M

MLOG

العربية

استكشف نمط الحاجز، وهو نمط تصميم رئيسي لبناء أنظمة متسامحة مع الأخطاء ومرنة يمكنها تحمل الأعطال والحفاظ على التوفر. يتضمن أمثلة عملية.

التسامح مع الأخطاء: تطبيق نمط الحاجز لبناء أنظمة مرنة

في المشهد المتطور باستمرار لتطوير البرمجيات، يعتبر بناء أنظمة يمكنها التعامل مع الأعطال برشاقة أمرًا بالغ الأهمية. يعتبر نمط الحاجز نمط تصميم معماري حاسم لتحقيق ذلك. إنها تقنية قوية لعزل الأعطال داخل النظام، مما يمنع نقطة فشل واحدة من التدهور وإسقاط التطبيق بأكمله. ستتعمق هذه المقالة في نمط الحاجز، وتشرح مبادئه وفوائده واستراتيجيات التنفيذ والتطبيقات العملية. سنستكشف كيفية تنفيذ هذا النمط بشكل فعال لتعزيز مرونة وموثوقية برنامجك، وضمان التوفر المستمر للمستخدمين في جميع أنحاء العالم.

فهم أهمية التسامح مع الأخطاء

يشير التسامح مع الأخطاء إلى قدرة النظام على الاستمرار في العمل بشكل صحيح في وجود أعطال المكونات. في الأنظمة الموزعة الحديثة، تعتبر الأعطال أمرًا لا مفر منه. تعد انقطاعات الشبكة وأعطال الأجهزة وأخطاء البرامج غير المتوقعة من الأحداث الشائعة. يمكن أن يعاني النظام غير المصمم للتسامح مع الأخطاء من انقطاع كامل عند فشل أحد المكونات، مما يؤدي إلى اضطراب كبير وخسائر مالية كبيرة محتملة. بالنسبة للشركات العالمية، يمكن أن يترجم ذلك إلى خسارة في الإيرادات وتشويه السمعة وفقدان ثقة العملاء.

ضع في اعتبارك نظامًا عالميًا للتجارة الإلكترونية. إذا فشلت خدمة مهمة، مثل بوابة معالجة الدفع، فقد يصبح النظام بأكمله غير قابل للاستخدام، مما يمنع العملاء من إكمال المعاملات ويؤثر على المبيعات عبر بلدان ومناطق زمنية متعددة. وبالمثل، يمكن أن تتأثر الخدمة السحابية التي تقدم تخزينًا عالميًا للبيانات بشدة بفشل في مركز بيانات واحد. لذلك، فإن تنفيذ التسامح مع الأخطاء ليس مجرد أفضل الممارسات؛ إنه مطلب أساسي لبناء برامج قوية وموثوقة، خاصة في عالم اليوم المترابط والموزع عالميًا.

ما هو نمط الحاجز؟

يعزل نمط الحاجز، المستوحى من المقصورات (الحواجز) الموجودة في السفينة، أجزاء مختلفة من التطبيق في مقصورات أو تجمعات منفصلة. إذا فشلت إحدى المقصورات، فإنها لا تؤثر على المقصورات الأخرى. يمنع هذا العزل فشلًا واحدًا من إسقاط النظام بأكمله. تحتوي كل مقصورة على مواردها الخاصة، مثل سلاسل العمليات واتصالات الشبكة والذاكرة، مما يسمح لها بالعمل بشكل مستقل. يضمن هذا التقسيم احتواء الأعطال وعدم انتشارها في جميع أنحاء التطبيق.

المبادئ الأساسية لنمط الحاجز:

أنواع تنفيذ الحاجز

يمكن تنفيذ نمط الحاجز بعدة طرق، ولكل منها مزاياها وحالات استخدامها الخاصة. فيما يلي الأنواع الأكثر شيوعًا:

1. عزل مجمع سلاسل العمليات

هذا هو النوع الأكثر شيوعًا من تنفيذ الحاجز. يتم تخصيص مجمع سلاسل عمليات خاص لكل خدمة أو وظيفة داخل التطبيق. عند فشل إحدى الخدمات، سيتم حظر مجمع سلاسل العمليات المخصص لها، ولكن ستظل مجموعات سلاسل العمليات للخدمات الأخرى غير متأثرة. هذا يمنع الأعطال المتتالية. على سبيل المثال، قد تستخدم خدمة مسؤولة عن معالجة مصادقة المستخدم مجمع سلاسل عمليات خاص بها، منفصلاً عن مجمع سلاسل العمليات الذي يعالج طلبات المنتجات. إذا واجهت خدمة المصادقة مشكلة (مثل هجوم رفض الخدمة)، فستستمر خدمة معالجة الطلبات في العمل. يضمن ذلك بقاء الوظائف الأساسية متاحة.

مثال (تصوري): تخيل نظام حجز طيران. يمكن أن يكون هناك مجمع سلاسل عمليات منفصل لكل من:

إذا فشلت خدمة معالجة الدفع، فستستمر خدمات حجز الرحلات الجوية وأميال المسافر الدائم في العمل، مما يمنع توقف النظام بالكامل. هذا مهم بشكل خاص للعمليات العالمية حيث يتم توزيع المستخدمين عبر مناطق زمنية ومناطق جغرافية مختلفة.

2. عزل السيمفورا

يمكن استخدام السيمفورا للحد من عدد الطلبات المتزامنة لخدمة أو وظيفة معينة. وهذا مفيد بشكل خاص في إدارة التنازع على الموارد. على سبيل المثال، إذا كانت الخدمة تتفاعل مع قاعدة بيانات، فيمكن استخدام السيمفورا للحد من عدد اتصالات قاعدة البيانات المتزامنة، مما يمنع إرهاق قاعدة البيانات وعدم استجابتها. تسمح السيمفورا لعدد محدود من سلاسل العمليات بالوصول إلى المورد؛ يجب أن تنتظر أي سلاسل عمليات تتجاوز هذا الحد أو يتم التعامل معها وفقًا لقاطع الدائرة المحدد مسبقًا أو استراتيجية تجاوز الفشل.

مثال: ضع في اعتبارك تطبيقًا مصرفيًا دوليًا. يمكن للسيمفورا الحد من عدد الطلبات المتزامنة لنظام الكمبيوتر المركزي القديم المستخدم لمعالجة بيانات المعاملات. من خلال وضع حد على الاتصالات، يحمي التطبيق المصرفي من انقطاع الخدمة ويحافظ على اتفاقيات مستوى الخدمة (SLAs) للمستخدمين العالميين، بغض النظر عن مكان وجودهم. سيمنع الحد النظام القديم من الإرهاق بالاستعلامات.

3. عزل مثيل التطبيق

يتضمن هذا النهج نشر مثيلات مختلفة لتطبيق أو مكوناته لعزلها عن بعضها البعض. يمكن نشر كل مثيل على أجهزة منفصلة أو في أجهزة افتراضية منفصلة أو داخل حاويات منفصلة. إذا فشل أحد المثيلات، تستمر المثيلات الأخرى في العمل. يمكن استخدام موازنات التحميل لتوزيع حركة المرور بين المثيلات، مما يضمن حصول المثيلات السليمة على غالبية الطلبات. هذا ذو قيمة خاصة عند التعامل مع هندسة الخدمات المصغرة، حيث يمكن توسيع نطاق كل خدمة ونشرها بشكل مستقل. ضع في اعتبارك خدمة بث متعددة الجنسيات. يمكن تخصيص مثيلات مختلفة للتعامل مع توصيل المحتوى في مناطق مختلفة، لذلك لا تؤثر مشكلة في شبكة توصيل المحتوى (CDN) في آسيا على المستخدمين في أمريكا الشمالية أو أوروبا.

مثال: ضع في اعتبارك نظامًا أساسيًا عالميًا لوسائل التواصل الاجتماعي. قد يكون للنظام الأساسي مثيلات مختلفة لخدمة موجز الأخبار الخاصة به يتم نشرها في مناطق مختلفة، مثل أمريكا الشمالية وأوروبا وآسيا. إذا واجهت خدمة موجز الأخبار في آسيا مشكلة (ربما بسبب زيادة حركة المرور خلال حدث محلي)، فستظل خدمات موجز الأخبار في أمريكا الشمالية وأوروبا غير متأثرة. يمكن للمستخدمين في مناطق أخرى الاستمرار في الوصول إلى موجز الأخبار الخاص بهم دون انقطاع.

4. نمط قاطع الدائرة (كمكمل للحاجز)

غالبًا ما يتم استخدام نمط قاطع الدائرة بالاشتراك مع نمط الحاجز. يراقب قاطع الدائرة سلامة الخدمة. إذا فشلت الخدمة بشكل متكرر، فإن قاطع الدائرة "يتعطل"، مما يمنع المزيد من الطلبات من الوصول إلى الخدمة الفاشلة لفترة معينة (الحالة "المفتوحة"). خلال هذا الوقت، يتم استخدام إجراءات بديلة، مثل إرجاع البيانات المخزنة مؤقتًا أو تشغيل آلية احتياطية. بعد مهلة محددة مسبقًا، ينتقل قاطع الدائرة إلى الحالة "نصف مفتوحة"، حيث يسمح لعدد محدود من الطلبات باختبار ما إذا كانت الخدمة قد تعافت. إذا نجحت الطلبات، فسيتم إغلاق قاطع الدائرة، وتستأنف العمليات العادية. إذا لم يكن الأمر كذلك، فإنه يعود إلى الحالة "المفتوحة". يعمل قاطع الدائرة كطبقة حماية، مما يسمح للنظام بالبقاء متاحًا حتى عندما تكون التبعيات غير متاحة أو تواجه مشكلات. هذا جزء حيوي من التسامح مع الأخطاء في الأنظمة الموزعة، وخاصة تلك التي تتفاعل مع واجهات برمجة التطبيقات أو الخدمات الخارجية.

مثال: ضع في اعتبارك منصة تداول مالية تتفاعل مع العديد من موفري بيانات السوق. إذا كان أحد موفري بيانات السوق يعاني من مشكلات أو انقطاعات في الشبكة، فسيقوم قاطع الدائرة باكتشاف الأعطال المتكررة. ثم سيتوقف مؤقتًا عن إرسال الطلبات إلى الموفر الفاشل ويستخدم مصدر بيانات بديل أو بيانات مخزنة مؤقتًا بدلاً من ذلك. يمنع ذلك منصة التداول من عدم الاستجابة ويوفر للمستخدمين تجربة تداول متسقة، حتى أثناء حدوث فشل في البنية التحتية الأساسية. هذه ميزة مهمة لضمان استمرار العمليات في الأسواق المالية العالمية.

استراتيجيات التنفيذ

يتضمن تنفيذ نمط الحاجز تخطيطًا وتنفيذًا دقيقين. يعتمد النهج المحدد على بنية التطبيق الخاص بك ولغة البرمجة المستخدمة والمتطلبات المحددة لنظامك. فيما يلي بعض استراتيجيات التنفيذ العامة:

1. تحديد المكونات والتبعيات الهامة

الخطوة الأولى هي تحديد المكونات والتبعيات الهامة داخل التطبيق الخاص بك. هذه هي المكونات التي، إذا فشلت، سيكون لها التأثير الأكبر على نظامك. ثم قم بتقييم نقاط الفشل المحتملة وكيف يمكن أن تؤثر هذه الإخفاقات على أجزاء أخرى من النظام. سيساعدك هذا التحليل في تحديد المكونات التي سيتم عزلها بنمط الحاجز. حدد الخدمات المعرضة للأعطال أو التي تتطلب حماية من الاضطرابات الخارجية (مثل استدعاءات واجهة برمجة التطبيقات التابعة لجهات خارجية أو الوصول إلى قاعدة البيانات أو تبعيات الشبكة).

2. اختر تقنية العزل المناسبة

حدد تقنية العزل المناسبة بناءً على المخاطر المحددة وخصائص الأداء. على سبيل المثال، استخدم عزل مجمع سلاسل العمليات للمكونات المعرضة لعمليات الحظر أو استنفاد الموارد. استخدم عزل السيمفورا للحد من عدد الطلبات المتزامنة لخدمة ما. استخدم عزل المثيل للمكونات القابلة للتطوير والنشر بشكل مستقل. يعتمد الاختيار على حالة الاستخدام المحددة وبنية التطبيق.

3. تنفيذ تخصيص الموارد

قم بتخصيص موارد مخصصة لكل حاجز، مثل سلاسل العمليات واتصالات الشبكة والذاكرة. يضمن ذلك أن فشل أحد المكونات لا يحرم المكونات الأخرى من الموارد. ضع في اعتبارك مجموعات سلاسل العمليات ذات الأحجام المحددة وحدود الاتصال القصوى. تأكد من أن تخصيصات الموارد الخاصة بك كافية للتعامل مع حركة المرور العادية مع ترك مساحة لزيادة حركة المرور. يعد مراقبة استخدام الموارد داخل كل حاجز أمرًا ضروريًا للاكتشاف المبكر لاستنفاد الموارد.

4. دمج قواطع الدائرة وآليات التراجع

قم بدمج نمط قاطع الدائرة للكشف عن الأعطال والتعامل معها برشاقة. عند فشل إحدى الخدمات، يمكن أن تتعطل قاطع الدائرة وتمنع المزيد من الطلبات من الوصول إليها. قم بتنفيذ آليات احتياطية لتوفير استجابة بديلة أو وظائف متدهورة أثناء الأعطال. يمكن أن يشمل ذلك إرجاع البيانات المخزنة مؤقتًا أو عرض رسالة افتراضية أو توجيه المستخدم إلى خدمة بديلة. يمكن لاستراتيجية التراجع المصممة بعناية أن تعزز تجربة المستخدم بشكل كبير وتحافظ على توافر النظام أثناء الظروف المعاكسة.

5. تنفيذ المراقبة والتنبيه

قم بتنفيذ مراقبة وتنبيه شاملين لتتبع سلامة كل حاجز. راقب استخدام الموارد وأوقات استجابة الطلبات ومعدلات الخطأ. قم بإعداد تنبيهات لإعلامك عندما يظهر أي حاجز علامات الفشل أو تدهور الأداء. تسمح المراقبة بالكشف الاستباقي عن المشكلات. توفر أدوات ولوحات معلومات المراقبة رؤى قيمة حول سلامة وأداء كل حاجز، مما يسهل استكشاف الأخطاء وإصلاحها وتحسينها بسرعة. استخدم هذه الأدوات لمراقبة سلوك الحواجز الخاصة بك في ظل الظروف العادية والضغط.

6. الاختبار والتحقق من الصحة

اختبر التنفيذ بدقة في ظل سيناريوهات الفشل المختلفة. قم بمحاكاة الإخفاقات للتحقق من أن الحواجز تعمل بشكل صحيح وتمنع الإخفاقات المتتالية. قم بإجراء اختبارات التحميل لتحديد سعة كل حاجز والتأكد من أنه يمكنه التعامل مع حركة المرور المتوقعة. يجب أن يكون الاختبار الآلي، بما في ذلك اختبارات الوحدة والاختبارات التكاملية واختبارات الأداء، جزءًا من دورة التطوير المنتظمة.

أمثلة عملية

دعنا نوضح نمط الحاجز ببعض الأمثلة العملية:

المثال 1: خدمة الدفع في التجارة الإلكترونية

ضع في اعتبارك نظامًا عالميًا للتجارة الإلكترونية مع خدمة دفع. تتفاعل خدمة الدفع مع خدمات متعددة تالية، بما في ذلك:

لتنفيذ نمط الحاجز، يمكنك استخدام عزل مجمع سلاسل العمليات. سيكون لكل خدمة تالية مجمع سلاسل عمليات مخصص خاص بها. إذا أصبحت بوابة الدفع غير متاحة (على سبيل المثال، بسبب مشكلة في الشبكة)، فستتأثر وظيفة معالجة الدفع فقط. ستستمر الأجزاء الأخرى من خدمة الدفع، مثل المخزون والشحن، في العمل. ستتم إعادة محاولة وظيفة معالجة الدفع، أو سيتم تقديم طرق دفع بديلة للعملاء. سيتم استخدام قاطع الدائرة لإدارة التفاعل مع بوابة الدفع. إذا فشلت بوابة الدفع باستمرار، فسيتم فتح قاطع الدائرة، وستقوم خدمة الدفع إما بتعطيل معالجة الدفع مؤقتًا أو تقديم خيارات دفع بديلة، وبالتالي الحفاظ على توافر عملية الدفع.

المثال 2: هندسة الخدمات المصغرة في مجمع أخبار عالمي

يستخدم تطبيق مجمع أخبار عالمي بنية الخدمات المصغرة لتقديم الأخبار من مناطق مختلفة. يمكن أن تتضمن البنية خدمات لـ:

في هذه الحالة، يمكنك استخدام عزل المثيل. سيتم نشر كل خدمة موجز أخبار (على سبيل المثال، أمريكا الشمالية وأوروبا وآسيا) كمثيل منفصل، مما يسمح بالتوسع والنشر المستقلين. إذا واجهت خدمة موجز الأخبار في آسيا انقطاعًا أو زيادة في حركة المرور، فستظل خدمات موجز الأخبار الأخرى في أوروبا وأمريكا الشمالية غير متأثرة. ستقوم موازنات التحميل بتوزيع حركة المرور عبر المثيلات السليمة. علاوة على ذلك، يمكن لكل خدمة مصغرة استخدام عزل مجمع سلاسل العمليات لمنع الإخفاقات المتتالية داخل الخدمة نفسها. ستستخدم خدمة استيعاب المحتوى مجمع سلاسل عمليات منفصل. سيكون لخدمة التوصيات مجمع سلاسل عمليات منفصل خاص بها. تسمح هذه البنية بتوفر ومرونة عالية، خاصة خلال ساعات الذروة أو الأحداث الإقليمية، مما يسمح بتجربة سلسة للمستخدمين العالميين.

المثال 3: تطبيق استرجاع بيانات الطقس

تخيل تطبيقًا مصممًا لجلب بيانات الطقس من واجهات برمجة تطبيقات الطقس الخارجية المختلفة (مثل OpenWeatherMap و AccuWeather) لمواقع مختلفة حول العالم. يجب أن يظل التطبيق يعمل حتى إذا كانت واحدة أو أكثر من واجهات برمجة تطبيقات الطقس غير متوفرة.

لتطبيق نمط الحاجز، ضع في اعتبارك استخدام مجموعة من التقنيات:

على سبيل المثال، إذا كانت واجهة برمجة تطبيقات OpenWeatherMap معطلة، فسيتم فتح قاطع الدائرة. سيستخدم التطبيق بعد ذلك بيانات الطقس المخزنة مؤقتًا أو يعرض توقعات طقس عامة مع الاستمرار في جلب البيانات من واجهات برمجة التطبيقات العاملة الأخرى. سيرى المستخدمون معلومات من واجهات برمجة التطبيقات المتاحة هذه، مما يضمن مستوى أساسيًا من الخدمة في معظم الحالات. يضمن ذلك توفرًا عاليًا ويمنع التطبيق من أن يصبح غير مستجيب تمامًا بسبب واجهة برمجة تطبيقات واحدة فاشلة. هذا مهم بشكل خاص للمستخدمين العالميين الذين يعتمدون على معلومات دقيقة عن الطقس.

فوائد نمط الحاجز

يوفر نمط الحاجز العديد من الفوائد لبناء أنظمة مرنة وموثوقة:

التحديات والاعتبارات

في حين أن نمط الحاجز يوفر مزايا كبيرة، إلا أن هناك أيضًا بعض التحديات والاعتبارات التي يجب وضعها في الاعتبار:

الخلاصة: بناء أنظمة مرنة لعالم عالمي

يعد نمط الحاجز أداة أساسية لبناء أنظمة متسامحة مع الأخطاء ومرنة في عالم اليوم المعقد والمترابط. من خلال عزل الإخفاقات والتحكم في تخصيص الموارد وتنفيذ استراتيجيات التدهور الرشيقة، يساعد نمط الحاجز المؤسسات على بناء أنظمة يمكنها تحمل الإخفاقات والحفاظ على التوفر وتوفير تجربة مستخدم إيجابية، بغض النظر عن الموقع الجغرافي. مع تزايد اعتماد العالم على الخدمات الرقمية، فإن القدرة على بناء أنظمة مرنة أمر بالغ الأهمية للنجاح. من خلال فهم مبادئ نمط الحاجز وتنفيذه بفعالية، يمكن للمطورين إنشاء تطبيقات أكثر قوة وموثوقية ومتاحة عالميًا. تسلط الأمثلة المقدمة الضوء على التطبيق العملي لنمط الحاجز. ضع في اعتبارك الوصول العالمي وتأثير الإخفاقات على جميع تطبيقاتك. من خلال تنفيذ نمط الحاجز، يمكن لمؤسستك تقليل تأثير الإخفاقات وتحسين تجربة المستخدم وبناء سمعة طيبة للموثوقية. هذه لبنة أساسية لتصميم البرمجيات في عالم موزع. يعتبر نمط الحاجز، جنبًا إلى جنب مع أنماط المرونة الأخرى مثل قواطع الدائرة، مكونًا أساسيًا لتصميم أنظمة موثوقة وقابلة للتطوير ويمكن الوصول إليها عالميًا.