شبكة الخدمات الآمنة بالنوع: تنفيذ اتصالات الخدمات المصغرة باستخدام الأنواع

في تطوير البرمجيات الحديث، أصبحت بنية الخدمات المصغرة نمطاً سائداً لبناء تطبيقات قابلة للتطوير ومرنة. ومع ذلك، فإن الطبيعة الموزعة للخدمات المصغرة تقدم تعقيدات متأصلة، خاصة عندما يتعلق الأمر بالاتصال بين الخدمات. تساعد شبكة الخدمات (Service Mesh) في إدارة هذا التعقيد من خلال توفير طبقة بنية تحتية مخصصة للتعامل مع الاتصال بين الخدمات. ولكن هل يمكننا الذهاب أبعد من ذلك وفرض أمان الأنواع (type safety) على مستوى شبكة الخدمات لتحسين الموثوقية وتجربة المطور؟

تحديات اتصالات الخدمات المصغرة

تتواصل الخدمات المصغرة باستخدام بروتوكولات مختلفة مثل REST و gRPC وقوائم انتظار الرسائل. بدون حوكمة مناسبة، يمكن أن تصبح قنوات الاتصال هذه مصدراً للأخطاء والتناقضات ومشاكل الأداء. تتضمن بعض التحديات الرئيسية ما يلي:

• تطور واجهات برمجة التطبيقات (API): يمكن أن تؤدي التغييرات في واجهات برمجة التطبيقات في خدمة واحدة إلى تعطيل الخدمات الأخرى التي تعتمد عليها.
• تسلسل/إلغاء تسلسل البيانات: يمكن أن تؤدي تنسيقات البيانات غير المتناسقة بين الخدمات إلى أخطاء في التحليل وتلف البيانات.
• انتهاكات العقود: قد لا تلتزم الخدمات بالعقود المتفق عليها، مما يؤدي إلى سلوك غير متوقع.
• الرصد (Observability): من الصعب تتبع وتصحيح مشكلات الاتصال عبر خدمات متعددة.

تُبرز هذه التحديات الحاجة إلى آلية اتصال قوية وموثوقة يمكنها فرض العقود وضمان سلامة البيانات. وهنا يأتي دور أمان الأنواع.

لماذا يُعد أمان الأنواع مهماً في الخدمات المصغرة

يضمن أمان الأنواع استخدام أنواع البيانات بشكل صحيح في جميع أنحاء التطبيق. في سياق الخدمات المصغرة، يعني ذلك التحقق من أن البيانات المتبادلة بين الخدمات تتوافق مع مخطط أو عقد محدد مسبقاً. إن فوائد اتصالات الخدمات المصغرة الآمنة بالنوع كبيرة:

• تقليل الأخطاء: يمكن أن يكتشف التحقق من الأنواع في وقت التحويل البرمجي أو وقت التشغيل الأخطاء مبكراً، مما يمنع انتشارها إلى بيئة الإنتاج.
• تحسين الموثوقية: يضمن فرض عقود البيانات أن الخدمات تتلقى وتعالج البيانات بالتنسيق المتوقع، مما يقلل من مخاطر الفشل.
• تعزيز قابلية الصيانة: تجعل الأنواع المحددة جيداً من السهل فهم قاعدة التعليمات البرمجية وصيانتها، حيث تكون نية وهيكل البيانات واضحين.
• تجربة مطور أفضل: يوفر أمان الأنواع للمطورين إكمالاً أفضل للتعليمات البرمجية، ورسائل الأخطاء، وقدرات إعادة الهيكلة.

تنفيذ أمان الأنواع في شبكة الخدمات

يمكن استخدام العديد من الأساليب لتنفيذ أمان الأنواع في شبكة الخدمات. تتضمن الأساليب الأكثر شيوعاً وفعالية الاستفادة من لغات تعريف المخططات وأدوات توليد التعليمات البرمجية.

1. مخازن البروتوكول (Protobuf) و gRPC

gRPC هو إطار عمل RPC عالي الأداء ومفتوح المصدر طورته Google. يستخدم مخازن البروتوكول (Protobuf) كلغة تعريف واجهة (IDL) له. تسمح لك Protobuf بتعريف بنية بياناتك في ملف ذي امتداد ".proto". يقوم إطار عمل gRPC بعد ذلك بتوليد تعليمات برمجية بلغات مختلفة (مثل Java و Go و Python) لتسلسل وإلغاء تسلسل البيانات وفقاً للمخطط المحدد.

مثال: تعريف خدمة gRPC باستخدام Protobuf

لنفترض أن لدينا خدمتين مصغرتين: `ProductService` و `RecommendationService`. توفر `ProductService` معلومات المنتج، وتقدم `RecommendationService` توصيات للمنتجات بناءً على تفضيلات المستخدم. يمكننا تعريف خدمة gRPC لاسترداد تفاصيل المنتج باستخدام Protobuf:

syntax = "proto3";

package product;

service ProductService {
  rpc GetProduct(GetProductRequest) returns (Product) {}
}

message GetProductRequest {
  string product_id = 1;
}

message Product {
  string product_id = 1;
  string name = 2;
  string description = 3;
  float price = 4;
}

يحدد ملف ".proto" هذا خدمة `ProductService` مع طريقة `GetProduct` التي تأخذ `GetProductRequest` وتُرجع `Product`. تحدد الرسائل بنية البيانات المتبادلة بين الخدمات. باستخدام أداة مثل `protoc`، يمكنك توليد تعليمات برمجية للعميل والخادم الضرورية للغات مختلفة. على سبيل المثال، في Java، يمكنك توليد الواجهات والفئات للتفاعل مع خدمة gRPC هذه.

فوائد gRPC و Protobuf:

• التقييد القوي للأنواع: تفرض Protobuf تحققاً صارماً من الأنواع، مما يضمن تسلسل البيانات وإلغاء تسلسلها بشكل صحيح.
• توليد التعليمات البرمجية: يقوم gRPC بتوليد تعليمات برمجية للغات متعددة، مما يبسط عملية التطوير.
• الأداء: يستخدم gRPC بروتوكول HTTP/2 والتسلسل الثنائي، مما يؤدي إلى أداء عالٍ.
• تطور المخطط: تدعم Protobuf تطور المخطط، مما يسمح لك بإضافة أو تعديل الحقول دون تعطيل الخدمات الحالية (مع التخطيط الدقيق).

2. OpenAPI (Swagger) وتوليد التعليمات البرمجية

OpenAPI (سابقاً Swagger) هي مواصفات لوصف واجهات برمجة التطبيقات (APIs) من نوع RESTful. توفر طريقة موحدة لتعريف نقاط نهاية API، ومعلمات الطلب، وتنسيقات الاستجابة، وبيانات تعريف أخرى. يمكن كتابة مواصفات OpenAPI بتنسيق YAML أو JSON.

يمكن بعد ذلك استخدام أدوات مثل Swagger Codegen أو OpenAPI Generator لتوليد تعليمات برمجية للعميل والخادم من مواصفات OpenAPI. يسمح هذا النهج بفرض أمان الأنواع عن طريق توليد نماذج البيانات ومنطق التحقق بناءً على تعريف API.

مثال: تعريف واجهة برمجة تطبيقات REST باستخدام OpenAPI

باستخدام مثال `ProductService` نفسه، يمكننا تعريف واجهة برمجة تطبيقات REST لاسترداد تفاصيل المنتج باستخدام OpenAPI:

openapi: 3.0.0
info:
  title: Product API
  version: 1.0.0
paths:
  /products/{product_id}:
    get:
      summary: Get product details
      parameters:
        - name: product_id
          in: path
          required: true
          schema:
            type: string
      responses:
        '200':
          description: Successful operation
          content:
            application/json:
              schema:
                type: object
                properties:
                  product_id:
                    type: string
                  name:
                    type: string
                  description:
                    type: string
                  price:
                    type: number
                    format: float

تحدد مواصفات OpenAPI هذه نقطة نهاية `GET` لاسترداد تفاصيل المنتج بواسطة `product_id`. يحدد قسم `responses` بنية بيانات الاستجابة، بما في ذلك أنواع بيانات كل حقل. باستخدام أداة مثل OpenAPI Generator، يمكنك توليد تعليمات برمجية للعميل (على سبيل المثال، في Java أو Python أو JavaScript) تتضمن نماذج البيانات ومنطق التحقق بناءً على هذه المواصفات. وهذا يضمن أن العميل يرسل دائماً الطلبات ويتلقى الاستجابات بالتنسيق المتوقع.

فوائد OpenAPI وتوليد التعليمات البرمجية:

• توثيق API: توفر OpenAPI وصفاً لواجهة برمجة التطبيقات قابلاً للقراءة بشرياً وآلياً.
• توليد التعليمات البرمجية: يمكن للأدوات توليد تعليمات برمجية للعميل والخادم من مواصفات OpenAPI.
• التحقق من الصحة: تدعم OpenAPI التحقق من صحة البيانات، مما يضمن توافق الطلبات والاستجابات مع تعريف API.
• التطوير المستند إلى العقد أولاً: تعزز OpenAPI نهج "العقد أولاً" في تصميم API، حيث يتم تعريف مواصفات API قبل التنفيذ.

3. سياسات شبكة الخدمات والتحقق من المخطط

توفر بعض تطبيقات شبكة الخدمات، مثل Istio، ميزات مدمجة لفرض السياسات والتحقق من المخططات. تسمح لك هذه الميزات بتعريف القواعد التي تحكم كيفية اتصال الخدمات وتضمن توافق البيانات مع مخطط معين.

على سبيل المثال، يمكنك استخدام `EnvoyFilter` من Istio لاعتراض حركة المرور والتحقق من محتوى طلبات واستجابات HTTP. يمكنك أيضاً استخدام `AuthorizationPolicy` من Istio للتحكم في الخدمات التي يمكنها الوصول إلى خدمات أخرى. للتحقق من الحمولة (payloads)، من المحتمل أن تستفيد من تعريف Protobuf أو ما شابه ذلك وتجميعه في تعليمات برمجية يمكن لمرشح Envoy الخاص بك استخدامها.

مثال: استخدام Istio للتحقق من المخطط

في حين أن تكوين Istio الكامل يتجاوز نطاق هذه المقالة، فإن الفكرة الأساسية هي استخدام مرشحات Envoy (التي يتم تكوينها عبر واجهات برمجة تطبيقات Istio) لاعتراض والتحقق من الرسائل التي تمر عبر الشبكة. ستقوم بإنشاء مرشح مخصص يستخدم مخططاً (مثل Protobuf أو JSON Schema) للتحقق من البيانات الواردة والصادرة. إذا لم تتوافق البيانات مع المخطط، يمكن للمرشح رفض الطلب أو الاستجابة.

فوائد سياسات شبكة الخدمات والتحقق من المخطط:

• التحكم المركزي: يتم تعريف السياسات وتطبيقها على مستوى شبكة الخدمات، مما يوفر نقطة تحكم مركزية.
• التحقق في وقت التشغيل: يتم إجراء التحقق من المخطط في وقت التشغيل، مما يضمن توافق البيانات مع المخطط.
• الرصد (Observability): توفر شبكة الخدمات رؤية لأنماط الاتصال وتطبيق السياسات.

اعتبارات عملية وأفضل الممارسات

يتطلب تنفيذ اتصالات الخدمات المصغرة الآمنة بالنوع تخطيطاً وتنفيذاً دقيقين. فيما يلي بعض الاعتبارات العملية وأفضل الممارسات:

• اختر الأدوات المناسبة: اختر الأدوات والأطر التي تناسب احتياجاتك وخبرتك الفنية بشكل أفضل. يعتبر gRPC و Protobuf مناسبين تماماً لاتصالات RPC عالية الأداء، بينما تُعد OpenAPI و Swagger أفضل لواجهات برمجة تطبيقات RESTful.
• حدد عقوداً واضحة: حدد عقود API واضحة وغير مبهمة باستخدام لغات تعريف المخططات مثل Protobuf أو OpenAPI.
• أتمتة توليد التعليمات البرمجية: أتمتة عملية توليد التعليمات البرمجية لضمان الاتساق وتقليل الجهد اليدوي.
• نفذ منطق التحقق من الصحة: نفذ منطق التحقق من الصحة في كل من العميل والخادم لاكتشاف الأخطاء مبكراً.
• استخدم اختبار العقود: استخدم اختبار العقود للتحقق من التزام الخدمات بالعقود المتفق عليها. يمكن لأدوات مثل Pact أو Spring Cloud Contract أن تساعد في ذلك.
• إصدار واجهات برمجة التطبيقات الخاصة بك: استخدم إصدار API لإدارة التغييرات في واجهات برمجة التطبيقات ومنع تعطيل الخدمات الموجودة.
• المراقبة والملاحظة: راقب ولاحظ أنماط الاتصال ومعدلات الأخطاء لتحديد المشكلات المحتملة.
• ضع في اعتبارك التوافق مع الإصدارات السابقة: عند تطوير واجهات برمجة التطبيقات، اسعَ لتحقيق التوافق مع الإصدارات السابقة لتقليل التأثير على الخدمات الموجودة.
• سجل المخططات (Schema Registry): بالنسبة للبنيات القائمة على الأحداث (باستخدام قوائم انتظار الرسائل)، ضع في اعتبارك استخدام سجل للمخططات مثل سجل مخطط Apache Kafka أو سجل مخطط Confluent. تسمح لك هذه السجلات بتخزين وإدارة المخططات لأحداثك، والتأكد من أن المنتجين والمستهلكين يستخدمون مخططات متوافقة.

أمثلة من صناعات مختلفة

تُطبق اتصالات الخدمات المصغرة الآمنة بالنوع عبر مختلف الصناعات. إليك بعض الأمثلة:

• التجارة الإلكترونية: يمكن لمنصة التجارة الإلكترونية استخدام أمان الأنواع لضمان معالجة معلومات المنتج وتفاصيل الطلب ومعاملات الدفع بشكل صحيح.
• الخدمات المالية: يمكن للمؤسسات المالية استخدام أمان الأنواع لضمان أن المعاملات المالية وأرصدة الحسابات وبيانات العملاء متسقة وآمنة.
• الرعاية الصحية: يمكن لمقدم الرعاية الصحية استخدام أمان الأنواع لضمان أن سجلات المرضى والتشخيصات الطبية وخطط العلاج دقيقة وموثوقة.
• اللوجستيات: يمكن لشركة لوجستيات استخدام أمان الأنواع لضمان أن تتبع الشحنات وجداول التسليم وإدارة المخزون تتسم بالكفاءة والدقة.

الخاتمة

تقدم شبكات الخدمات الآمنة بالنوع نهجاً قوياً لبناء بنيات خدمات مصغرة قوية وموثوقة. من خلال الاستفادة من لغات تعريف المخططات، وأدوات توليد التعليمات البرمجية، وسياسات شبكة الخدمات، يمكنك فرض العقود، والتحقق من البيانات، وتحسين الجودة الشاملة لأنظمتك الموزعة. في حين أن تنفيذ أمان الأنواع يتطلب استثماراً أولياً للوقت والجهد، فإن الفوائد طويلة الأجل من حيث تقليل الأخطاء، وتحسين قابلية الصيانة، وتعزيز تجربة المطور تجعله مسعىً جديراً بالاهتمام. إن تبني أمان الأنواع هو خطوة رئيسية نحو بناء خدمات مصغرة قابلة للتطوير ومرنة وقابلة للصيانة يمكنها تلبية متطلبات تطبيقات البرمجيات الحديثة. مع استمرار تطور بنيات الخدمات المصغرة، سيصبح أمان الأنواع عاملاً متزايد الأهمية في ضمان نجاح هذه الأنظمة المعقدة. ضع في اعتبارك تبني هذه التقنيات لضمان مستقبل تطبيقاتك وتحسين التعاون عبر فرق التطوير المتنوعة، بغض النظر عن موقعهم الجغرافي أو خلفيتهم الثقافية. من خلال ضمان أن جميع الفرق تعمل بعقود محددة بوضوح وتم التحقق منها، سيتم تعزيز الاستقرار والكفاءة الكليين لنظام الخدمات المصغرة البيئي بشكل كبير.