نمط ساغا: دليل لتنسيق المعاملات الموزعة

في عالم هندسة البرمجيات الحديثة، وخاصة مع صعود الخدمات المصغرة، أصبحت إدارة اتساق البيانات عبر خدمات متعددة تحديًا كبيرًا. غالبًا ما تفشل معاملات ACID التقليدية (الذرية، الاتساق، العزل، المتانة)، التي تعمل بشكل جيد ضمن قاعدة بيانات واحدة، في البيئات الموزعة. يبرز نمط ساغا كحل قوي لتنسيق المعاملات عبر خدمات متعددة مع ضمان اتساق البيانات والمرونة.

ما هو نمط ساغا؟

نمط ساغا هو نمط تصميم يساعد في إدارة المعاملات الموزعة في بنية الخدمات المصغرة. بدلاً من الاعتماد على معاملة ACID واحدة كبيرة، يقوم نمط ساغا بتقسيم معاملة العمل إلى تسلسل من المعاملات المحلية الأصغر. تقوم كل معاملة محلية بتحديث البيانات داخل خدمة واحدة ثم تشغل المعاملة التالية في التسلسل. إذا فشلت إحدى المعاملات المحلية، يقوم نمط ساغا بتنفيذ سلسلة من المعاملات التعويضية لإلغاء آثار المعاملات السابقة، مما يضمن اتساق البيانات عبر النظام.

فكر في الأمر كسلسلة من أحجار الدومينو. يمثل كل حجر دومينو معاملة محلية داخل خدمة مصغرة محددة. عندما يسقط حجر دومينو (تكتمل المعاملة)، فإنه يشغل التالي. إذا لم يسقط حجر دومينو (فشلت المعاملة)، فأنت بحاجة إلى إعادة رفع أحجار الدومينو التي سقطت بالفعل بعناية (المعاملات التعويضية).

لماذا نستخدم نمط ساغا؟

إليك سبب أهمية نمط ساغا لبنى الخدمات المصغرة:

• المعاملات الموزعة: يسمح لك بإدارة المعاملات التي تمتد عبر خدمات متعددة دون الاعتماد على بروتوكولات الالتزام ثنائي المرحلة الموزعة (2PC)، والتي يمكن أن تكون معقدة وتؤدي إلى اختناقات في الأداء.
• الاتساق النهائي: إنه يمكّن الاتساق النهائي عبر الخدمات. قد لا تكون البيانات متسقة فورًا عبر جميع الخدمات، ولكنها ستصل في النهاية إلى حالة متسقة.
• تحمل الأخطاء: من خلال تطبيق المعاملات التعويضية، يعزز نمط ساغا تحمل الأخطاء. إذا فشلت خدمة ما، يمكن للنظام التعافي بسلاسة عن طريق إلغاء التغييرات التي أجرتها المعاملات السابقة.
• فصل المكونات: إنه يعزز الفصل المرن بين الخدمات. كل خدمة مسؤولة عن معاملتها المحلية الخاصة، مما يقلل من التبعيات بين الخدمات.
• قابلية التوسع: إنه يدعم قابلية التوسع من خلال السماح لكل خدمة بالتوسع بشكل مستقل.

أنواع أنماط ساغا

هناك طريقتان أساسيتان لتنفيذ نمط ساغا:

1. نمط ساغا القائم على الرقصة (Choreography)

في نمط ساغا القائم على الرقصة، تستمع كل خدمة للأحداث المنشورة بواسطة الخدمات الأخرى وتقرر ما إذا كانت ستتخذ إجراءً بناءً على تلك الأحداث. لا يوجد منسق مركزي يدير ساغا. بدلاً من ذلك، تشارك كل خدمة في ساغا من خلال التفاعل مع الأحداث ونشر أحداث جديدة.

كيف يعمل:

1. تبدأ الخدمة البادئة ساغا عن طريق تنفيذ معاملتها المحلية ونشر حدث.
2. تشترك الخدمات الأخرى في هذا الحدث، وعند استلامه، تنفذ معاملاتها المحلية وتنشر أحداثًا جديدة.
3. إذا فشلت أي معاملة، تنشر الخدمة المقابلة حدثًا تعويضيًا.
4. تستمع الخدمات الأخرى للأحداث التعويضية وتنفذ معاملاتها التعويضية لإلغاء إجراءاتها السابقة.

مثال:

لنفكر في عملية إنجاز طلب التجارة الإلكترونية التي تتضمن ثلاث خدمات: خدمة الطلبات، خدمة الدفع، وخدمة المخزون.

1. خدمة الطلبات: تتلقى طلبًا جديدًا وتنشر حدث `OrderCreated`.
2. خدمة الدفع: تشترك في `OrderCreated`، تعالج الدفع، وتنشر حدث `PaymentProcessed`.
3. خدمة المخزون: تشترك في `PaymentProcessed`، تحجز المخزون، وتنشر حدث `InventoryReserved`.
4. إذا فشلت خدمة المخزون في حجز المخزون، فإنها تنشر حدث `InventoryReservationFailed`.
5. خدمة الدفع: تشترك في `InventoryReservationFailed`، تسترد الدفع، وتنشر حدث `PaymentRefunded`.
6. خدمة الطلبات: تشترك في `PaymentRefunded` وتلغي الطلب.

المزايا:

• البساطة: سهلة التنفيذ لنمط ساغا البسيطة مع عدد قليل من المشاركين.
• الفصل المرن: الخدمات مفصولة بشكل مرن ويمكن أن تتطور بشكل مستقل.

العيوب:

• التعقيد: يصبح من الصعب إدارتها لنمط ساغا المعقدة مع العديد من المشاركين.
• التتبع: من الصعب تتبع تقدم نمط ساغا وتصحيح الأخطاء.
• التبعيات الدورية: يمكن أن تؤدي إلى تبعيات دورية بين الخدمات.

2. نمط ساغا القائم على الأوركسترا (Orchestration)

في نمط ساغا القائم على الأوركسترا، تدير خدمة منسق مركزي تنفيذ ساغا. يخبر خدمة المنسق كل خدمة متى تقوم بتنفيذ معاملتها المحلية ومتى تنفذ المعاملات التعويضية إذا لزم الأمر.

كيف يعمل:

1. تتلقى خدمة المنسق طلبًا لبدء ساغا.
2. ترسل أوامر إلى كل خدمة لتنفيذ معاملتها المحلية.
3. يراقب المنسق نتيجة كل معاملة.
4. إذا نجحت جميع المعاملات، تكتمل ساغا.
5. إذا فشلت أي معاملة، يرسل المنسق أوامر تعويضية إلى الخدمات المناسبة لإلغاء آثار المعاملات السابقة.

مثال:

باستخدام نفس عملية إنجاز طلب التجارة الإلكترونية، ستقوم خدمة منسق (منسق ساغا) بتنسيق الخطوات:

1. منسق ساغا: يتلقى طلب طلب جديد.
2. منسق ساغا: يرسل أمر `ProcessOrder` إلى خدمة الطلبات.
3. خدمة الطلبات: تعالج الطلب وتُخطر منسق ساغا بالنجاح أو الفشل.
4. منسق ساغا: يرسل أمر `ProcessPayment` إلى خدمة الدفع.
5. خدمة الدفع: تعالج الدفع وتُخطر منسق ساغا بالنجاح أو الفشل.
6. منسق ساغا: يرسل أمر `ReserveInventory` إلى خدمة المخزون.
7. خدمة المخزون: تحجز المخزون وتُخطر منسق ساغا بالنجاح أو الفشل.
8. إذا فشلت خدمة المخزون، فإنها تُخطر منسق ساغا.
9. منسق ساغا: يرسل أمر `RefundPayment` إلى خدمة الدفع.
10. خدمة الدفع: تسترد الدفع وتُخطر منسق ساغا.
11. منسق ساغا: يرسل أمر `CancelOrder` إلى خدمة الطلبات.
12. خدمة الطلبات: تلغي الطلب وتُخطر منسق ساغا.

المزايا:

• الإدارة المركزية: أسهل في إدارة نمط ساغا المعقدة مع العديد من المشاركين.
• تحسين التتبع: أسهل في تتبع تقدم نمط ساغا وتصحيح الأخطاء.
• تقليل التبعيات: يقلل من التبعيات الدورية بين الخدمات.

العيوب:

• زيادة التعقيد: يتطلب خدمة منسق مركزي، مما يضيف تعقيدًا إلى البنية.
• نقطة فشل واحدة: يمكن أن تصبح خدمة المنسق نقطة فشل واحدة.

الاختيار بين الرقصة والأوركسترا

يعتمد الاختيار بين الرقصة والأوركسترا على تعقيد ساغا وعدد الخدمات المشاركة. إليك إرشادات عامة:

• الرقصة: مناسبة لنمط ساغا البسيطة مع عدد قليل من المشاركين حيث تكون الخدمات مستقلة نسبيًا. جيدة لسيناريوهات مثل إنشاء حساب أساسي أو معاملات التجارة الإلكترونية البسيطة.
• الأوركسترا: مناسبة لنمط ساغا المعقدة مع عدد كبير من المشاركين أو عندما تحتاج إلى تحكم ووضوح مركزيين لتنفيذ ساغا. مثالية للمعاملات المالية المعقدة، إدارة سلسلة التوريد، أو أي عملية ذات تبعيات معقدة ومتطلبات التراجع.

تنفيذ نمط ساغا

يتطلب تنفيذ نمط ساغا تخطيطًا دقيقًا ومراعاة عدة عوامل.

1. تحديد خطوات ساغا

حدد المعاملات المحلية الفردية التي تشكل ساغا. لكل معاملة، حدد ما يلي:

• الخدمة: الخدمة المسؤولة عن تنفيذ المعاملة.
• الإجراء: الإجراء الذي ستقوم به المعاملة.
• البيانات: البيانات المطلوبة لتنفيذ المعاملة.
• الإجراء التعويضي: الإجراء الذي سيتم تنفيذه لإلغاء آثار المعاملة.

2. اختيار نهج التنفيذ

قرر ما إذا كنت ستستخدم الرقصة أو الأوركسترا. ضع في اعتبارك تعقيد ساغا والمقايضات بين التحكم المركزي والمسؤولية الموزعة.

3. تنفيذ المعاملات التعويضية

قم بتنفيذ المعاملات التعويضية لكل معاملة محلية. يجب أن تلغي المعاملات التعويضية آثار المعاملة الأصلية وتعيد النظام إلى حالة متسقة.

اعتبارات هامة للمعاملات التعويضية:

• التربّعية (Idempotency): يجب أن تكون المعاملات التعويضية متربعة، مما يعني أنه يمكن تنفيذها عدة مرات دون التسبب في آثار جانبية غير مقصودة. هذا أمر بالغ الأهمية لأنه قد يتم إعادة محاولة المعاملة التعويضية إذا فشلت في البداية.
• الذرية (Atomicity): من الناحية المثالية، يجب أن تكون المعاملة التعويضية ذرية. ومع ذلك، قد يكون تحقيق الذرية الحقيقية في بيئة موزعة أمرًا صعبًا. اسعَ للحصول على أفضل تقريب ممكن للذرية.
• المتانة (Durability): تأكد من أن المعاملات التعويضية متينة، مما يعني أن آثارها تستمر حتى إذا تعطلت الخدمة.

4. التعامل مع الفشل وإعادة المحاولة

نفذ آليات قوية للتعامل مع الأخطاء وإعادة المحاولة للتعامل مع الفشل بسلاسة. ضع في اعتبارك استخدام تقنيات مثل:

• الرجوع الأسي (Exponential Backoff): أعد محاولة المعاملات الفاشلة مع تأخيرات متزايدة لتجنب إرهاق النظام.
• قاطع الدائرة (Circuit Breaker): امنع الخدمة من استدعاء خدمة فاشلة بشكل متكرر لتجنب الفشل المتتالي.
• قائمة الرسائل الميتة (Dead Letter Queue): أرسل الرسائل الفاشلة إلى قائمة الرسائل الميتة لتحليلها وإعادة معالجتها لاحقًا.

5. ضمان التربّعية (Idempotency)

تأكد من أن جميع المعاملات المحلية والمعاملات التعويضية متربعة. هذا أمر بالغ الأهمية للتعامل مع إعادة المحاولات وضمان اتساق البيانات.

6. مراقبة وتتبع ساغا

نفذ المراقبة والتتبع لتتبع تقدم ساغا وتحديد المشكلات المحتملة. استخدم أدوات التتبع الموزع لربط الأحداث عبر خدمات متعددة.

تقنيات تنفيذ نمط ساغا

يمكن لعدة تقنيات المساعدة في تنفيذ نمط ساغا:

• قوائم الرسائل (RabbitMQ, Kafka): تسهل الاتصال غير المتزامن بين الخدمات، مما يتيح نمط ساغا المدفوع بالأحداث.
• تحديد المصدر بالحدث (Event Sourcing): استمرار حالة التطبيق كتسلسل من الأحداث، مما يوفر مسار تدقيق كاملاً ويتيح إعادة تشغيل الأحداث لأغراض الاسترداد.
• أُطر عمل تنسيق ساغا (Saga Orchestration Frameworks): توفر أُطر عمل مثل Apache Camel و Netflix Conductor و Temporal أدوات وتجريدات لبناء وإدارة ساغا.
• مديري معاملات قواعد البيانات (للمعاملات المحلية): تقدم قواعد البيانات العلائقية (مثل PostgreSQL، MySQL) وقواعد بيانات NoSQL مديري معاملات لضمان خصائص ACID ضمن خدمة واحدة.

تحديات استخدام نمط ساغا

بينما يقدم نمط ساغا فوائد كبيرة، فإنه يطرح أيضًا بعض التحديات:

• التعقيد: يمكن أن يكون تنفيذ نمط ساغا معقدًا، خاصة لعمليات الأعمال المعقدة.
• الاتساق النهائي: يتطلب التعامل مع الاتساق النهائي دراسة متأنية لظروف السباق المحتملة وتضارب البيانات.
• الاختبار: يمكن أن يكون اختبار ساغا تحديًا بسبب طبيعتها الموزعة والحاجة إلى محاكاة الفشل.
• تصحيح الأخطاء: يمكن أن يكون تصحيح أخطاء ساغا صعبًا، خاصة في تطبيقات الرقصة حيث لا يوجد منسق مركزي.
• التربّعية (Idempotency): ضمان تربّعية المعاملات والمعاملات التعويضية أمر بالغ الأهمية ولكنه قد يكون صعب التنفيذ.

أفضل الممارسات لتنفيذ نمط ساغا

للتخفيف من التحديات وضمان التنفيذ الناجح لنمط ساغا، ضع في اعتبارك أفضل الممارسات التالية:

• ابدأ صغيرًا: ابدأ بنمط ساغا بسيطة وزد التعقيد تدريجيًا كلما اكتسبت الخبرة.
• حدد حدودًا واضحة: حدد بوضوح حدود كل خدمة وتأكد من أن كل خدمة مسؤولة عن بياناتها الخاصة.
• استخدم أحداث المجال: استخدم أحداث المجال للتواصل بين الخدمات وتشغيل خطوات ساغا.
• نفذ المعاملات التعويضية بعناية: تأكد من أن المعاملات التعويضية متربعة وذرية ومتينة.
• راقب وتتبع ساغا: نفذ مراقبة وتتبعًا شاملين لتتبع تقدم ساغا وتحديد المشكلات المحتملة.
• تصميم للتعامل مع الفشل: صمم نظامك للتعامل مع الفشل بسلاسة وتأكد من أن النظام يمكنه التعافي من الفشل دون فقدان البيانات.
• وثق كل شيء: وثق بدقة تصميم ساغا وتطبيقها وإجراءات الاختبار.

أمثلة واقعية لنمط ساغا قيد التنفيذ

يُستخدم نمط ساغا في مختلف الصناعات لإدارة المعاملات الموزعة في عمليات الأعمال المعقدة. إليك بعض الأمثلة:

• التجارة الإلكترونية: إنجاز الطلبات، معالجة الدفع، إدارة المخزون، والشحن. على سبيل المثال، عندما يقدم العميل طلبًا، تدير ساغا عملية حجز المخزون، معالجة الدفع، وإنشاء شحنة. إذا فشلت أي خطوة (على سبيل المثال، مخزون غير كافٍ)، تقوم ساغا بالتعويض عن طريق تحرير المخزون المحجوز واسترداد الدفع. تستخدم علي بابا، عملاق التجارة الإلكترونية العالمي، أنماط ساغا على نطاق واسع في سوقها الواسع لضمان اتساق المعاملات عبر العديد من الخدمات المصغرة.
• الخدمات المالية: تحويل الأموال، طلبات القروض، ومعاملات بطاقات الائتمان. لنفكر في تحويل أموال عبر الحدود: يمكن لساغا تنسيق الخصم من حساب واحد، تحويل العملة، والإيداع في حساب آخر. إذا فشل تحويل العملة، فإن المعاملات التعويضية تعكس الخصم وتمنع التناقضات. تعتمد TransferWise (الآن Wise)، وهي شركة تكنولوجيا مالية متخصصة في التحويلات المالية الدولية، على أنماط ساغا لضمان موثوقية واتساق معاملاتها عبر أنظمة بنكية مختلفة عالميًا.
• الرعاية الصحية: تسجيل المرضى، جدولة المواعيد، وتحديثات السجلات الطبية. عندما يسجل مريض لموعد، يمكن لساغا إدارة عملية إنشاء سجل مريض جديد، جدولة الموعد، وإخطار مقدمي الرعاية الصحية المعنيين. إذا فشلت جدولة الموعد، فإن المعاملات التعويضية تزيل الموعد وتُخطر المريض.
• إدارة سلسلة التوريد: معالجة الطلبات، إدارة المستودعات، وجدولة التسليم. عندما يتم استلام طلب، يمكن لساغا إدارة حجز المخزون، وتعبئة العناصر، وجدولة التسليم، وإخطار العميل. إذا فشلت إحدى هذه الخطوات، يمكن استخدام إجراء تعويضي لإلغاء الطلب، وإعادة العناصر إلى المخزون، وإخطار العميل بالإلغاء.

الخلاصة

نمط ساغا هو أداة قيمة لإدارة المعاملات الموزعة في بنى الخدمات المصغرة. من خلال تقسيم معاملات الأعمال إلى تسلسل من المعاملات المحلية وتطبيق المعاملات التعويضية، يمكنك ضمان اتساق البيانات والمرونة في بيئة موزعة. بينما يطرح نمط ساغا بعض التحديات، فإن اتباع أفضل الممارسات واستخدام التقنيات المناسبة يمكن أن يساعدك على تنفيذه بنجاح وبناء تطبيقات قوية وقابلة للتوسع وتتحمل الأخطاء.

مع تزايد انتشار الخدمات المصغرة، سيستمر نمط ساغا في لعب دور حاسم في إدارة المعاملات الموزعة وضمان اتساق البيانات عبر الأنظمة المعقدة. يعد تبني نمط ساغا خطوة أساسية نحو بناء تطبيقات حديثة، مرنة، وقابلة للتوسع يمكنها تلبية متطلبات بيئة الأعمال اليوم.