REST APIとGraphQL：APIの監視と開発における重要な考慮事項

アプリケーションプログラミングインターフェース（API）は、マイクロサービスとサードパーティのWebサービスが相互依存的に連携する分散アプリケーションにおいて、ますます中心的な役割を担っています。リアルタイムデータ処理があらゆる業界で主流となるにつれ、APIのパフォーマンスとユーザビリティは顧客満足度にとってますます重要になっています。REST APIとGraphQLは、利用可能なAPIの種類の中でも特に有力な候補です。それぞれに長所と短所があり、異なる開発者グループ、企業、ユースケースにとって魅力的なものとなっています。 

この記事では、REST APIとGraphQLの主な相違点と類似点を探ります。また、これら2つの技術の違いに基づいた機能、アーキテクチャ、推奨事項についても考察します。

REST APIとGraphQLの違いの概要

REST APIとは何ですか？

REST API は、クライアントが GET、POST、PUT、Delete などの標準的な HTTP メソッドを使用してサーバーと通信するために、標準的な HTTP メソッドを活用する Web API の一種です。具体的な例として、以下に架空の REST API エンドポイントへの単純な GET リクエストと、それに対するレスポンスを示します。この例では、API はエンドポイント /users/{id} を使用します。ここで、{id} は特定のユーザーの識別子です。

GET /users/123 HTTP/1.1
Host: api.example.com
Authorization: Bearer your_token

IDが123のユーザーに対するREST API GETリクエスト。このリクエストに対する典型的なレスポンスは次の例のようになります。

HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: application/json

{
    "id": 123,
    "name": "John Doe",
    "email": "[email protected]",
    "role": "Administrator"
}

上記のレスポンスにおいて、ステータスコード200 OKはリクエストが成功したことを示しています。レスポンスボディには、ユーザーID、名前、メールアドレス、役割などのデータがJSON形式で含まれています。 

GraphQL APIとは何ですか？

GraphQLは、API向けのクエリ言語およびランタイムです。その最大の強みは、クライアントがサーバーからデータに対して的を絞ったリクエストを行えるようにすると同時に、効率的かつ柔軟なデータ取得を可能にする点にあります。GraphQLは主にPOSTメソッドを使用しますが、場合によってはGETメソッドも使用します。GraphQLの柔軟性と効率性を示すために、典型的なGraphQLクエリとそのレスポンスを見てみましょう。

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

GraphQL APIクエリは、IDが123のユーザーに対して、特定のフィールド（id、name、email、role）を要求します。典型的なレスポンスは次の例のようになります。

{
  "data": {
    "user": {
      "id": "123",
      "name": "John Doe",
      "email": "[email protected]",
      "role": "Administrator"
    }
  }
}

このGraphQL APIレスポンスは、IDが123のユーザーに対するレスポンスの特定フィールド（id、name、email、role）を示しています。リクエストされたユーザーの詳細情報を含むデータオブジェクトを確認できます。この例は、GraphQLがクライアントによる特定データフィールドのリクエストを可能にし、より小さく効率的なレスポンスを実現する方法を示しています。

REST APIとGraphQL：重要な考慮事項

REST APIは、シンプルさ、効率性、拡張性を念頭に置いて設計されています。REST APIの基本原則は、統一されたインターフェース、ステートレス性、キャッシュ可能性です。初心者から経験豊富な開発者まで、その分かりやすい設計、標準的なHTTPメソッド、ステータスコードを用いることで、RESTを迅速に習得できます。

一方、GraphQLはREST APIとは全く異なる設計を採用しています。GraphQLの厳密に型付けされたスキーマは、クライアントに利用可能なデータ操作の概要を読みやすく理解しやすい形で提供します。REST APIとGraphQLにはそれぞれ独自の長所と短所があります。以下では、その重要な違いについていくつか説明します。

拡張性

GraphQLは宣言的な性質を持ち、それがスケーラビリティに大きく貢献しています。クライアントは正確なデータ要求を行うことができ、リソースを最適化しながらデータの過剰取得を抑制します。さらに、1つのクエリで複数のリソースに対してGraphQLリクエストを行うことができます。これによりネットワークリクエストの数が減り、パフォーマンスの向上にもつながります。GraphQLのこれらの機能により、水平方向と垂直方向の両方で優れたスケーリングが可能になります。また、アプリケーションのスケーラビリティは、アーキテクチャ、要件、使用パターンなどの要因によっても影響を受ける可能性があります。これらの要因は、GraphQLを使用した水平スケーリングと垂直スケーリングのどちらがより効果的かを判断する上で重要な役割を果たします。

対照的に、REST APIはステートレスで疎結合です。クライアントとサーバーは互いの状態情報を保持する必要がないため、独立して通信できます。REST APIのステートレスで疎結合な性質により、クラスタにサーバーを追加することで効率的に水平方向に拡張できます。

柔軟性

REST APIは、幅広い種類のデータを取得し、様々な機能を実装できるため、柔軟性に優れています。また、REST APIは疎結合であるため、アップグレードも容易です。しかし、REST APIは通常、一連のエンドポイントで定義されており、クライアントは要求されたデータに対してどのエンドポイントを使用すべきかを把握しておく必要があります。これは、データ要件が絶えず変化するような動的な環境では、制約となる可能性があります。

GraphQLは、データのリクエストに関してREST APIよりも柔軟性に優れています。GraphQLでは、クライアントはフィールド、引数、フラグメントなど、さまざまな方法でデータをリクエストできます。そのため、GraphQLはより動的なデータニーズを持つ環境に最適です。

ユースケース

REST APIとGraphQLは設計が異なるため、それぞれ適したアプリケーションの種類が異なります。REST APIは、静的データを取得する必要のあるアプリケーションや、データ要件が頻繁に変更されないシンプルなアプリケーションに適しています。GraphQLは、動的データを取得する必要のあるアプリケーションや、データ要件が頻繁に変更されるアプリケーションに適しています。例：

• 静的データ: REST APIは、頻繁に更新されないデータベースから製品リストを取得する必要があるアプリケーションに適しています。例えば、家庭用品を販売し、年に一度しか製品を更新しない季節限定のホリデー企業などが挙げられます。
• 動的データ: GraphQL APIは、より動的なデータを扱う場合に最適な選択肢となるでしょう。例えば、リアルタイムの位置情報に基づいてユーザーに道順を提供するGPSナビゲーションアプリなどが挙げられます。
• シンプルなデータ要件： REST APIは、日々のToDoリストのような、データ要件がシンプルなアプリケーションに適しています。
• 複雑なデータ要件： GraphQL APIは、ライブストリーミング、プロフィール情報、いいね、コメント、GPS情報、プラットフォーム上でのユーザーのインタラクションに基づいて製品を推奨するための製品情報など、多種多様な複雑なデータソースをサポートするソーシャルメディアアプリケーションなど、より複雑なデータ要件に適した選択肢となるでしょう。

REST APIとGraphQL：実装の違い

REST APIとGraphQL APIを実装する際に考慮すべき相違点を以下に示します。

エラー処理

REST APIとGraphQLは、エラー処理のアプローチも異なります。エラー処理はREST APIの大きな強みの一つです。REST APIは、デバッグやトラブルシューティングに非常に役立つ具体的なエラー情報を提供します。REST APIのエラーレスポンスの例を以下に挙げます。

{
  "status": 404,
  "error": "Not Found",
  "message": "User with the ID 3 not found."
}

このREST APIエラー応答では、要求されたリソース（IDが3のユーザー）がサーバー上に見つからなかったことがエラーメッセージで示されており、その結果404「Not Found」応答が返されました。 

一方、GraphQL APIのエラーメッセージはそれほど具体的ではありません。問題の根本原因を理解するには、より詳細な調査が必要です。しかし、GraphQL APIのエラーは予測可能で一貫性のある構造を返すため、デバッグやトラブルシューティングに役立ちます。

{
  "errors": [
    {
      "message": "Name for the user with ID 1002 could not be fetched.",
      "locations": [{ "line": 6, "column": 7 }],
      "path": ["user", "family", 1, "name"]
    }
  ],
  "data": {
    "user": {
      "name": "R2-D2",
      "family": [null, {"name": "Han John"}]
    }
  }
}

このGraphQL APIエラー応答では、エラーは、IDが1002のユーザーの名前をパス「user.family[1]」から6行目で取得できなかったことを示しています。

バージョン管理

REST API は、異なる API バージョンを表示するために URL を更新します。これは、REST API が定期的に、または大幅に変更される場合に問題となる可能性があります。REST API には、ヘッダーベースのバージョン管理、クエリ パラメータベースのバージョン管理、メディア タイプベースのバージョン管理など、バージョン管理を実装する他の方法もあります。REST API では、次の例のように、URL に異なるバージョンを示すことができます。

https://api.example.com/v1/users
https://api.example.com/v2/users

REST APIとは異なり、GraphQLは従来のスキーマバージョン管理に依存しません。例えば「User」型など、型全体を削除する必要が生じた場合、GraphQLとREST APIでは異なるアプローチが取られます。GraphQLは段階的な非推奨化プロセスを採用しており、フィールドを非推奨としてマークすることで、クライアントに即座に混乱を招くことなく移行を促します。イントロスペクション機能により、クライアントは進化するスキーマに基づいてクエリを動的に調整できますが、サーバーチームとクライアントチーム間の連携が不可欠です。

さらに、GraphQLの柔軟性により、バージョン管理されたエンドポイントを使用せずに新しい型や変更を導入できるため、移行管理が効率化されます。一方、従来のREST APIはバージョン管理されたエンドポイントに依存することが多く、URIに明示的なバージョン指定が必要です。RESTでは型の削除によって即座にサービスが中断される可能性がありますが、GraphQLはより適応性が高く、段階的な廃止アプローチを採用しています。GraphQL APIのスキーマバージョン管理がどのように行われるかを理解するには、以下の例を参照してください。

// Version 1
type User {
  id: ID!
  name: String!
  email: String!
}
// Version 2
type User {
  id: ID!
  name: String!
  email: String!
  age: Int
}

このコードブロックでは、「User」タイプのGraphQLスキーマの2つのバージョンが示されています。「バージョン2」は、「バージョン1」と比較して「age」フィールドが追加されています。

REST APIとGraphQL：パフォーマンス比較

REST APIとGraphQLはそれぞれ、パフォーマンス面での強みを持っている。

GraphQLのデータ取得およびキャッシュメカニズムは、そのパフォーマンスを大幅に最適化します。クライアントは必要なデータのみを正確に要求するため、ペイロードサイズが削減され、応答時間が短縮されます。ユーザーデータを取得するためのGraphQLクエリの例を以下に示します。

query {
  user(id: "1") {
    name
    email
    posts(limit: 5) {
      title
      content
      comments(limit: 3) {
        text
        author {
          name
          email
        }
      }
    }
    friends {
      name
      email
      posts(limit: 2) {
        title
      }
    }
  }
}

上記のGraphQL APIクエリは、ソーシャルメディアのプロフィールからユーザー情報を取得する例を示しています。データは複数の場所に保存されています。取得されるデータには、名前、メールアドレス、コメント付きの最近の投稿、友人のデータ、および友人の最近の投稿が含まれます。ご覧のとおり、GraphQLはネストされたアプローチを採用しており、単一のクエリで複数の場所からデータを取得できます。

{
  "data": {
    "user": {
      "name": "John Doe",
      "email": "[email protected]",
      "posts": [
        {
          "title": "First Post",
          "content": "Check out my new dog Waffles. He had a blast at the park today.",
          "comments": [
            {
              "text": "Cute dogie!",
              "author": {
                "name": "Alice",
                "email": "[email protected]"
              }
            },
            {
              "text": "I look forward to meeting him when I visit you! I'm going to bring him some dog treats.",
              "author": {                "name": "Josh",
                "email": "[email protected]"
              }
            },
            {
              "text": "Looking forward to more.",
              "author": {
                "name": "Eve",
                "email": "[email protected]"
              }
            }
          ]
        },
        {
          "title": "Second Post",
          "content": "Does anyone know a good dog groomer? Waffles could use some grooming.",
          "comments": [
            {
              "text": "Pet Palace on 21st Street is great.",
              "author": {
                "name": "Charlie",
                "email": "[email protected]"
              }
            },
            {
              "text": "What kind of services are you looking to get?",
              "author": {
                "name": "Dave",
                "email": "[email protected]"
              }
            },
            {
              "text": "Furside Grooming is really good.",
              "author": {
                "name": "Frank",
                "email": "[email protected]"
              }
            }
          ]
        }
      ],
      "friends": [
        {
          "name": "Jane Smith",
          "email": "[email protected]",
          "posts": [
            {
              "title": "Vacation Photos",
              "content": "Sharing some beautiful vacation photos."
            },
            {
              "title": "Recipe of the Day",
              "content": "Here's a delicious recipe to try."
            }
          ]
        },
        {
          "name": "Mary Johnson",
          "email": "[email protected]",
          "posts": [
            {
              "title": "Book Recommendations",
              "content": "Some great books I've been reading lately."
            },
            {
              "title": "Gardening Tips",
              "content": "Tips for maintaining a healthy garden."
            }
          ]
        }
      ]
    }
  }
}

ユーザーオブジェクトに要求されたフィールド以上のデータが含まれていても、要求されたフィールドのみが返されます。このような効率的なクエリ処理は、GraphQLがアプリケーションレベルのきめ細かなキャッシュを活用してデータ取得を最適化していることによるものです。

REST APIにはパフォーマンス面での強みもあります。REST APIは、サーバーへのリクエスト数を削減するために、レスポンスベースのキャッシュやステートレスキャッシュをよく利用します。 

RESTにおけるオーバーフェッチとアンダーフェッチ

場合によっては、REST API は、データの過剰取得または不足取得により、パフォーマンス上の課題に直面する可能性があります。ユーザーデータを取得するための REST API クエリは次のようになります。GraphQL API と同じ情報を複数のソースから要求する場合、REST API は通常、さまざまな場所からデータを取得するために、異なるエンドポイントに対して複数の HTTP リクエストを使用する必要があります。

GET /users/1

これは、「api.example.com」エンドポイントからID「1」のユーザーデータを取得するためのGETリクエストです。レスポンスは以下のとおりです。

{
  "id": "1",
  "name": "John Doe",
  "email": "[email protected]",
  "address": "123 Main St",
  "phoneNumber": "123-456-7890"
}

この例では、GETリクエストに対するREST APIレスポンスとして、「id」が1の場合の「id」、「name」、「email」、「address」、「phoneNumber」の結果が表示されています。結果には、ユーザーの住所と電話番号といった不要な詳細情報が含まれています。このように追加で取得された項目は、オーバーフェッチの一例です。

一方、取得する必要のある追加機能があったにもかかわらず、それらが取得されなかった場合、それはアンダーフェッチ（取得不足）となります。追加情報は、追加のクエリを使用して取得する必要があります。追加クエリの1つを以下に示します。他のユーザーからのコメントやユーザーの友人など、残りの情報については、それぞれ個別にクエリを実行する必要があります。

GET /users/1/posts?limit=5

このクエリは、ユーザーの投稿に関する情報を取得します。

[
  {
    "id": "101",
    "title": "First Post",
    "content": "Check out my new dog Waffles. He had a blast at the park today."
  },
  {
    "id": "102",
    "title": "Second Post",
    "content": "Does anyone know a good dog groomer? Waffles could use some grooming."
  }
]

このレスポンスは、ユーザーコンテンツに関する投稿クエリの結果を示しています。

RESTのパフォーマンスに関する懸念事項の解決

以下の手法を適用することで、RESTのパフォーマンス問題を軽減できます。これらの手法はオーバーフェッチの問題を完全に解決するものではありませんが、懸念事項を緩和するのに役立ちます。 （注：オーバーフェッチやアンダーフェッチに対する最善かつ直接的な解決策は、APIの設計とアーキテクチャを慎重に検討することです。）

RESTにおける選択的フィールドクエリ

クエリパラメータを使用することで、レスポンスをカスタマイズできます。クライアントは必要な特定のフィールドのみを要求します。

課題：

• 利用可能なクエリパラメータをクライアントに案内するためには、慎重なAPI設計とより詳細なドキュメントが必要となる。
• APIの管理と保守がより困難になる可能性があります。

RESTにおけるレスポンスシェーピング

クエリパラメータやヘッダーを使用することで、返されるデータの形式を調整し、クライアントがレスポンスの構造を定義できるようにすることができます。

課題：

• また、クライアントが利用可能な応答整形オプションを理解できるよう、詳細なドキュメントも必要です。
• 動的応答構造の処理にさらなる複雑さをもたらす

キャッシュメカニズムを使用する

キャッシュメカニズムは、REST APIのパフォーマンスを向上させ、冗長なデータ取得を削減します。ただし、キャッシュされたデータにはクライアントのリクエストよりも多くの情報が含まれているため、過剰取得の問題を直接解決するものではありません。

クライアントが必要とするデータを指定します

これはGraphQL本来の強みであり、RESTでは回避策が必要となります。より詳細な指定は、個別のエンドポイントを追加することで実現できます。これにより、クライアントは必要なデータを正確に指定できるため、データの過剰取得を最小限に抑えることができます。
課題： 

特異性を高め、過剰取得を減らすというアプローチは、同時にAPI構造の複雑さを増大させ、管理をより困難にする可能性がある。

ページネーションをサポートするクライアントを使用する

これはプレゼンテーション層における大規模データセットの管理に非常に役立ち、よりスムーズなユーザーエクスペリエンスの実現に貢献します。

これはAPIレベルでのオーバーフェッチを直接解決するものではありませんが、大量のデータを処理したり、ユーザーエクスペリエンスを最適化したりする際に非常に役立ちます。

RESTおよびGraphQL APIを操作するためのツール

REST API は、ツール、統合、学習リソースの豊富なエコシステムを備えた成熟した設計パターンです。広く採用されているため、新規システムとレガシーシステムの両方との統合に最適な選択肢となっています。最近の調査によると、 Stack Overflowによる年次開発者調査エンジニアリングチームは一般的に、新製品の発売や既存製品の機能拡張にREST APIを好んで使用します。REST API開発でよく使われるツールには、Postman、Insomnia、Flask、RESTifyなどがあります。

一方、GraphQLは比較的新しい技術であり、近年になってようやく広く普及し始めました。統合、コミュニティ、リソースの面でも、現在も成長を続けています。GraphQL関連のリソースは、Discord、Telegram、Medium、そして様々なGitHubコミュニティなどで見つけることができます。GraphQL開発でよく使われるツールとしては、GraphQL Playground、Apollo Studio、GraphiQL、GraphQL Yogaなどがあります。 

GraphQLおよびREST APIの監視

REST APIとGraphQLの開発の両方において、適切な監視ツールを活用することは不可欠です。適切なツールは、API全体のパフォーマンスに関する貴重な洞察を提供し、APIとその経路上のコンポーネントの最適化を支援します。

API監視プラットフォームを評価する際には、以下の機能を提供するプラットフォームを探しましょう。

• キャッシュレイテンシ、キャッシュエラー、キャッシュ使用率、キャッシュヒット率など、包括的なメトリクス可視化により、APIの状態を完全に把握できます。
• 合成監視 ― トランザクションを事前にシミュレートし、エンドユーザーに影響が出る前に可用性やパフォーマンスの問題を検出します。
• エンドツーエンドのトレース - マイクロサービスやデータベースなどの自社が管理するサービスと、DNS、CDN、インターネットトランジットポイントなどのサードパーティの依存関係を含む、APIトランザクションパス全体に沿ってコンポーネントをトレースすることで、障害を迅速に特定し、平均解決時間を短縮します。
• OpenTelemetryとの互換性 ― 独自の技術への依存を回避する、APIメトリクスのトレース、ログ記録、監視のためのオープンでベンダーニュートラルなフレームワーク。
• すぐに使える統合機能 ― Jira、Slack、Splunkなどのツールとのネイティブ接続により、アラートを適切なチームに即座にルーティングできます。

こうした機能を備えたプラットフォームを利用することで、エンジニアはトランザクションパス全体にわたるボトルネックを特定し、アプリケーション全体のパフォーマンスを向上させ、トラブルシューティングのサイクルを短縮することができます。

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結論

APIは、急速に進化する今日のテクノロジー環境において不可欠であり、ソフトウェアシステムとサービス間の効率的かつスケーラブルな連携を可能にします。プロジェクトの成功には、適切なAPIテクノロジーとツールの選択が極めて重要です。REST APIとGraphQLのどちらを選択するかは、企業のニーズと具体的なプロジェクトを慎重に評価する必要があります。GraphQLは柔軟性と正確なデータ取得を実現する一方、REST APIはシンプルさとスケーラビリティに優れています。 

さまざまなAPIタイプの力を活用し、最適なパフォーマンスを実現する適切なツールを活用することで、プロジェクトの可能性を最大限に引き出しましょう。あなたとあなたのチームは、API開発の旅を続けていきます。

よくあるご質問