【ITニュース解説】Why GraphQL is Gaining Adoption

Web開発の初期において、APIは動的なアプリケーションを実現する重要な要素だったが、現代のアプリケーションが複雑化するにつれて、クライアントとサーバー間で必要なデータを迅速かつ効率的にやり取りすることが大きな課題となっていた。およそ20年前に登場したREST（Representational State Transfer）APIは、リソースを明確なエンドポイントに整理し、標準的なHTTPメソッドを使用することで、システム間の通信をシンプルにした。

REST APIはウェブサービスを構築するための広く受け入れられた規約であり、軽量で高速、かつ言語非依存という特徴を持つ。しかし、REST APIにも課題が存在した。その一つが「過剰取得（over-fetching）」と「不足取得（under-fetching）」である。過剰取得とは、クライアントが必要とする以上の情報を受け取ってしまう状況を指す。例えば、ユーザーのリストを取得するために/usersエンドポイントを呼び出した際、ユーザーの住所やメールアドレスなど、リクエストに含まれていない追加情報が返される場合がある。逆に不足取得とは、1回のAPI呼び出しでは必要なデータが不足し、結果としてさらに多くのAPI呼び出しが必要になるシナリオである。

また、REST APIはスキーマや型システムを持たないという欠点もあった。クライアント側はエンドポイントからどのような種類のデータが返されるかを事前に把握することが難しく、フロントエンドとバックエンドの間で何度も確認のやり取りが発生することが多かった。これは開発者にとって長年の悩みの種だったが、こうした問題を解決するためにGraphQLが登場した。

GraphQLとは、Facebookが2012年に内部的に開発し、2015年にオープンソース化したAPI向けの強力なクエリ言語である。RESTとは異なり、GraphQLはクライアントが必要とする特定のデータを正確にリクエストすることを可能にする。これは、まるでビュッフェで好きな料理を好きなだけ選ぶように、クライアント側がどのような情報が必要かを決定できるという考え方に基づいている。GraphQLもまた言語非依存であり、実装に使用するプログラミング言語に依存しない。

例えば、GraphQLサーバーからデータを取得する際には、以下のようなクエリを使用する。

Copy
1query GetPosts {
2  posts {
3    id
4    title
5    content
6  }
7}

このクエリでは、queryキーワードが読み取りリクエストであることを示し、GetPostsはクエリに与えられた名前である。postsは最上位のデータ（この場合は投稿リスト）を指定し、その中にid、title、contentといった、取得したい具体的なデータの種類を指定している。このクエリを実行すると、サーバーはリクエストされた通りの正確なデータのみを返す。

Copy
1{
2  "data": {
3    "posts": [
4      {
5        "id": "1",
6        "title": "Getting Started with GraphQL",
7        "content": "GraphQL is a query language for APIs and a runtime for executing those queries."
8      },
9      {
10        "id": "2",
11        "title": "Understanding Queries",
12        "content": "A query in GraphQL lets you ask for exactly the data you need."
13      }
14    ]
15  }
16}

このように、GraphQLは指定された命令以上のデータも以下のデータも返さず、正確に要求に応える点が大きな特徴である。

GraphQLを扱う上で頻繁に登場するいくつかの主要な構成要素がある。これらはスキーマと型、クエリとミューテーション、そしてリゾルバである。

スキーマと型は、GraphQL APIが提供できるすべての情報を格納するコンテナのようなものである。このコンテナ内にはフィールドが定義されており、各フィールドはデータの形を記述する型によって定義される。例えば、Post型にはid（ID型）、title（String型）、content（String型）といったフィールドがある。

クエリとミューテーションは、サーバーからデータを取得したり、データを変更したりするために使用される。クエリはデータを変更せず、スキーマが許可するデータのみを返す。一方、ミューテーションはREST APIにおける作成、更新、削除といった操作に相当し、データに変更を加えることを可能にする。例えば、type Query { posts: [Post] }はPostオブジェクトのリストを返すpostsというフィールドを持つクエリ型を定義する。また、type Mutation { language(id:ID): Language }は、id引数を受け取りLanguageオブジェクトを返すlanguageというフィールドを持つミューテーション型を定義する。

リゾルバは、クライアントから要求されたデータを取得するためのロジックを処理する上で重要な役割を果たす。各リゾルバ関数はGraphQLスキーマ内の特定のフィールドに対応し、そのフィールドのデータをどのように、どこから取得するかを決定する。例えば、Query型のpostsフィールドに対するリゾルバは、クライアントが投稿をクエリするたびに実行され、投稿オブジェクトの配列を返すといった実装になる。

GraphQLは多くの利点をもたらす。 まず、過剰取得と不足取得の問題を解決する。API利用者が本当に必要なデータだけを要求できるため、ペイロードサイズが削減され、アプリケーションの高速化にも繋がる。 次に、GraphQLは強く型付けされている。これは、API内のすべてのデータが明確に事前定義された型を持つことを意味し、クライアント側は返されるデータの型を正確に把握しやすくなるため、開発の効率が向上する。 さらに、GraphQLはサブスクリプションと呼ばれる機能を通じて、リアルタイムの更新も処理できる。これはクエリやミューテーションに似ているが、リアルタイムイベントをリッスンするために使用される。例えばチャットアプリケーションを構築する際に、クライアントはサブスクリプションを使って新しいメッセージや通知を瞬時に受け取ることが可能になる。

一方で、GraphQLにはいくつかの制限も存在する。 一つは最適化の難しさである。GraphQLがクライアントにデータの定義と整形に関する柔軟性を与えるため、キャッシュやクエリの最適化が困難になる場合がある。REST APIでは各エンドポイントの応答サイズが予測可能だが、GraphQLクエリは複雑さが大きく異なるため、最適化が難しくなる。 もう一つはN+1問題である。これは、サーバーが最初にアイテムのリストを取得するために1つのリクエストを行い、その後、そのリスト内の各アイテムに関連データを取得するために追加のリクエストを行う場合に発生する。例えば、投稿のリストとその各投稿の著者情報をクエリする場合、サーバーはまずすべての投稿を取得するためのクエリを1回実行し、次に各投稿の著者を取得するために、投稿の数だけさらにクエリを実行する可能性がある。投稿数が増えるにつれてデータベース呼び出しの数が増大し、最適化されていないと深刻なパフォーマンス問題に繋がりかねない。

結論として、GraphQLは過剰取得、不足取得、柔軟性のないエンドポイントといった長年の問題を解決することで、開発者がAPIを構築し利用する方法を変革した。現代のアプリケーションは、より高速なパフォーマンスと優れた開発者体験を要求しており、GraphQLはその要求に応える。その普及は、マイクロサービスへの移行、効率的なデータフェッチングを必要とするフロントエンドフレームワークの成長、ウェブおよびモバイルアプリにおけるリアルタイム機能への推進といった、より広範な業界トレンドにも関連している。REST APIは依然として最も広く使用されているが、Netflix、GitHub、Shopifyなどの多くの大手テクノロジー企業がGraphQLを採用しており、現代のAPI設計におけるその関連性と影響力は増している。