让ASP.NET Core支持GraphQL之-GraphQL的实现原理

众所周知RESTful API是目前最流行的软件架构风格之一，它主要用于客户端和服务器交互类的软件。基于这个风格设计的软件可以更简洁，更有层次，更易于实现缓存等机制。
RESTful的优越性是毋庸置疑的，不过GraphQL也可以作为一种补充，让你的服务既支持RESTful的http调用，也容许客户端通过GraphQL支持的声明式语法调用服务。
本篇文章并不想对比RESTful和GraphQL孰轻孰重，或者那种方式更好，相关比较可以参考GraphQL的前世今生。本文旨在介绍如何在ASP.NET Core应用中引入GraphQL，让你的应用既支持RESTFul，也能支持GraphQL。

Web应用程序是如何工作的

如果说一个Service能够提供一个功能，那么我们就可以给Service一个输入，从而得到一个输出。

如果将若干个Service组合在一起形成一个应用程序，那么这个应用程序就可以提供若干个能力，当一个框架分别就输入和输出进行统一的约定和规范时，也就是人们常说的SOAP，RESTful等技术。

对于RESTful来说，输入就是Http request，输出是一个json格式的字符串。而Web应用程序框架在做什么？根据某个输入(request)，找到对应的controller, 击中合适的action，同时将Request绑定为action方法的参数，最后将结果格式化为json字符串并输出。

GraphQL就是跟Web框架同一级别的技术，只不过输入（input)不再是Http request，而是GraphQL特有的语法结构，输出仍然为json字符串。

GraphQL能够做些什么

既然GraphQL是一种可以代替RESTful的技术，那么你一定很想知道他是怎么做到的。 如果能用一句话总结那就是: GraphQL是一种API资源的查询语言。GraphQL通过下面的三种类型来满足用户的需求：

1. 查询

我们都知道用户的请求可以分为两类：Query和Command，Query用于查询资源，调用一次和多次都不会影响资源的状态，一个简单的查询如下：

query {
  hero {
    id
    name
  }
}

上面的查询语言可以理解为：查询hero资源的"id"和"name“属性

2. mutation

所谓mutation就是Command，意味着该用户请求能够改变服务端的状态，一个简单的mutation如下：

mutation ($human:HumanInput!) {
  createHuman(human: $human) {
    id
    name
  }
}
variables: {
    "human": {
      "name": "Boba Fett",
      "homePlanet": "Kamino"
    }
  }

上面的mutation可以理解为创建一个humman对象，输入对象是一个$human变量，最后把创建对象的`”id"和"name"属性查询出来。可以看出mutation一般都要配合一个变量使用，变量需要在"variables"中单独定义。

3. Subscriptions

Subscriptions用于提供类似websocket的功能，GraphQL Server是一个实现了Apollo GraphQL订阅协议的.NET Core服务器. 下面的例子需要同时打开两个浏览器窗口：
Subscription用户订阅聊天消息：

subscription MessageAdded {
  messageAdded {
    from { id displayName }
    content
  }
}

Mutation用户添加聊天内容:

mutation AddMessage($message: MessageInputType!) {
  addMessage(message: $message) {
    from {
      id
      displayName
    }
    content
  }
}

variables:
{
  "message": {
    "content": "Message",
    "fromId": "1"
  }
}

GraphQL是如何实现的

我在用每一个开源框架或者类库时都习惯于先浏览源码，了解整个源码的大概结构和实现。下面的过程以一个简单的查询为例，分析GraphQL的实现原理:

{
  query test {
    user{
        age
    }
  }
}

通过graphQL browser IDE发送请求：

GrpahQL处理的整个过程如下：

1.客户端将上面的GraphQL query通过http发送到服务端

curl 'http://localhost:5000/graphql' -H 'Accept-Encoding: gzip, deflate, br' -H 'Content-Type: application/json' -H 'Accept: application/json' -H 'Connection: keep-alive' -H 'DNT: 1' -H 'Origin: http://localhost:5000' --data-binary '{"query":"# Write your query or mutation here\nquery test{\n  user{\n    age\n  }\n}\n"}' --compressed

2. 整个Request以json的格式发送到了服务端，服务端将Request反序列化为GraphQLRequest类型：

public class GraphQLRequest
{
    [JsonProperty("query")]
    public string Query { get; set; }
    
    [JsonProperty("variables")]
    public JObject Variables { get; set; }
    
    [JsonProperty("operationName")]
    public string OperationName { get; set; }
    
    public Inputs GetInputs()
    {
      return GraphQLRequest.GetInputs(this.Variables);
    }
}

针对上面的例子，实际上只有string Query属性被反序列化为”"# Write your query or mutation here\nquery test{\n user{\n age\n }\n}\n"“

3.服务端解析Query，解析Query的过程是一个语法分析的过程，通过Paser将Query解析为AST:

    var source = new Source(body);
    var result = _parser.Parse(source);

Parse后的结果是一个Document类:

 public class Document : AbstractNode
{
    public string OriginalQuery { get; set; }
    public Operations Operations { get; }
    public Fragments Fragments { get; }
}

本例的Query将会被解析为一个Operations，一个Operations将包含若干个有层次结构的Operation，解析Query的目的是为了知道客户端要查询user.Age这个属性。

4.有了一个Parse后的Document，接下来的工作将有DocumentExecuter来完成，DocumentExecuter定义了整个调用服务端资源的流程：

public async Task<ExecutionResult> ExecuteAsync(ExecutionOptions options)
{
    //1. 打印开始时间
    //2. Parse Document
    //3. 验证Document是否是一个合法的GrapQL语法请求
    //4. 在流程的各个阶段执行Listener，用于在不同的时机切入代码，类似于ASP.NET Core中的Filter
    //5. 选择合适的执行策略
    //6. 执行服务端资源
    //7. 输出Response
}

以上就是GraphQL在.NET Core中的实现原理分析，下一篇将通过一个hello world级别的例子演示如何让你的ASP.NET应用程序支持GraphQL.