Sündmuspõhine arhitektuur: Sõnumimustrite valdamine skaleeritavate süsteemide jaoks

Sündmuspõhine arhitektuur (EDA) on tarkvara arhitektuuriparadigma, mis keskendub sündmuste tootmisele, tuvastamisele ja tarbimisele. Tihedalt seotud teenuste interaktsioonide asemel edendab EDA asünkroonkommunikatsiooni, mis viib skaleeritavate, vastupidavate ja lahtisidestatud süsteemideni. EDA põhikomponent on sõnumimustrite tõhus kasutamine. Käesolev juhend uurib erinevaid EDA-s levinud sõnumimustreid, pakkudes praktilisi näiteid ja parimaid tavasid globaalsetele arendusmeeskondadele.

Mis on sündmuspõhine arhitektuur?

Traditsioonilises päringu/vastuse arhitektuuris kutsuvad teenused üksteist otse. See tihe sidumine võib luua kitsaskohti ja muuta süsteemid hapraks. EDA seevastu lahendab teenused lahti, tutvustades sündmusbussi või sõnumivahendajat. Teenused suhtlevad, avaldades sündmusi bussile, ja teised teenused tellivad sündmusi, millest nad huvitatud on. See asünkroonne kommunikatsioon võimaldab teenustel töötada iseseisvalt, parandades skaleeritavust ja veataluvust.

EDA peamised eelised

• Lahtisidestamine: Teenused on sõltumatud ja ei pea üksteisest teadma.
• Skaleeritavus: Individuaalseid teenuseid saab sõltuvalt nõudlusest iseseisvalt skaleerida.
• Vastupidavus: Ühe teenuse tõrge ei mõjuta tingimata teisi teenuseid.
• Paindlikkus: Uusi teenuseid saab lisada või eemaldada ilma olemasolevaid teenuseid mõjutamata.
• Reaalaegne reageerimisvõime: Teenused saavad reageerida sündmustele peaaegu reaalajas.

Levinud sõnumimustrid sündmuspõhises arhitektuuris

EDA-s saab kasutada mitmeid sõnumimustreid, millest igal on oma tugevused ja nõrkused. Õige mustri valimine sõltub teie rakenduse spetsiifilistest nõuetest.

1. Publish-Subscribe (Pub-Sub)

Publish-subscribe muster on üks EDA aluslikumaid sõnumimustreid. Selles mustris toodavad kirjastajad sõnumeid teemasse või vahetusse, tellijad registreerivad oma huvi konkreetsete teemade vastu. Sõnumivahendaja suunab seejärel sõnumid kirjastajatelt kõigile huvitatud tellijatele.

Näide

Mõelge e-kaubanduse platvormile. Kui klient esitab tellimuse, avaldatakse teema „Orders“ kohta sündmus „OrderCreated“. Teenused, nagu laoseisude teenus, makseteenus ja saatmisteenus, tellivad teema „Orders“ ja töötlevad sündmust vastavalt.

Rakendamine

Pub-Subi saab rakendada, kasutades sõnumivahendajaid nagu Apache Kafka, RabbitMQ või pilvepõhiseid sõnumsideteenuseid nagu AWS SNS/SQS või Azure Service Bus. Konkreetsed rakendamise üksikasjad erinevad sõltuvalt valitud tehnoloogiast.

Eelised

• Lahtisidestamine: Kirjastajad ja tellijad on täielikult lahti ühendatud.
• Skaleeritavus: Tellijaid saab lisada või eemaldada ilma kirjastajaid mõjutamata.
• Paindlikkus: Uusi sündmustüüpe saab tutvustada ilma olemasolevaid teenuseid muutmata.

Puudused

• Keerukus: Teemade ja tellimuste haldamine võib suurtes süsteemides keeruliseks muutuda.
• Lõplik järjepidevus: Tellijad ei pruugi sündmusi kohe vastu võtta, mis viib lõpliku järjepidevuseni.

2. Sündmusallik (Event Sourcing)

Sündmusallikas on muster, kus kõik rakenduse oleku muutused salvestatakse sündmuste järjestusena. Rakenduse oleku salvestamise asemel salvestab rakendus ajaloo sündmustest, mis viisid selle oleku saavutamiseni. Praegust olekut saab taastada sündmuste taasesitamise teel.

Näide

Mõelge pangandusrakendusele. Konto praeguse saldo salvestamise asemel salvestab rakendus sündmusi nagu „Deposit“, „Withdrawal“ ja „Transfer“. Praeguse saldo saab arvutada, taasesitades need sündmused järjestikku.

Rakendamine

Sündmusallikas hõlmab tavaliselt sündmuste salvestamist sündmuste poodi, mis on spetsialiseerunud andmebaas, mis on optimeeritud sündmuste salvestamiseks ja otsimiseks. Apache Kafka kasutatakse sageli sündmuste poena, kuna see suudab töödelda suurt hulka sündmusi ja pakub tugevaid järjestusgarantiid.

Eelised

• Auditeeritavus: Kogu muudatuste ajalugu on saadaval.
• Silumine: Probleemide silumine sündmuste taasesitamise teel on lihtsam.
• Ajatillimised: Võimalus päringuid teha rakenduse oleku kohta igal ajahetkel.
• Taasesitatavus: Võimalus taasesitada sündmusi, et taastada olek või luua uusi projektsioone.

Puudused

• Keerukus: Sündmusallika rakendamine võib olla keeruline.
• Salvestusruum: Nõuab suure hulga sündmusandmete salvestamist.
• Päringud: Sündmuspoest päringute tegemine võib olla keeruline.

3. Command Query Responsibility Segregation (CQRS)

CQRS on muster, mis eraldab andmesalvestuse lugemis- ja kirjutamistoimingud. See määratleb kaks erinevat mudelit: käskude mudeli kirjutamistoimingute käsitlemiseks ja päringumudeli lugemistoimingute käsitlemiseks. See eraldamine võimaldab iga mudeli optimeerida selle spetsiifilise otstarbe jaoks.

Näide

E-kaubanduse rakenduses võib käskude mudel käsitleda selliseid toiminguid nagu tellimuste loomine, tooteinfo värskendamine ja maksete töötlemine. Päringumudel võib käsitleda selliseid toiminguid nagu tootenimekirjade kuvamine, tellimuste ajaloo vaatamine ja aruannete koostamine.

Rakendamine

CQRS-i kasutatakse sageli koos sündmusallikaga. Käske kasutatakse sündmuste käivitamiseks, mida seejärel kasutatakse lugemislike mudelite värskendamiseks. Lugemislike mudelite optimeerimine spetsiifiliste päringumustrite jaoks võib tagada kiirema ja tõhusama lugemisjõudluse.

Eelised

• Jõudlus: Lugemis- ja kirjutamistoiminguid saab optimeerida iseseisvalt.
• Skaleeritavus: Lugemis- ja kirjutamismudeleid saab skaleerida iseseisvalt.
• Paindlikkus: Lugemis- ja kirjutamismudelid võivad iseseisvalt areneda.

Puudused

• Keerukus: CQRS-i rakendamine võib oluliselt suurendada keerukust.
• Lõplik järjepidevus: Lugemislikud mudelid ei pruugi olla kirjutamismudeliga koheselt järjepidevad.

4. Päring-Vastus (Request-Reply)

Kuigi EDA edendab asünkroonkommunikatsiooni, esineb olukordi, kus päring-vastuse muster on siiski vajalik. Selles mustris saadab üks teenus teisele teenusele päringusõnumi ja ootab vastussõnumit.

Näide

Kasutajaliides võib saata taotluse taustateenusele, et hankida kasutajaprofiili teave. Taustateenus töötleb taotlust ja saadab vastuse, mis sisaldab kasutajaprofiili andmeid.

Rakendamine

Päring-vastuse mustrit saab rakendada, kasutades sõnumivahendajaid, mis toetavad päring-vastuse semantikat, nagu näiteks RabbitMQ. Päringusõnum sisaldab tavaliselt korrelatsioonikoodi, mida kasutatakse vastussõnumi sidumiseks algse päringuga.

Eelised

• Lihtne: Võrreldes teiste sõnumimustritega suhteliselt lihtne rakendada.
• Sünkrooniline sarnasus: Pakub sünkroonilise sarnast suhtlust asünkroonse sõnumsides infrastruktuuri kaudu.

Puudused

• Tihe sidumine: Teenused on tihedamalt seotud võrreldes puhtalt asünkroonsete mustritega.
• Blokeerimine: Päringu esitav teenus blokeerub vastuse ootamise ajal.

5. Saga

Saga on muster mitme teenuse pikaajaliste tehingute haldamiseks. Hajussüsteemis võib üks tehing hõlmata mitme andmebaasi või teenuse värskendusi. Saga tagab nende värskenduste järjepideva sooritamise, isegi tõrgete korral.

Näide

Mõelge e-kaubanduse tellimuste töötlemise stsenaariumile. Saga võib hõlmata järgmisi samme: 1. Loo tellimus tellimusteenuses. 2. Broneeri laoseis laoteenuses. 3. Töötle makse makseteenuses. 4. Saada tellimus saatmisteenuses.

Kui mõni neist sammudest ebaõnnestub, peab saga kompenseerima eelnevad sammud, et tagada süsteemi järjepidevuse säilimine. Näiteks, kui makse ebaõnnestub, peab saga tellimuse tühistama ja broneeritud laoseisu vabastama.

Rakendamine

Sagasid saab rakendada kahel peamisel viisil: 1. Koreograafiapõhine saga: Iga sagas osalev teenus vastutab sündmuste avaldamise eest, mis käivitavad saga järgmise sammu. Tsentraalset orkestrijuhti pole. 2. Orkestreerimispõhine saga: Tsentraalne orkestreerimisteenus haldab sagat ja koordineerib kaasatud samme. Orkestrijuht saadab käske osalevatele teenustele ja kuulab iga sammu edukust või ebaõnnestumist näitavaid sündmusi.

Eelised

• Järjepidevus: Tagab andmete järjepidevuse mitme teenuse vahel.
• Veataluvus: Käsitseb tõrkeid graatsiliselt ja tagab süsteemi taastumise järjepidevasse olekusse.

Puudused

• Keerukus: Sagade rakendamine võib olla keeruline, eriti pikaajalistele tehingutele.
• Kompensatsiooniloogika: Nõuab ebaõnnestunud sammude mõju tühistamiseks kompenseerimisloogika rakendamist.

Õige sõnumimustri valimine

Sõnumimustri valik sõltub teie rakenduse spetsiifilistest nõuetest. Otsuse tegemisel kaaluge järgmisi tegureid:

• Järjepidevuse nõuded: Kas vajate tugevat järjepidevust või lõplikku järjepidevust?
• Latentsusnõuded: Kui kiiresti peavad teenused sündmustele reageerima?
• Keerukus: Kui keeruline on mustrit rakendada ja hooldada?
• Skaleeritavus: Kui hästi skaleerub muster suure hulga sündmuste käsitlemiseks?
• Veataluvus: Kui hästi muster tõrkeid käsitleb?

Siin on tabel, mis võtab kokku iga sõnumimustri peamised omadused:

Muster	Kirjeldus	Järjepidevus	Keerukus	Kasutusalad
Pub-Sub	Kirjastajad saadavad sõnumeid teemadesse, tellijad saavad sõnumeid teemadest.	Lõplik	Mõõdukas	Teavitused, sündmuste levitamine, teenuste lahtisidestamine.
Sündmusallikas	Salvestage kõik rakenduse oleku muutused sündmuste järjestusena.	Tugev	Kõrge	Auditeerimine, silumine, ajatillimised, oleku taastamine.
CQRS	Eraldage lugemis- ja kirjutamistoimingud erinevateks mudeliteks.	Lõplik (lugemislike mudelite jaoks)	Kõrge	Lugemis- ja kirjutamisjõudluse optimeerimine, lugemis- ja kirjutamistoimingute iseseisev skaleerimine.
Päring-Vastus	Teenus saadab päringu ja ootab vastust.	Vahetu	Lihtne	Sünkroonilise sarnased interaktsioonid asünkroonse sõnumside kaudu.
Saga	Hallake mitme teenuse pikaajalisi tehinguid.	Lõplik	Kõrge	Hajutatud tehingud, tagades andmete järjepidevuse mitme teenuse vahel.

Parimad tavad EDA sõnumimustrite rakendamiseks

Siin on mõned parimad tavad, mida EDA sõnumimustrite rakendamisel arvestada:

• Valige õige sõnumivahendaja: Valige sõnumivahendaja, mis vastab teie rakenduse nõuetele. Kaaluge tegureid nagu skaleeritavus, töökindlus ja funktsioonide komplekt. Levinumad valikud hõlmavad Apache Kafka, RabbitMQ ja pilvepõhiseid sõnumsideteenuseid.
• Määrake selged sündmuste skeemid: Määrake selged ja hästi määratletud sündmuste skeemid, et tagada teenuste suutlikkus sündmusi õigesti mõista ja töödelda. Kasutage sündmuste skeemide haldamiseks ja valideerimiseks skeemiregistreid.
• Rakendage identsed tarbijad: Veenduge, et teie tarbijad oleksid identsed, mis tähendab, et nad saavad sama sündmust mitu korda töödelda ilma soovimatute kõrvaltoimeteta. See on oluline tõrgete käsitlemiseks ja sündmuste usaldusväärse töötlemise tagamiseks.
• Jälgige oma süsteemi: Jälgige oma süsteemi probleemide tuvastamiseks ja diagnoosimiseks. Jälgige peamisi mõõdikuid, nagu sündmuste latentsus, sõnumite läbilaskevõime ja veamäärad.
• Kasutage hajutatud jälgimist: Kasutage hajutatud jälgimist, et jälgida sündmusi nende süsteemis liikumise ajal. See võib aidata teil tuvastada jõudluse kitsaskohti ja siluda probleeme.
• Kaaluge turvalisust: Kaitske oma sündmusbussi ja sõnumsidesidemeid volitamata juurdepääsu eest. Kasutage autentimist ja autoriseerimist, et kontrollida, kes võib sündmusi avaldada ja tellida.
• Käsitsege tõrkeid graatsiliselt: Rakendage tõrgete käsitlemise mehhanisme, et hallata tõrkeid ja tagada sündmuste usaldusväärne töötlemine. Kasutage surnud järjekordi, et salvestada sündmusi, mida ei saa töödelda.

Pärismaailma näited

EDA ja sellega seotud sõnumimustrid on kasutusel laias valikus tööstusharudes ja rakendustes. Siin on mõned näited:

• E-kaubandus: Tellimuste töötlemine, laoseisude haldamine, saatmisteated.
• Finantsteenused: Pettuste tuvastamine, tehingute töötlemine, riskijuhtimine.
• Tervishoid: Patsientide jälgimine, kohtumiste ajastamine, meditsiiniliste rekordite haldamine.
• IoT: Sensorandmete töötlemine, seadmete haldamine, kaugjuhtimine.
• Sotsiaalmeedia: Voogude värskendused, teavitused, kasutajategevuse jälgimine.

Näiteks võib globaalne toidu kohaletoimetamise teenus kasutada tellimuste haldamiseks EDA-d. Kui klient esitab tellimuse, avaldatakse sündmus `OrderCreated`. Restorani teenus tellib selle sündmuse toidu valmistamiseks. Tarne teenus tellib selle sündmuse juhi määramiseks. Makseteenus tellib selle sündmuse makse töötlemiseks. Iga teenus töötab iseseisvalt ja asünkroonselt, võimaldades süsteemil hallata suurt hulka tellimusi tõhusalt.

Järeldus

Sündmuspõhine arhitektuur on võimas paradigm skaleeritavate, vastupidavate ja lahtisidestatud süsteemide ehitamiseks. Mõistes ja tõhusalt kasutades sõnumimustreid, saavad arendajad luua tugevaid ja paindlikke rakendusi, mis suudavad kohaneda muutuvate ärinõuetega. Käesolev juhend pakkus ülevaate EDA-s kasutatavatest levinud sõnumimustritest, koos praktiliste näidete ja parimate tavadega. Õige mustri valimine teie spetsiifiliste vajaduste jaoks on eduka sündmuspõhise süsteemi ehitamisel ülioluline. Pidage meeles, et valiku tegemisel kaaluge järjepidevust, latentsust, keerukust, skaleeritavust ja veataluvust. Omakske asünkroonse kommunikatsiooni jõudu ja vabastage oma rakenduste täielik potentsiaal.