نمط ساغا: تطبيق المعاملات الموزعة للخدمات المصغرة

في عالم الخدمات المصغرة، يمكن أن يمثل الحفاظ على اتساق البيانات عبر خدمات متعددة تحديًا كبيرًا. غالبًا ما تكون معاملات ACID التقليدية (الذرية، الاتساق، العزل، الدوام)، المستخدمة بشكل شائع في التطبيقات المتجانسة، غير مناسبة للبيئات الموزعة. وهنا يأتي دور نمط ساغا (Saga)، الذي يوفر حلاً قويًا لإدارة المعاملات الموزعة وضمان سلامة البيانات عبر الخدمات المصغرة.

ما هو نمط ساغا؟

نمط ساغا هو نمط تصميم يُستخدم لإدارة سلسلة من المعاملات المحلية عبر خدمات مصغرة متعددة. يوفر طريقة لتحقيق الاتساق النهائي (eventual consistency)، مما يعني أنه على الرغم من أن البيانات قد تكون غير متسقة مؤقتًا، إلا أنها ستصل في النهاية إلى حالة متسقة. بدلاً من الاعتماد على معاملة ذرية واحدة تمتد عبر خدمات متعددة، يقوم نمط ساغا بتقسيم المعاملة إلى سلسلة من المعاملات الأصغر والمستقلة، كل منها يتم تنفيذه بواسطة خدمة واحدة.

تقوم كل معاملة محلية داخل ساغا بتحديث قاعدة بيانات خدمة مصغرة واحدة. إذا فشلت إحدى المعاملات، تنفذ ساغا سلسلة من المعاملات التعويضية (compensating transactions) للتراجع عن التغييرات التي أجرتها المعاملات السابقة، مما يؤدي فعليًا إلى التراجع عن العملية بأكملها.

لماذا نستخدم نمط ساغا؟

هناك عدة عوامل تجعل نمط ساغا أداة قيمة لإدارة المعاملات في معماريات الخدمات المصغرة:

• فك الاقتران: تعزز أنماط ساغا الاقتران الضعيف بين الخدمات المصغرة، مما يسمح لها بالتطور بشكل مستقل دون التأثير على الخدمات الأخرى. هذه ميزة رئيسية في معماريات الخدمات المصغرة.
• قابلية التوسع: من خلال تجنب المعاملات الموزعة طويلة الأمد، تحسن أنماط ساغا قابلية التوسع والأداء. يمكن لكل خدمة مصغرة التعامل مع معاملاتها بشكل مستقل، مما يقلل من التنافس ويحسن الإنتاجية.
• المرونة: تم تصميم أنماط ساغا لتكون مرنة في مواجهة الإخفاقات. إذا فشلت معاملة ما، يمكن التراجع عن الساغا، مما يمنع عدم اتساق البيانات ويضمن بقاء النظام في حالة متسقة.
• المرونة: يوفر نمط ساغا المرونة في إدارة العمليات التجارية المعقدة التي تمتد عبر خدمات متعددة. يسمح لك بتحديد تسلسل المعاملات والإجراءات التعويضية التي يجب اتخاذها في حالة الفشل.

ACID مقابل BASE

يعد فهم الفرق بين ACID (الذرية، الاتساق، العزل، الدوام) و BASE (متوفر بشكل أساسي، حالة ناعمة، متسق في النهاية) أمرًا بالغ الأهمية عند تحديد ما إذا كنت ستستخدم نمط ساغا.

• ACID (الذرية، الاتساق، العزل، الدوام): تضمن معالجة المعاملات بشكل موثوق. تضمن الذرية إما نجاح جميع العمليات داخل المعاملة أو عدم نجاح أي منها. يضمن الاتساق أن المعاملة تحول قاعدة البيانات من حالة صالحة إلى أخرى. يضمن العزل عدم تداخل المعاملات المتزامنة مع بعضها البعض. يضمن الدوام أنه بمجرد الالتزام بالمعاملة، فإنها تظل كذلك حتى في حالة فشل النظام.
• BASE (متوفر بشكل أساسي، حالة ناعمة، متسق في النهاية): هذا نهج مختلف مصمم للأنظمة الموزعة. متوفر بشكل أساسي يعني أن النظام متاح في معظم الأوقات. الحالة الناعمة تعني أن حالة النظام قد تتغير بمرور الوقت، حتى بدون إدخال. متسق في النهاية يعني أن النظام سيصبح متسقًا في النهاية بمجرد توقفه عن تلقي المدخلات. يتوافق نمط ساغا مع مبادئ BASE.

استراتيجيتان رئيسيتان لتنفيذ نمط ساغا

هناك طريقتان أساسيتان لتنفيذ نمط ساغا: تصميم الرقصات (Choreography) والتنسيق (Orchestration).

1. ساغا القائمة على تصميم الرقصات

في ساغا القائمة على تصميم الرقصات، تشارك كل خدمة مصغرة في الساغا من خلال الاستماع إلى الأحداث التي تنشرها الخدمات المصغرة الأخرى والتفاعل وفقًا لذلك. لا يوجد منسق مركزي؛ كل خدمة تعرف مسؤولياتها ومتى يجب أن تنفذ إجراءاتها.

كيف تعمل:

1. تبدأ الساغا عندما تنشر خدمة مصغرة حدثًا يشير إلى بداية المعاملة.
2. تشترك الخدمات المصغرة الأخرى في هذا الحدث، وعند استلامه، تنفذ معاملتها المحلية.
3. بعد إكمال معاملتها، تنشر كل خدمة مصغرة حدثًا آخر يشير إلى نجاح أو فشل عمليتها.
4. تستمع الخدمات المصغرة الأخرى لهذه الأحداث وتتخذ الإجراءات المناسبة، إما بالانتقال إلى الخطوة التالية في الساغا أو بدء معاملات تعويضية في حالة حدوث خطأ.

مثال: تقديم طلب في التجارة الإلكترونية (تصميم الرقصات)

1. خدمة الطلبات: تستقبل طلبًا جديدًا وتنشر حدث `OrderCreated`.
2. خدمة المخزون: تشترك في `OrderCreated`. عند استلام الحدث، تتحقق من المخزون. إذا كان كافيًا، فإنها تحجز العناصر وتنشر `InventoryReserved`. إذا لم يكن كافيًا، فإنها تنشر `InventoryReservationFailed`.
3. خدمة الدفع: تشترك في `InventoryReserved`. عند استلام الحدث، تقوم بمعالجة الدفع. إذا نجحت، فإنها تنشر `PaymentProcessed`. إذا فشلت، فإنها تنشر `PaymentFailed`.
4. خدمة الشحن: تشترك في `PaymentProcessed`. عند استلام الحدث، تقوم بإعداد الشحنة وتنشر `ShipmentPrepared`.
5. خدمة الطلبات: تشترك في `ShipmentPrepared`. عند استلام الحدث، تحدد الطلب على أنه مكتمل.
6. التعويض: إذا تم نشر `PaymentFailed` أو `InventoryReservationFailed`، تستمع الخدمات الأخرى وتنفذ معاملات تعويضية (مثل تحرير المخزون المحجوز).

إيجابيات تصميم الرقصات:

• البساطة: أسهل في التنفيذ لسير العمل البسيط.
• اللامركزية: تعزز الاقتران الضعيف والتطور المستقل للخدمات المصغرة.

سلبيات تصميم الرقصات:

• التعقيد: يمكن أن تصبح إدارتها معقدة مع زيادة عدد المشاركين في الساغا.
• الرؤية: من الصعب تتبع التقدم العام وحالة الساغا.
• الاقتران: على الرغم من تعزيز الاقتران الضعيف، لا تزال الخدمات بحاجة إلى أن تكون على دراية بالأحداث التي تنشرها الخدمات الأخرى.

2. ساغا القائمة على التنسيق

في ساغا القائمة على التنسيق، يدير منسق مركزي (غالبًا ما يتم تنفيذه كخدمة مخصصة أو آلة حالة) الساغا وينسق تنفيذ المعاملات المحلية بواسطة الخدمات المصغرة المشاركة. يخبر المنسق كل خدمة بما يجب القيام به ومتى.

كيف تعمل:

1. تبدأ الساغا عندما يطلب العميل من المنسق بدء المعاملة.
2. يرسل المنسق أوامر إلى الخدمات المصغرة المشاركة لتنفيذ معاملاتها المحلية.
3. تنفذ كل خدمة مصغرة معاملتها وتخطر المنسق بالنجاح أو الفشل.
4. بناءً على النتيجة، يقرر المنسق ما إذا كان سيواصل إلى الخطوة التالية أو سيبدأ معاملات تعويضية.

مثال: تقديم طلب في التجارة الإلكترونية (التنسيق)

1. منسق الطلبات: يستقبل طلبًا جديدًا.
2. منسق الطلبات: يرسل أمرًا إلى خدمة المخزون لحجز العناصر.
3. خدمة المخزون: تحجز العناصر وتخطر منسق الطلبات.
4. منسق الطلبات: يرسل أمرًا إلى خدمة الدفع لمعالجة الدفع.
5. خدمة الدفع: تعالج الدفع وتخطر منسق الطلبات.
6. منسق الطلبات: يرسل أمرًا إلى خدمة الشحن لإعداد الشحنة.
7. خدمة الشحن: تعد الشحنة وتخطر منسق الطلبات.
8. منسق الطلبات: يحدد الطلب على أنه مكتمل.
9. التعويض: إذا فشلت أي خطوة، يرسل منسق الطلبات أوامر تعويضية إلى الخدمات ذات الصلة (مثل تحرير المخزون المحجوز).

إيجابيات التنسيق:

• التحكم المركزي: أسهل في إدارة ومراقبة الساغا من نقطة مركزية.
• رؤية محسنة: يوفر المنسق رؤية واضحة للتقدم العام وحالة الساغا.
• تقليل الاقتران: تحتاج الخدمات المصغرة فقط إلى التواصل مع المنسق، مما يقلل من التبعيات المباشرة بينها.

سلبيات التنسيق:

• التعقيد: يمكن أن يكون تنفيذه أكثر تعقيدًا في البداية، خاصة بالنسبة لسير العمل البسيط.
• نقطة فشل واحدة: يمكن أن يصبح المنسق نقطة فشل واحدة، على الرغم من أنه يمكن التخفيف من ذلك من خلال تدابير التكرار وتحمل الأخطاء.

تنفيذ المعاملات التعويضية

جانب حاسم من نمط ساغا هو تنفيذ المعاملات التعويضية. يتم تنفيذ هذه المعاملات للتراجع عن آثار المعاملات المكتملة سابقًا في حالة الفشل. الهدف هو إعادة النظام إلى حالة متسقة، حتى لو لم يكن من الممكن إكمال الساغا بأكملها.

اعتبارات رئيسية للمعاملات التعويضية:

• عدمية التأثر (Idempotency): يجب أن تكون المعاملات التعويضية ذات طابع "عدمي التأثر"، مما يعني أنه يمكن تنفيذها عدة مرات دون تغيير النتيجة. هذا مهم لأن الفشل يمكن أن يحدث في أي وقت، وقد تتم إعادة محاولة المعاملة التعويضية.
• التعامل مع الإخفاقات: يمكن أن تفشل المعاملات التعويضية أيضًا. يجب أن يكون لديك استراتيجية للتعامل مع الإخفاقات في المعاملات التعويضية، مثل إعادة المحاولة، وتسجيل الأخطاء، وتنبيه المسؤولين.
• اتساق البيانات: يجب أن تضمن المعاملات التعويضية بقاء البيانات متسقة. قد يشمل ذلك استعادة البيانات إلى حالتها السابقة، أو حذف البيانات التي تم إنشاؤها حديثًا، أو تحديث البيانات لتعكس إلغاء المعاملة.

أمثلة على المعاملات التعويضية:

• خدمة المخزون: إذا قامت خدمة المخزون بحجز عناصر ولكن الدفع فشل، فإن المعاملة التعويضية ستكون تحرير العناصر المحجوزة.
• خدمة الدفع: إذا قامت خدمة الدفع بمعالجة دفعة ولكن الشحن فشل، فقد تتضمن المعاملة التعويضية إصدار استرداد.

التحديات والاعتبارات

على الرغم من أن نمط ساغا يقدم مزايا كبيرة، إلا أنه يطرح أيضًا بعض التحديات والاعتبارات:

• التعقيد: يمكن أن يكون تنفيذ نمط ساغا معقدًا، خاصة بالنسبة للعمليات التجارية المعقدة. التخطيط والتصميم الدقيقان ضروريان.
• الاتساق النهائي: يوفر نمط ساغا الاتساق النهائي، مما يعني أن البيانات قد تكون غير متسقة مؤقتًا. يمكن أن يكون هذا مصدر قلق للتطبيقات التي تتطلب ضمانات اتساق قوية.
• الاختبار: يمكن أن يكون اختبار أنماط ساغا صعبًا بسبب طبيعتها الموزعة واحتمال حدوث إخفاقات في نقاط مختلفة.
• المراقبة: تعد مراقبة تقدم وحالة أنماط ساغا أمرًا حاسمًا لتحديد المشكلات وحلها. يجب أن يكون لديك أدوات وعمليات مراقبة مناسبة.
• عدمية التأثر: يعد ضمان أن تكون المعاملات والمعاملات التعويضية "عدمية التأثر" أمرًا بالغ الأهمية لمنع عدم اتساق البيانات.
• العزل: نظرًا لأن أنماط ساغا تتضمن معاملات محلية متعددة، يمكن أن يكون العزل مصدر قلق. قد تكون هناك حاجة إلى استراتيجيات مثل الأقفال الدلالية أو القفل المتفائل.

حالات الاستخدام والأمثلة

نمط ساغا مناسب تمامًا لمجموعة متنوعة من حالات الاستخدام، خاصة في الأنظمة الموزعة ومعماريات الخدمات المصغرة. فيما يلي بعض الأمثلة الشائعة:

• إدارة طلبات التجارة الإلكترونية: كما هو موضح في الأمثلة أعلاه، يمكن استخدام نمط ساغا لإدارة دورة حياة الطلب بأكملها، من إنشاء الطلب إلى معالجة الدفع إلى الشحن.
• المعاملات المالية: يمكن استخدام نمط ساغا لإدارة المعاملات المالية المعقدة التي تشمل أنظمة متعددة، مثل تحويلات الأموال، وطلبات القروض، ومطالبات التأمين.
• إدارة سلسلة التوريد: يمكن استخدام نمط ساغا لتنسيق الأنشطة عبر كيانات متعددة في سلسلة التوريد، مثل المصنعين والموزعين وتجار التجزئة.
• أنظمة الرعاية الصحية: يمكن استخدام نمط ساغا لإدارة سجلات المرضى وتنسيق الرعاية عبر الأقسام والمقدمين المختلفين.

مثال: معاملة مصرفية عالمية

تخيل سيناريو يتضمن معاملة مصرفية عالمية بين بنكين مختلفين يقعان في بلدان مختلفة، ويخضعان للوائح وفحوصات امتثال مختلفة. يمكن لنمط ساغا ضمان اتباع المعاملة للخطوات المحددة:

1. بدء المعاملة: يبدأ العميل تحويل أموال من حسابه في البنك أ (الموجود في الولايات المتحدة الأمريكية) إلى حساب المستلم في البنك ب (الموجود في ألمانيا).
2. البنك أ - التحقق من الحساب: يقوم البنك أ بالتحقق من حساب العميل، والتحقق من وجود أموال كافية، والتأكد من عدم وجود أي قيود أو حجز.
3. فحص الامتثال (البنك أ): يجري البنك أ فحص امتثال للتأكد من أن المعاملة لا تنتهك لوائح مكافحة غسيل الأموال (AML) أو أي عقوبات دولية.
4. تحويل الأموال (البنك أ): يقوم البنك أ بخصم حساب العميل وإرسال الأموال إلى غرفة مقاصة أو بنك وسيط.
5. معالجة غرفة المقاصة: تعالج غرفة المقاصة المعاملة، وتقوم بتحويل العملة (من الدولار الأمريكي إلى اليورو)، وتوجه الأموال إلى البنك ب.
6. البنك ب - التحقق من الحساب: يقوم البنك ب بالتحقق من حساب المستلم والتأكد من أنه نشط ومؤهل لتلقي الأموال.
7. فحص الامتثال (البنك ب): يجري البنك ب فحص الامتثال الخاص به، مع الالتزام باللوائح الألمانية والاتحاد الأوروبي.
8. إيداع الحساب (البنك ب): يقوم البنك ب بإيداع المبلغ في حساب المستلم.
9. التأكيد: يرسل البنك ب رسالة تأكيد إلى البنك أ، الذي يقوم بعد ذلك بإخطار العميل بأن المعاملة قد اكتملت.

المعاملات التعويضية:

• إذا فشل فحص الامتثال في البنك أ، يتم إلغاء المعاملة، ولا يتم خصم حساب العميل.
• إذا فشل فحص الامتثال في البنك ب، يتم إرجاع الأموال إلى البنك أ، ويعاد إيداع المبلغ في حساب العميل.
• إذا كانت هناك مشكلات في تحويل العملة أو التوجيه في غرفة المقاصة، يتم عكس المعاملة، وتُعاد الأموال إلى البنك أ.

الأدوات والتقنيات

يمكن أن تساعد العديد من الأدوات والتقنيات في تنفيذ نمط ساغا:

• قوائم انتظار الرسائل: يمكن استخدام Apache Kafka و RabbitMQ و Amazon SQS لنشر الأحداث والاشتراك فيها في ساغا قائمة على تصميم الرقصات.
• محركات سير العمل: يمكن استخدام Camunda و Zeebe و Apache Airflow لتنفيذ المنسقين وإدارة مهام سير العمل المعقدة.
• تحديد مصادر الأحداث (Event Sourcing): يمكن استخدام تحديد مصادر الأحداث لتتبع تاريخ الأحداث في ساغا وتسهيل التراجع في حالة الفشل.
• مديرو المعاملات الموزعة: يمكن استخدام بعض مديري المعاملات الموزعة، مثل Atomikos، لتنسيق المعاملات عبر خدمات متعددة. ومع ذلك، قد لا تكون مناسبة لجميع معماريات الخدمات المصغرة بسبب قيودها الكامنة في البيئات الموزعة.
• أطر عمل ساغا: هناك أيضًا أطر عمل ساغا توفر تجريدات وأدوات لتنفيذ نمط ساغا.

أفضل الممارسات لتنفيذ نمط ساغا

لتنفيذ نمط ساغا بشكل فعال، ضع في اعتبارك أفضل الممارسات التالية:

• التصميم الدقيق: قم بتحليل متطلبات عملك بدقة وصمم الساغا وفقًا لذلك. حدد الخدمات المصغرة المشاركة، وتسلسل المعاملات، والإجراءات التعويضية.
• عدمية التأثر: تأكد من أن جميع المعاملات والمعاملات التعويضية "عدمية التأثر".
• معالجة الأخطاء: قم بتنفيذ آليات قوية لمعالجة الأخطاء للتعامل مع الإخفاقات في أي نقطة في الساغا.
• المراقبة والتسجيل: قم بتنفيذ مراقبة وتسجيل شاملين لتتبع تقدم وحالة أنماط ساغا.
• الاختبار: اختبر أنماط ساغا الخاصة بك بدقة للتأكد من أنها تعمل بشكل صحيح وتتعامل مع الإخفاقات بأمان.
• الأقفال الدلالية: قم بتنفيذ أقفال دلالية لمنع التحديثات المتزامنة لنفس البيانات بواسطة أنماط ساغا مختلفة.
• القفل المتفائل: استخدم القفل المتفائل لاكتشاف ومنع التعارضات بين المعاملات المتزامنة.
• اختر استراتيجية التنفيذ الصحيحة: فكر بعناية في المفاضلات بين تصميم الرقصات والتنسيق واختر الاستراتيجية التي تناسب احتياجاتك بشكل أفضل.
• حدد سياسات تعويض واضحة: ضع سياسات واضحة للتعامل مع التعويض، بما في ذلك الشروط التي يتم بموجبها تشغيل التعويض والإجراءات المحددة التي يجب اتخاذها.

الخلاصة

نمط ساغا هو أداة قوية لإدارة المعاملات الموزعة في معماريات الخدمات المصغرة. من خلال تقسيم المعاملات إلى سلسلة من المعاملات الأصغر والمستقلة وتوفير آلية للتعويض عن الإخفاقات، يمكّنك نمط ساغا من الحفاظ على اتساق البيانات وبناء أنظمة مرنة وقابلة للتطوير ومنفصلة. على الرغم من أن تنفيذ نمط ساغا يمكن أن يكون معقدًا، إلا أن الفوائد التي يقدمها من حيث المرونة وقابلية التوسع والصمود تجعله رصيدًا قيمًا لأي بنية خدمات مصغرة.

إن فهم الفروق الدقيقة في نمط ساغا، والمفاضلات بين تصميم الرقصات والتنسيق، وأهمية المعاملات التعويضية سيمكنك من تصميم وتنفيذ أنظمة موزعة قوية تلبي متطلبات بيئات الأعمال المعقدة اليوم. يعد تبني نمط ساغا خطوة نحو بناء معماريات خدمات مصغرة مرنة وقابلة للتطوير حقًا، وقادرة على التعامل حتى مع أعقد المعاملات الموزعة بثقة. تذكر أن تضع في اعتبارك احتياجاتك وسياقك المحدد عند تطبيق هذا النمط، وأن تحسن تنفيذك باستمرار بناءً على الخبرة الواقعية والملاحظات.