Kotlin GraphQL接口开发全流程

一、GraphQL 基础概述

GraphQL 是一种用于 API 的查询语言，由 Facebook 开发并开源。它为客户端提供了一种精确获取所需数据的方式，避免了传统 RESTful API 中常见的数据过度获取或获取不足的问题。

与 RESTful API 不同，RESTful API 通常需要客户端根据不同的需求请求不同的端点，而 GraphQL 只有一个端点，客户端通过发送精心构造的查询来获取所需的数据。例如，在一个博客 API 中，RESTful API 可能有 /posts 端点获取所有文章，/posts/{id} 端点获取单篇文章。但如果客户端既想要文章标题又想要作者信息，可能需要多次请求不同端点。而在 GraphQL 中，客户端可以通过一个查询语句一次性获取所需数据：

query {
  posts {
    title
    author {
      name
    }
  }
}

GraphQL 有自己的类型系统，用于定义 API 可以返回的数据结构。主要类型包括：

• 对象类型（Object Type）：代表 API 中可以查询的具体类型，比如 Post 类型可能包含 title、content 等字段。

type Post {
  title: String!
  content: String
}

这里 ! 表示该字段是必填的。

• 标量类型（Scalar Type）：表示最基本的数据类型，如 String、Int、Float、Boolean、ID 等。
• 枚举类型（Enum Type）：定义一组命名的值，例如文章的状态可以定义为枚举类型。

enum PostStatus {
  DRAFT
  PUBLISHED
  ARCHIVED
}

• 列表类型（List Type）：表示一个数组，比如 [Post] 表示文章列表。
• 非空类型（NonNull Type）：如前面提到的 String!，确保该字段不会为 null。

二、Kotlin 环境搭建

1. 安装 Kotlin 如果还没有安装 Kotlin，首先需要安装 Kotlin 开发环境。可以通过 IntelliJ IDEA 等 IDE 来安装 Kotlin 插件，这样 IDE 就能识别和支持 Kotlin 代码编写。另外，也可以通过命令行工具来安装 Kotlin。以 macOS 为例，可以使用 Homebrew 安装：

brew install kotlin

安装完成后，可以通过 kotlinc -version 命令来验证安装是否成功。 2. 创建 Kotlin 项目 在 IntelliJ IDEA 中创建 Kotlin 项目非常简单。打开 IDEA，选择 Create New Project，在左侧选择 Kotlin，然后选择 Gradle 或 Maven 作为项目构建工具（这里以 Gradle 为例）。 填写项目的相关信息，如 Group 和 Artifact，然后点击 Finish。项目创建完成后，会自动生成基本的项目结构，包括 src/main/kotlin 目录用于存放 Kotlin 代码，src/test/kotlin 目录用于存放测试代码。

三、引入 GraphQL 相关依赖

在 Kotlin 项目中使用 GraphQL，需要引入相关的依赖。如果使用 Gradle 构建项目，在 build.gradle.kts 文件中添加以下依赖：

dependencies {
    implementation("com.expediagroup:graphql-kotlin-server:5.0.0")
    implementation("com.expediagroup:graphql-kotlin-spring-server:5.0.0")
    implementation("com.fasterxml.jackson.module:jackson-module-kotlin:2.13.3")
    runtimeOnly("org.springframework.boot:spring-boot-starter-undertow")
    testImplementation("org.springframework.boot:spring-boot-starter-test")
    testImplementation("com.expediagroup:graphql-kotlin-testing:5.0.0")
}

这些依赖涵盖了 GraphQL Kotlin 服务器相关库、Spring 集成库、Jackson 库用于 JSON 处理，以及测试相关库。如果使用 Maven 构建项目，在 pom.xml 文件中添加对应的依赖：

<dependencies>
    <dependency>
        <groupId>com.expediagroup</groupId>
        <artifactId>graphql-kotlin-server</artifactId>
        <version>5.0.0</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>com.expediagroup</groupId>
        <artifactId>graphql-kotlin-spring-server</artifactId>
        <version>5.0.0</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>com.fasterxml.jackson.module</groupId>
        <artifactId>jackson-module-kotlin</artifactId>
        <version>2.13.3</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-undertow</artifactId>
        <scope>runtime</scope>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
        <scope>test</scope>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>com.expediagroup</groupId>
        <artifactId>graphql-kotlin-testing</artifactId>
        <version>5.0.0</version>
        <scope>test</scope>
    </dependency>
</dependencies>

添加依赖后，Gradle 或 Maven 会自动下载所需的库文件。

四、定义 GraphQL Schema

1. 使用 Kotlin DSL 定义 Schema 在 Kotlin 中，可以使用 GraphQL Kotlin 的 DSL 来定义 Schema。首先定义数据模型类，例如定义一个 Book 类：

data class Book(
    val id: String,
    val title: String,
    val author: String
)

然后使用 DSL 定义 Schema，在 src/main/kotlin 目录下创建一个 SchemaDefinition.kt 文件：

import com.expediagroup.graphql.server.operations.Query
import graphql.schema.idl.TypeRuntimeWiring.newTypeWiring
import graphql.schema.idl.TypeWiring

class BookQuery : Query {
    val books = listOf(
        Book("1", "Effective Java", "Joshua Bloch"),
        Book("2", "Clean Code", "Robert C. Martin")
    )

    fun getBooks(): List<Book> = books
}

fun getTypeWirings(): List<TypeWiring> {
    return listOf(
        newTypeWiring("Query")
           .dataFetcher { env -> (env.source as BookQuery).getBooks() }
           .build(),
        newTypeWiring("Book")
           .dataFetcher { env -> env.getSource<Book>().id }
           .name("id")
           .build(),
        newTypeWiring("Book")
           .dataFetcher { env -> env.getSource<Book>().title }
           .name("title")
           .build(),
        newTypeWiring("Book")
           .dataFetcher { env -> env.getSource<Book>().author }
           .name("author")
           .build()
    )
}

在上述代码中，BookQuery 类实现了 Query 接口，getBooks 方法返回图书列表。getTypeWirings 函数定义了 GraphQL Schema 的类型布线，将 GraphQL 类型与 Kotlin 代码中的数据获取逻辑关联起来。 2. 使用 GraphQL SDL 定义 Schema 也可以使用 GraphQL Schema Definition Language（SDL）来定义 Schema。在 src/main/resources 目录下创建一个 schema.graphqls 文件：

type Book {
  id: ID!
  title: String!
  author: String!
}

type Query {
  books: [Book]!
}

然后在 Kotlin 代码中加载这个 SDL 定义的 Schema。在 src/main/kotlin 目录下创建一个 SchemaLoader.kt 文件：

import com.expediagroup.graphql.server.operations.Query
import com.expediagroup.graphql.server.spring.GraphQLSpringProvider
import graphql.GraphQL
import graphql.schema.GraphQLSchema
import graphql.schema.idl.RuntimeWiring
import graphql.schema.idl.SchemaGenerator
import graphql.schema.idl.SchemaParser
import graphql.schema.idl.TypeDefinitionRegistry
import org.springframework.stereotype.Component
import java.io.File
import java.io.FileReader

@Component
class SchemaLoader : GraphQLSpringProvider {
    private val schemaParser = SchemaParser()
    private val schemaGenerator = SchemaGenerator()

    override fun getGraphQL(): GraphQL {
        val typeDefinitionRegistry = loadSchema()
        val runtimeWiring = buildRuntimeWiring()
        val graphQLSchema = schemaGenerator.makeExecutableSchema(typeDefinitionRegistry, runtimeWiring)
        return GraphQL.newGraphQL(graphQLSchema).build()
    }

    private fun loadSchema(): TypeDefinitionRegistry {
        val schemaFile = File("src/main/resources/schema.graphqls")
        val schemaReader = FileReader(schemaFile)
        return schemaParser.parse(schemaReader)
    }

    private fun buildRuntimeWiring(): RuntimeWiring {
        return RuntimeWiring.newRuntimeWiring()
           .type("Query") { builder ->
                builder.dataFetcher("books") { env ->
                    val query = env.getSource<Query>() as BookQuery
                    query.getBooks()
                }
            }
           .type("Book") { builder ->
                builder.dataFetcher("id") { env -> env.getSource<Book>().id }
                builder.dataFetcher("title") { env -> env.getSource<Book>().title }
                builder.dataFetcher("author") { env -> env.getSource<Book>().author }
            }
           .build()
    }
}

在上述代码中，SchemaLoader 类实现了 GraphQLSpringProvider 接口，通过 loadSchema 方法加载 SDL 文件，通过 buildRuntimeWiring 方法将 SDL 定义的类型与 Kotlin 代码中的数据获取逻辑关联起来。

五、实现 GraphQL 解析器

1. 解析器基础概念 GraphQL 解析器负责将 GraphQL 查询中的字段映射到实际的数据获取逻辑。在前面的例子中，我们已经通过数据获取器（dataFetcher）实现了一些简单的解析逻辑。但对于更复杂的场景，我们可以将解析逻辑封装到独立的解析器类中。
2. 创建解析器类 继续以图书 API 为例，创建一个 BookResolver 类：

import com.expediagroup.graphql.server.operations.Query
import graphql.kickstart.tools.GraphQLQueryResolver
import org.springframework.stereotype.Component

@Component
class BookResolver : GraphQLQueryResolver {
    val books = listOf(
        Book("1", "Effective Java", "Joshua Bloch"),
        Book("2", "Clean Code", "Robert C. Martin")
    )

    fun books(): List<Book> = books
}

在这个类中，books 方法对应 GraphQL Schema 中 Query 类型的 books 字段。通过实现 GraphQLQueryResolver 接口，Kotlin GraphQL 框架能够自动识别并将该方法作为解析器使用。

六、搭建 GraphQL 服务器

1. 基于 Spring Boot 的服务器搭建 如果使用 Spring Boot 来搭建 GraphQL 服务器，首先确保项目已经添加了 Spring Boot 相关依赖。在 src/main/kotlin 目录下创建一个主应用类 GraphQLServerApplication.kt：

import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication
import org.springframework.boot.runApplication

@SpringBootApplication
class GraphQLServerApplication

fun main(args: Array<String>) {
    runApplication<GraphQLServerApplication>(*args)
}

然后配置 GraphQL 相关的端点。在 src/main/resources 目录下创建一个 application.properties 文件，添加以下配置：

server.port=8080
spring.graphql.path=/graphql

这里配置了服务器端口为 8080，GraphQL 端点路径为 /graphql。 2. 启动服务器并测试 运行 GraphQLServerApplication.kt 中的 main 方法启动服务器。可以使用工具如 Postman 或 GraphQL Playground 来测试 GraphQL 接口。以 GraphQL Playground 为例，访问 http://localhost:8080/graphql，在左侧输入查询语句：

query {
  books {
    id
    title
    author
  }
}

点击 Play 按钮，右侧会返回查询结果：

{
  "data": {
    "books": [
      {
        "id": "1",
        "title": "Effective Java",
        "author": "Joshua Bloch"
      },
      {
        "id": "2",
        "title": "Clean Code",
        "author": "Robert C. Martin"
      }
    ]
  }
}

七、处理 GraphQL 变异（Mutations）

1. 变异的概念 GraphQL 变异用于对服务器数据进行写操作，如创建、更新或删除数据。与查询类似，变异也有自己的类型定义和解析逻辑。
2. 定义变异类型和解析器 在 SDL 定义的 schema.graphqls 文件中添加变异定义：

type Mutation {
  createBook(title: String!, author: String!): Book!
}

然后在 Kotlin 中创建变异解析器 BookMutationResolver 类：

import com.expediagroup.graphql.server.operations.Mutation
import graphql.kickstart.tools.GraphQLMutationResolver
import org.springframework.stereotype.Component
import java.util.concurrent.atomic.AtomicLong

@Component
class BookMutationResolver : GraphQLMutationResolver {
    private val idCounter = AtomicLong(1)
    val books = mutableListOf<Book>()

    fun createBook(title: String, author: String): Book {
        val id = idCounter.incrementAndGet().toString()
        val book = Book(id, title, author)
        books.add(book)
        return book
    }
}

在这个解析器中，createBook 方法接收 title 和 author 参数，创建一个新的 Book 对象并添加到 books 列表中，然后返回新创建的图书。 3. 测试变异操作 在 GraphQL Playground 中输入变异查询：

mutation {
  createBook(title: "Kotlin in Action", author: "Dmitry Jemerov") {
    id
    title
    author
  }
}

执行后会返回新创建图书的信息，同时服务器端的数据也会更新。

八、处理 GraphQL 订阅（Subscriptions）

1. 订阅的概念 GraphQL 订阅允许客户端实时接收服务器端数据变化的通知。这在一些需要实时更新数据的场景，如实时聊天、实时监控等非常有用。
2. 实现订阅功能 首先在 SDL 定义的 schema.graphqls 文件中添加订阅定义：

type Subscription {
  bookAdded: Book!
}

在 Kotlin 中创建订阅解析器 BookSubscriptionResolver 类：

import com.expediagroup.graphql.server.operations.Subscription
import graphql.kickstart.tools.GraphQLSubscriptionResolver
import kotlinx.coroutines.channels.Channel
import kotlinx.coroutines.channels.consumeEach
import kotlinx.coroutines.launch
import org.springframework.stereotype.Component

@Component
class BookSubscriptionResolver : GraphQLSubscriptionResolver {
    private val bookAddedChannel = Channel<Book>()

    fun bookAdded() = bookAddedChannel.consumeAsFlow()

    fun publishBookAdded(book: Book) {
        launch {
            bookAddedChannel.send(book)
        }
    }
}

这里 bookAdded 方法返回一个 Flow，用于客户端订阅。publishBookAdded 方法用于在服务器端有新图书添加时发布通知。 3. 集成订阅到服务器 在 SchemaLoader.kt 中添加订阅相关的运行时布线：

private fun buildRuntimeWiring(): RuntimeWiring {
    return RuntimeWiring.newRuntimeWiring()
       .type("Query") { builder ->
            builder.dataFetcher("books") { env ->
                val query = env.getSource<Query>() as BookQuery
                query.getBooks()
            }
        }
       .type("Mutation") { builder ->
            builder.dataFetcher("createBook") { env ->
                val mutation = env.getSource<Mutation>() as BookMutationResolver
                val title = env.getArgument<String>("title")
                val author = env.getArgument<String>("author")
                mutation.createBook(title, author)
            }
        }
       .type("Subscription") { builder ->
            builder.dataFetcher("bookAdded") { env ->
                val subscription = env.getSource<Subscription>() as BookSubscriptionResolver
                subscription.bookAdded()
            }
        }
       .type("Book") { builder ->
            builder.dataFetcher("id") { env -> env.getSource<Book>().id }
            builder.dataFetcher("title") { env -> env.getSource<Book>().title }
            builder.dataFetcher("author") { env -> env.getSource<Book>().author }
        }
       .build()
}

4. 测试订阅功能 可以使用支持 GraphQL 订阅的客户端工具，如 Apollo Client 来测试订阅功能。当服务器端通过 publishBookAdded 方法发布新图书时，订阅的客户端会实时收到通知。

九、错误处理

1. GraphQL 错误类型 在 GraphQL 中，错误主要分为两类：语法错误和执行错误。语法错误是指 GraphQL 查询语句不符合语法规则，执行错误是指在执行查询或变异过程中发生的错误，如数据验证失败、数据库操作失败等。
2. 在 Kotlin 中处理错误 对于执行错误，可以通过抛出自定义异常并在解析器中捕获处理。例如，在 BookMutationResolver 中添加数据验证：

class BookMutationResolver : GraphQLMutationResolver {
    private val idCounter = AtomicLong(1)
    val books = mutableListOf<Book>()

    fun createBook(title: String, author: String): Book {
        if (title.isBlank() || author.isBlank()) {
            throw IllegalArgumentException("Title and author cannot be blank")
        }
        val id = idCounter.incrementAndGet().toString()
        val book = Book(id, title, author)
        books.add(book)
        return book
    }
}

当客户端发送的 title 或 author 为空时，会抛出 IllegalArgumentException。GraphQL Kotlin 框架会自动将这个异常转换为 GraphQL 错误返回给客户端。客户端在接收到响应时，可以根据错误信息进行相应处理。

十、性能优化

1. 数据加载器（DataLoader） 在 GraphQL 中，如果一个查询涉及多个关联数据的获取，可能会导致 N + 1 问题，即一个主查询加上 N 个关联数据的查询。数据加载器可以解决这个问题，它会批量加载数据，减少数据库查询次数。 在 Kotlin 中，可以使用 graphql-java - dataloader 库来实现数据加载器。首先添加依赖：

implementation("com.expediagroup:graphql-kotlin-dataloader:5.0.0")

以图书和作者关联为例，假设每个图书有一个作者，作者信息存储在另一个数据源中。创建一个 AuthorDataLoader 类：

import com.expediagroup.graphql.dataloader.KotlinDataLoader
import kotlinx.coroutines.Dispatchers
import kotlinx.coroutines.withContext
import java.util.concurrent.CompletableFuture
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap

class AuthorDataLoader : KotlinDataLoader<String, String> {
    private val authorMap = ConcurrentHashMap<String, String>()

    init {
        authorMap["1"] = "Joshua Bloch"
        authorMap["2"] = "Robert C. Martin"
    }

    override fun load(keys: Set<String>): CompletableFuture<Map<String, String>> {
        return CompletableFuture.supplyAsync {
            keys.associateWith { authorMap[it] }
        }
    }

    override suspend fun loadMany(keys: Set<String>): Map<String, String> = withContext(Dispatchers.IO) {
        keys.associateWith { authorMap[it] }
    }
}

在解析器中使用数据加载器：

@Component
class BookResolver : GraphQLQueryResolver {
    val books = listOf(
        Book("1", "Effective Java", "1"),
        Book("2", "Clean Code", "2")
    )

    fun books(dataLoader: DataLoaderRegistry): List<Book> {
        val authorDataLoader = dataLoader.getLoader<AuthorDataLoader>()
        return books.map { book ->
            val author = authorDataLoader.load(book.author).join()
            book.copy(author = author)
        }
    }
}

这样在查询图书时，通过数据加载器一次性获取所有图书的作者信息，避免了多次查询。 2. 缓存优化 可以在服务器端对经常查询的数据进行缓存。例如，使用 Spring Cache 来缓存图书查询结果。首先添加 Spring Cache 依赖：

implementation("org.springframework.boot:spring-boot-starter-cache")

在 BookQuery 类中添加缓存注解：

import org.springframework.cache.annotation.Cacheable
import org.springframework.stereotype.Component

@Component
class BookQuery : Query {
    val books = listOf(
        Book("1", "Effective Java", "Joshua Bloch"),
        Book("2", "Clean Code", "Robert C. Martin")
    )

    @Cacheable("books")
    fun getBooks(): List<Book> = books
}

这样当第一次查询图书时，结果会被缓存，后续相同的查询会直接从缓存中获取，提高了查询性能。

通过以上步骤，我们完成了 Kotlin GraphQL 接口开发的全流程，包括基础概念、环境搭建、Schema 定义、解析器实现、服务器搭建、变异和订阅处理、错误处理以及性能优化等方面。在实际项目中，可以根据具体需求进一步扩展和优化这些功能。