JavaScript内核与高级编程之：`JavaScript`的`GraphQL`：其在 `API` 构建中的类型系统和查询语言。 - 智猿学院-前后端，数据库，人工智能，云计算等领域前沿技术讲座

各位观众老爷们，大家好！今天咱们来聊聊 JavaScript 的 GraphQL，这玩意儿可是 API 构建领域的一颗冉冉升起的新星。别看名字里带了个 "QL"，就觉得它跟 SQL 是一家子，其实它们除了都用来查询数据之外，骨子里完全不同。GraphQL 可谓是为 API 量身定制的，而 SQL 则是数据库的御用语言。

咱们今天就从类型系统和查询语言这两个方面，好好扒一扒 GraphQL 的皮，看看它到底有啥能耐。

一、GraphQL 的类型系统：严谨，但又不失灵活

GraphQL 的类型系统是它的一大亮点。它允许咱们为 API 的数据定义清晰的类型，就像给变量贴上标签一样，告诉大家这个变量是数字、字符串还是个对象。这有什么好处呢？

清晰的 API 文档： 类型定义本身就是一份活生生的 API 文档。任何人都能够轻松地了解 API 返回的数据结构，而不需要去翻阅晦涩难懂的文档，或者通过猜测来理解 API 的行为。
强大的验证能力： GraphQL 服务器可以根据类型定义来验证客户端的请求。如果客户端请求的数据类型不匹配，服务器会直接拒绝请求，从而避免了潜在的错误。
更好的代码生成： 咱们可以利用 GraphQL 的类型定义来生成客户端代码，例如 TypeScript 类型定义、React 组件等等。这样可以大大提高开发效率，并减少出错的可能性。

1. 基本类型

GraphQL 内置了一些基本类型，就像咱们 JavaScript 里的 string, number, boolean 一样。

类型	描述
`Int`	有符号 32 位整数
`Float`	有符号双精度浮点数
`String`	UTF‐8 字符串
`Boolean`	布尔值 (`true` 或 `false`)
`ID`	唯一标识符，通常用作主键

2. 对象类型

对象类型是 GraphQL 中最常用的类型，它用来描述复杂的数据结构。咱们可以用对象类型来定义用户、商品、文章等等。

type User {
  id: ID!
  name: String!
  email: String
  age: Int
  posts: [Post!]!
}

type Post {
  id: ID!
  title: String!
  content: String
  author: User!
}

上面的代码定义了两个对象类型：User 和 Post。

User 类型包含 id、name、email、age 和 posts 字段。
Post 类型包含 id、title、content 和 author 字段。

注意每个字段后面的感叹号 !，它表示该字段是非空的。也就是说，如果一个字段被标记为 !，那么 GraphQL 服务器会确保该字段不会返回 null。

3. 枚举类型

枚举类型允许咱们定义一组预定义的值。比如，咱们可以用枚举类型来表示文章的状态：

enum PostStatus {
  DRAFT
  PUBLISHED
  ARCHIVED
}

type Post {
  id: ID!
  title: String!
  content: String
  status: PostStatus!
}

上面的代码定义了一个 PostStatus 枚举类型，它包含三个值：DRAFT、PUBLISHED 和 ARCHIVED。这样，Post 的 status 字段只能取这三个值中的一个，有效地限制了数据的范围。

4. 列表类型

列表类型用来表示一个包含多个元素的数组。比如，咱们可以用列表类型来表示一个用户的所有文章：

type User {
  id: ID!
  name: String!
  email: String
  age: Int
  posts: [Post!]!  # 注意这里，posts 是一个 Post 类型的列表
}

[Post!]! 表示一个 Post 类型的列表，其中每个元素都不能为空。外面的 ! 表示列表本身不能为空，里面的 ! 表示列表中的每个元素不能为空。

5. 非空类型

咱们前面已经提到过非空类型。简单来说，如果一个字段被标记为 !，那么 GraphQL 服务器会确保该字段不会返回 null。这可以有效地防止空指针异常，并提高代码的健壮性。

6. 接口类型

接口类型定义了一组字段，任何实现了该接口的对象类型都必须包含这些字段。比如，咱们可以定义一个 Node 接口，包含一个 id 字段：

interface Node {
  id: ID!
}

type User implements Node {
  id: ID!
  name: String!
  email: String
  age: Int
}

type Post implements Node {
  id: ID!
  title: String!
  content: String
}

User 和 Post 类型都实现了 Node 接口，因此它们都必须包含 id 字段。接口类型可以用来定义通用的数据结构，并提高代码的复用性。

7. 联合类型

联合类型允许一个字段返回多种不同的对象类型。比如，咱们可以定义一个 SearchResult 联合类型，它可以是 User 类型或 Post 类型：

union SearchResult = User | Post

type Query {
  search(query: String!): [SearchResult]
}

上面的代码定义了一个 SearchResult 联合类型，它可以是 User 类型或 Post 类型。 Query 类型的 search 字段返回一个 SearchResult 类型的列表。联合类型可以用来处理异构数据，并提高 API 的灵活性。

二、GraphQL 的查询语言：精准、高效

GraphQL 的查询语言是它的另一个亮点。它允许客户端精确地指定需要哪些数据，而不需要像 REST API 那样返回一堆不需要的数据。这有什么好处呢？

减少数据传输量： 客户端只请求需要的数据，从而减少了数据传输量，提高了 API 的性能。
避免过度获取： 客户端不会获取不需要的数据，从而避免了过度获取的问题，提高了 API 的安全性。
提高开发效率： 客户端可以一次性获取所有需要的数据，而不需要发送多个请求，从而提高了开发效率。

1. 基本查询

咱们先来看一个简单的查询：

query {
  user(id: "123") {
    id
    name
    email
  }
}

上面的代码查询 id 为 "123" 的用户，并返回其 id、name 和 email 字段。注意，咱们只需要指定需要的字段，GraphQL 服务器就会只返回这些字段的数据。

2. 别名

咱们可以使用别名来重命名查询结果中的字段。这在需要多次查询同一个字段时非常有用。

query {
  user1: user(id: "123") {
    id
    name
  }
  user2: user(id: "456") {
    id
    name
  }
}

上面的代码查询 id 为 "123" 和 "456" 的用户，并分别使用 user1 和 user2 作为别名。这样，咱们就可以在查询结果中区分这两个用户的数据。

3. 片段

片段允许咱们定义可重用的查询块。这在需要多次查询相同的字段时非常有用。

fragment UserInfo on User {
  id
  name
  email
}

query {
  user(id: "123") {
    ...UserInfo
    age
  }
}

上面的代码定义了一个 UserInfo 片段，它包含 id、name 和 email 字段。然后，咱们可以在查询中使用 ...UserInfo 来引用该片段。这样，咱们就可以避免重复定义相同的字段。

4. 变量

变量允许咱们将查询中的参数动态化。这在需要根据用户输入来查询数据时非常有用。

query GetUser($id: ID!) {
  user(id: $id) {
    id
    name
    email
  }
}

// 变量值：
{
  "id": "123"
}

上面的代码定义了一个 GetUser 查询，它接受一个 id 变量。然后，咱们可以在查询中使用 $id 来引用该变量。在使用查询时，需要提供变量的值。

5. 指令

指令允许咱们在查询中添加额外的控制逻辑。 GraphQL 内置了两个指令：@include 和 @skip。

@include(if: Boolean)：只有当 if 为 true 时，才会包含该字段。
@skip(if: Boolean)：只有当 if 为 true 时，才会跳过该字段。

query {
  user(id: "123") {
    id
    name
    email @include(if: $includeEmail)
  }
}

// 变量值：
{
  "includeEmail": true
}

上面的代码只有当 includeEmail 为 true 时，才会包含 email 字段。

6. Mutation

Mutation 用于修改服务器上的数据。它的语法和查询类似，只是使用 mutation 关键字代替 query 关键字。

mutation {
  createUser(name: "John Doe", email: "[email protected]") {
    id
    name
    email
  }
}

上面的代码创建一个新的用户，并返回其 id、name 和 email 字段。

7. Subscription

Subscription 用于订阅服务器上的数据变化。当服务器上的数据发生变化时，服务器会向客户端发送通知。

subscription {
  newUser {
    id
    name
    email
  }
}

上面的代码订阅新用户的创建事件。当有新用户创建时，服务器会向客户端发送新用户的 id、name 和 email 字段。

三、GraphQL 的优势与劣势

说了这么多，GraphQL 到底好不好用呢？咱们来总结一下它的优劣：

优势：

精确的数据获取： 客户端只请求需要的数据，避免了过度获取和数据传输量过大的问题。
强大的类型系统： 类型系统可以提高 API 的可读性、可维护性和安全性。
自文档化： 类型定义本身就是一份活生生的 API 文档。
灵活的查询语言： 查询语言可以满足各种不同的数据获取需求。
实时数据支持： Subscription 可以实现实时数据推送。

劣势：

学习曲线： GraphQL 的学习曲线相对较陡峭。
复杂性： GraphQL 的实现相对复杂。
缓存： GraphQL 的缓存策略相对复杂。
N+1 问题： 在处理关联数据时，可能会出现 N+1 问题。

四、GraphQL 的适用场景

GraphQL 并不是万能的，它也有自己的适用场景。

复杂的数据需求： 当客户端需要获取的数据非常复杂时，GraphQL 可以更好地满足需求。
移动端应用： 移动端应用的带宽和电量都有限，GraphQL 可以减少数据传输量，提高应用的性能。
微服务架构： GraphQL 可以作为微服务之间的网关，将多个微服务的数据聚合在一起。

五、代码示例

为了让大家更好地理解 GraphQL，咱们来看一个简单的代码示例。假设咱们有一个简单的博客系统，包含 User 和 Post 两种类型。

1. Schema 定义

type User {
  id: ID!
  name: String!
  email: String
  posts: [Post!]!
}

type Post {
  id: ID!
  title: String!
  content: String
  author: User!
}

type Query {
  user(id: ID!): User
  posts: [Post!]!
}

type Mutation {
  createPost(title: String!, content: String!, authorId: ID!): Post
}

2. Resolver 实现

Resolver 是用来处理 GraphQL 查询的函数。

const users = [
  { id: "1", name: "John Doe", email: "[email protected]" },
  { id: "2", name: "Jane Doe", email: "[email protected]" },
];

const posts = [
  { id: "1", title: "GraphQL is awesome", content: "...", authorId: "1" },
  { id: "2", title: "REST is not dead", content: "...", authorId: "2" },
];

const resolvers = {
  Query: {
    user: (parent, { id }) => users.find(user => user.id === id),
    posts: () => posts,
  },
  User: {
    posts: (user) => posts.filter(post => post.authorId === user.id),
  },
  Post: {
    author: (post) => users.find(user => user.id === post.authorId),
  },
  Mutation: {
    createPost: (parent, { title, content, authorId }) => {
      const newPost = { id: String(posts.length + 1), title, content, authorId };
      posts.push(newPost);
      return newPost;
    },
  },
};

3. Server 启动

咱们可以使用 apollo-server 或 express-graphql 等库来启动 GraphQL 服务器。

const { ApolloServer } = require('apollo-server');

const typeDefs = `
  type User {
    id: ID!
    name: String!
    email: String
    posts: [Post!]!
  }

  type Post {
    id: ID!
    title: String!
    content: String
    author: User!
  }

  type Query {
    user(id: ID!): User
    posts: [Post!]!
  }

  type Mutation {
    createPost(title: String!, content: String!, authorId: ID!): Post
  }
`;

const server = new ApolloServer({ typeDefs, resolvers });

server.listen().then(({ url }) => {
  console.log(`Server ready at ${url}`);
});

六、总结

今天咱们聊了 GraphQL 的类型系统和查询语言，以及它的优劣势和适用场景。希望大家对 GraphQL 有了更深入的了解。

GraphQL 是一种强大的 API 构建工具，它可以提高 API 的效率、灵活性和可维护性。虽然 GraphQL 的学习曲线相对较陡峭，但它绝对值得咱们花时间去学习和掌握。

总而言之，GraphQL 就像一位精明的管家，能精确地满足你的数据需求，避免浪费，让你的 API 更加高效、优雅。各位观众老爷们，下次再见！

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