctx := context.WithValue(r.Context(), TokenName, tokenStr)
                next.ServeHTTP(w, r.WithContext(ctx))
            } else {
                w.WriteHeader(http.StatusUnauthorized)
                w.Write([]byte("Unauthorized access to this resource"))
                //fmt.Fprint(w, "Unauthorized access to this resource")
            }
        } else {
            next.ServeHTTP(w, r)
        }
    })
}

      3. jwt.go中实现了创建Token和比对Token的方法，由于只有一个Token，所以直接比对即可。

        var tokens []Token

const TokenName = "SW-TOKEN"
const Issuer = "Go-GraphQL-Group"
const SecretKey = "StarWars"

type Token struct {
    SW_TOKEN string `json:"SW-TOKEN"`
}

type jwtCustomClaims struct {
    jwt.StandardClaims

    Admin bool `json:"admin"`
}

func CreateToken(secretKey []byte, issuer string, isAdmin bool) (token Token, err error) {
    claims := &jwtCustomClaims{
        jwt.StandardClaims{
            ExpiresAt: int64(time.Now().Add(time.Hour * 1).Unix()),
            Issuer:    issuer,
        },
        isAdmin,
    }

    tokenStr, err := jwt.NewWithClaims(jwt.SigningMethodHS256, claims).SignedString(secretKey)
    token = Token{
        tokenStr,
    }
    return
}

func ParseToken(tokenStr string, secretKey []byte) (claims jwt.Claims, err error) {
    var token *jwt.Token
    token, err = jwt.Parse(tokenStr, func(*jwt.Token) (interface{}, error) {
        return secretKey, nil
    })
    claims = token.Claims
    return
}
    graphqlgo
    刘一
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