Saga muster: hajutatud tehingute rakendamine mikroteenustes

Mikroteenuste maailmas võib andmete kooskõla säilitamine mitme teenuse vahel olla märkimisväärne väljakutse. Traditsioonilised ACID (aatomilisus, konsistentsus, isolatsioon, püsivus) tehingud, mida tavaliselt kasutatakse monoliitsetes rakendustes, ei sobi sageli hajutatud keskkondadesse. Siin tulebki appi Saga muster, mis pakub robustset lahendust hajutatud tehingute haldamiseks ja andmete terviklikkuse tagamiseks mikroteenuste vahel.

Mis on Saga muster?

Saga muster on disainimuster, mida kasutatakse kohalike tehingute jada haldamiseks mitme mikroteenuse vahel. See pakub viisi lõpliku kooskõla saavutamiseks, mis tähendab, et kuigi andmed võivad ajutiselt olla ebajärjekindlad, jõuavad need lõpuks järjepidevasse olekusse. Selle asemel, et tugineda ühele aatomilisele tehingule, mis hõlmab mitut teenust, jaotab Saga muster tehingu mitmeks väiksemaks iseseisvaks tehinguks, millest igaühe teostab üks teenus.

Iga kohalik tehing Saga sees uuendab ühe mikroteenuse andmebaasi. Kui üks tehingutest ebaõnnestub, käivitab Saga rea kompenseerivaid tehinguid, et tühistada eelnevate tehingute tehtud muudatused, võttes seega kogu operatsiooni tagasi.

Miks kasutada Saga mustrit?

Mitmed tegurid muudavad Saga mustri väärtuslikuks vahendiks tehingute haldamisel mikroteenuste arhitektuurides:

Lahtisidestus: Sagad soodustavad mikroteenuste vahelist lahtisidestust, võimaldades neil areneda iseseisvalt teisi teenuseid mõjutamata. See on mikroteenuste arhitektuuride peamine eelis.
Skaleeritavus: Vältides pikalt kestvaid hajutatud tehinguid, parandavad Sagad skaleeritavust ja jõudlust. Iga mikroteenus saab oma tehinguid iseseisvalt hallata, vähendades konkurentsi ja parandades läbilaskevõimet.
Vastupidavus: Sagad on loodud olema vastupidavad tõrgetele. Kui tehing ebaõnnestub, saab Saga tagasi võtta, vältides andmete ebajärjekindlust ja tagades, et süsteem jääb järjepidevasse olekusse.
Paindlikkus: Saga muster pakub paindlikkust keerukate äriprotsesside haldamisel, mis hõlmavad mitut teenust. See võimaldab teil määratleda tehingute jada ja kompenseerivad toimingud, mis tuleb ebaõnnestumise korral ette võtta.

ACID vs. BASE

ACIDi ja BASE'i (Basically Available, Soft state, Eventually consistent) erinevuse mõistmine on Saga mustri kasutamise otsustamisel ülioluline.

ACID (aatomilisus, konsistentsus, isolatsioon, püsivus): Tagab, et tehinguid töödeldakse usaldusväärselt. Aatomilisus tagab, et kas kõik tehingu operatsioonid õnnestuvad või mitte ükski. Konsistentsus tagab, et tehing viib andmebaasi ühest kehtivast olekust teise. Isolatsioon tagab, et samaaegsed tehingud ei sega üksteist. Püsivus tagab, et kui tehing on kinnitatud, jääb see nii ka süsteemi rikke korral.
BASE (põhimõtteliselt kättesaadav, pehme olek, lõplikult kooskõlaline): See on erinev lähenemine, mis on loodud hajutatud süsteemide jaoks. Põhimõtteliselt kättesaadav tähendab, et süsteem on enamasti kättesaadav. Pehme olek tähendab, et süsteemi olek võib aja jooksul muutuda, isegi ilma sisendita. Lõplikult kooskõlaline tähendab, et süsteem muutub lõpuks kooskõlaliseks, kui see lõpetab sisendi saamise. Saga muster on kooskõlas BASE'i põhimõtetega.

Kaks peamist Saga rakendusstrateegiat

Saga mustri rakendamiseks on kaks peamist viisi: koreograafia ja orkestreerimine.

1. Koreograafiapõhine Saga

Koreograafiapõhises Sagas osaleb iga mikroteenus Sagas, kuulates teiste mikroteenuste avaldatud sündmusi ja reageerides vastavalt. Puudub keskne orkestraator; iga teenus teab oma kohustusi ja millal oma toiminguid sooritada.

Kuidas see töötab:

Saga algab, kui mikroteenus avaldab sündmuse, mis tähistab tehingu algust.
Teised mikroteenused tellivad selle sündmuse ja selle saamisel teostavad oma kohaliku tehingu.
Pärast tehingu lõpuleviimist avaldab iga mikroteenus teise sündmuse, mis näitab selle toimingu õnnestumist või ebaõnnestumist.
Teised mikroteenused kuulavad neid sündmusi ja võtavad vastavaid meetmeid, kas jätkates Saga järgmise sammuga või algatades kompenseerivaid tehinguid, kui ilmneb viga.

Näide: E-kaubanduse tellimuse esitamine (koreograafia)

Tellimuste teenus: Saab uue tellimuse päringu ja avaldab `OrderCreated` sündmuse.
Laoseisu teenus: Tellib `OrderCreated` sündmuse. Sündmuse saamisel kontrollib laoseisu. Kui piisav, reserveerib kaubad ja avaldab `InventoryReserved`. Kui ebapiisav, avaldab `InventoryReservationFailed`.
Makseteenus: Tellib `InventoryReserved` sündmuse. Sündmuse saamisel töötleb makset. Kui õnnestub, avaldab `PaymentProcessed`. Kui ebaõnnestub, avaldab `PaymentFailed`.
Tarneteenus: Tellib `PaymentProcessed` sündmuse. Sündmuse saamisel valmistab saadetise ette ja avaldab `ShipmentPrepared`.
Tellimuste teenus: Tellib `ShipmentPrepared` sündmuse. Sündmuse saamisel märgib tellimuse lõpetatuks.
Kompensatsioon: Kui avaldatakse `PaymentFailed` või `InventoryReservationFailed`, kuulavad teised teenused ja teostavad kompenseerivaid tehinguid (nt reserveeritud laoseisu vabastamine).

Koreograafia plussid:

Lihtsus: Lihtsamate töövoogude puhul on lihtsam rakendada.
Detsentraliseeritus: Soodustab lahtisidestust ja mikroteenuste iseseisvat arengut.

Koreograafia miinused:

Keerukus: Sagas osalejate arvu kasvades võib haldamine muutuda keerukaks.
Nähtavus: Raske on jälgida Saga üldist edenemist ja olekut.
Sidestus: Kuigi soodustab lahtisidestust, peavad teenused siiski olema teadlikud teiste teenuste avaldatud sündmustest.

2. Orkestreerimispõhine Saga

Orkestreerimispõhises Sagas haldab keskne orkestraator (sageli rakendatud eraldi teenusena või olekumasinana) Sagat ja koordineerib osalevate mikroteenuste kohalike tehingute täitmist. Orkestraator ütleb igale teenusele, mida teha ja millal seda teha.

Kuidas see töötab:

Saga algab, kui klient palub orkestraatoril tehingu algatada.
Orkestraator saadab osalevatele mikroteenustele käske nende kohalike tehingute teostamiseks.
Iga mikroteenus teostab oma tehingu ja teavitab orkestraatorit õnnestumisest või ebaõnnestumisest.
Tulemuse põhjal otsustab orkestraator, kas minna edasi järgmise sammuga või algatada kompenseerivaid tehinguid.

Näide: E-kaubanduse tellimuse esitamine (orkestreerimine)

Tellimuste orkestraator: Saab uue tellimuse päringu.
Tellimuste orkestraator: Saadab laoseisu teenusele käsu kaupade reserveerimiseks.
Laoseisu teenus: Reserveerib kaubad ja teavitab tellimuste orkestraatorit.
Tellimuste orkestraator: Saadab makseteenusele käsu makse töötlemiseks.
Makseteenus: Töötleb makse ja teavitab tellimuste orkestraatorit.
Tellimuste orkestraator: Saadab tarneteenusele käsu saadetise ettevalmistamiseks.
Tarneteenus: Valmistab saadetise ette ja teavitab tellimuste orkestraatorit.
Tellimuste orkestraator: Märgib tellimuse lõpetatuks.
Kompensatsioon: Kui mõni samm ebaõnnestub, saadab tellimuste orkestraator asjakohastele teenustele kompenseerivaid käske (nt reserveeritud laoseisu vabastamine).

Orkestreerimise plussid:

Tsentraliseeritud kontroll: Lihtsam hallata ja jälgida Sagat kesksest punktist.
Parem nähtavus: Orkestraator annab selge ülevaate Saga üldisest edenemisest ja olekust.
Vähendatud sidestus: Mikroteenused peavad suhtlema ainult orkestraatoriga, vähendades otseseid sõltuvusi nende vahel.

Orkestreerimise miinused:

Keerukus: Alguses võib olla keerulisem rakendada, eriti lihtsate töövoogude puhul.
Üksik tõrkepunkt: Orkestraatorist võib saada üksik tõrkepunkt, kuigi seda saab leevendada dubleerimise ja tõrketaluvuse meetmetega.

Kompenseerivate tehingute rakendamine

Saga mustri oluline aspekt on kompenseerivate tehingute rakendamine. Need tehingud teostatakse ebaõnnestumise korral varem lõpule viidud tehingute mõju tühistamiseks. Eesmärk on viia süsteem tagasi järjepidevasse olekusse, isegi kui kogu Sagat ei saa lõpule viia.

Põhikaalutlused kompenseerivate tehingute puhul:

Idempotentsus: Kompenseerivad tehingud peaksid olema idempotentsed, mis tähendab, et neid saab käivitada mitu korda ilma tulemust muutmata. See on oluline, kuna tõrkeid võib esineda igal hetkel ja kompenseerivat tehingut võidakse uuesti proovida.
Tõrgete käsitlemine: Ka kompenseerivad tehingud võivad ebaõnnestuda. Teil peab olema strateegia kompenseerivate tehingute tõrgete käsitlemiseks, näiteks uuesti proovimine, vigade logimine ja administraatorite teavitamine.
Andmete kooskõla: Kompenseerivad tehingud peaksid tagama, et andmed jäävad järjepidevaks. See võib hõlmata andmete taastamist eelmisesse olekusse, äsja loodud andmete kustutamist või andmete värskendamist, et kajastada tehingu tühistamist.

Näited kompenseerivatest tehingutest:

Laoseisu teenus: Kui laoseisu teenus reserveeris kaubad, kuid makse ebaõnnestus, oleks kompenseeriv tehing reserveeritud kaupade vabastamine.
Makseteenus: Kui makseteenus töötles makse, kuid tarne ebaõnnestus, võib kompenseeriv tehing hõlmata tagasimakse tegemist.

Väljakutsed ja kaalutlused

Kuigi Saga muster pakub olulisi eeliseid, esitab see ka mõningaid väljakutseid ja kaalutlusi:

Keerukus: Saga mustri rakendamine võib olla keeruline, eriti keerukate äriprotsesside puhul. Hoolikas planeerimine ja disain on hädavajalikud.
Lõplik kooskõla: Saga muster pakub lõplikku kooskõla, mis tähendab, et andmed võivad ajutiselt olla ebajärjekindlad. See võib olla murekoht rakendustele, mis nõuavad tugevaid järjepidevuse garantiisid.
Testimine: Sagade testimine võib olla keeruline nende hajutatud olemuse ja tõrgete võimaluse tõttu erinevates punktides.
Jälgimine: Sagade edenemise ja oleku jälgimine on probleemide tuvastamiseks ja lahendamiseks ülioluline. Teil peavad olema sobivad jälgimisvahendid ja -protsessid.
Idempotentsus: Tehingute ja kompenseerivate tehingute idempotentsuse tagamine on andmete ebajärjekindluse vältimiseks ülioluline.
Isolatsioon: Kuna Sagad hõlmavad mitut kohalikku tehingut, võib isolatsioon olla probleem. Võib olla vajalik kasutada strateegiaid nagu semantilised lukud või optimistlik lukustamine.

Kasutusjuhud ja näited

Saga muster sobib hästi mitmesuguste kasutusjuhtude jaoks, eriti hajutatud süsteemides ja mikroteenuste arhitektuurides. Siin on mõned levinud näited:

E-kaubanduse tellimuste haldamine: Nagu ülaltoodud näidetes illustreeritud, saab Saga mustrit kasutada kogu tellimuse elutsükli haldamiseks, alates tellimuse loomisest kuni makse töötlemise ja tarnimiseni.
Finantstehingud: Saga mustrit saab kasutada keerukate finantstehingute haldamiseks, mis hõlmavad mitut süsteemi, näiteks rahaülekanded, laenutaotlused ja kindlustusnõuded.
Tarneahela juhtimine: Saga mustrit saab kasutada tegevuste koordineerimiseks mitme tarneahela osalise vahel, näiteks tootjad, turustajad ja jaemüüjad.
Tervishoiusüsteemid: Saga mustrit saab kasutada patsiendiandmete haldamiseks ja ravi koordineerimiseks erinevate osakondade ja pakkujate vahel.

Näide: Globaalne pangatehing

Kujutage ette stsenaariumi, mis hõlmab globaalset pangatehingut kahe erineva panga vahel, mis asuvad erinevates riikides ja alluvad erinevatele regulatsioonidele ja vastavuskontrollidele. Saga muster võib tagada, et tehing järgib määratletud samme:

Tehingu algatamine: Klient algatab rahaülekande oma kontolt pangas A (asukoht USA-s) saaja kontole pangas B (asukoht Saksamaal).
Pank A - Konto valideerimine: Pank A valideerib kliendi konto, kontrollib piisavate vahendite olemasolu ja tagab, et puuduvad piirangud.
Vastavuskontroll (Pank A): Pank A teostab vastavuskontrolli, et tagada, et tehing ei rikuks rahapesu tõkestamise (AML) eeskirju ega rahvusvahelisi sanktsioone.
Rahaülekanne (Pank A): Pank A debiteerib kliendi kontot ja saadab raha arvelduskojale või vahendajapangale.
Arvelduskoja töötlemine: Arvelduskoda töötleb tehingu, teostab valuutavahetuse (USD -> EUR) ja suunab raha panka B.
Pank B - Konto valideerimine: Pank B valideerib saaja konto ja tagab, et see on aktiivne ja sobilik raha vastuvõtmiseks.
Vastavuskontroll (Pank B): Pank B teostab oma vastavuskontrolli, järgides Saksamaa ja EL-i regulatsioone.
Konto krediteerimine (Pank B): Pank B krediteerib saaja kontot.
Kinnitus: Pank B saadab kinnitusteate panka A, mis seejärel teavitab klienti tehingu lõpuleviimisest.

Kompenseerivad tehingud:

Kui vastavuskontroll pangas A ebaõnnestub, tühistatakse tehing ja kliendi kontot ei debiteerita.
Kui vastavuskontroll pangas B ebaõnnestub, tagastatakse raha panka A ja kliendi konto krediteeritakse tagasi.
Kui arvelduskojas esineb probleeme valuutavahetuse või suunamisega, pööratakse tehing tagasi ja raha tagastatakse panka A.

Tööriistad ja tehnoloogiad

Saga mustri rakendamisel võivad abiks olla mitmed tööriistad ja tehnoloogiad:

Sõnumijärjekorrad: Apache Kafka, RabbitMQ ja Amazon SQS saab kasutada sündmuste avaldamiseks ja tellimiseks koreograafiapõhises Sagas.
Töövoomootorid: Camunda, Zeebe ja Apache Airflow saab kasutada orkestraatorite rakendamiseks ja keerukate töövoogude haldamiseks.
Sündmuste hankimine (Event Sourcing): Sündmuste hankimist saab kasutada Sagas toimunud sündmuste ajaloo jälgimiseks ja ebaõnnestumise korral tagasivõtmise hõlbustamiseks.
Hajutatud tehinguhaldurid: Mõningaid hajutatud tehinguhaldureid, nagu Atomikos, saab kasutada tehingute koordineerimiseks mitme teenuse vahel. Siiski ei pruugi need sobida kõikidele mikroteenuste arhitektuuridele nende omaste piirangute tõttu hajutatud keskkondades.
Saga raamistikud: On olemas ka Saga raamistikke, mis pakuvad abstraktsioone ja tööriistu Saga mustri rakendamiseks.

Parimad tavad Saga mustri rakendamiseks

Saga mustri tõhusaks rakendamiseks kaaluge järgmisi parimaid tavasid:

Hoolikas disain: Analüüsige põhjalikult oma ärinõudeid ja kujundage Saga vastavalt. Tuvastage osalevad mikroteenused, tehingute jada ja kompenseerivad toimingud.
Idempotentsus: Tagage, et kõik tehingud ja kompenseerivad tehingud on idempotentsed.
Vigade käsitlemine: Rakendage robustseid vigade käsitlemise mehhanisme, et tulla toime tõrgetega Saga igas punktis.
Jälgimine ja logimine: Rakendage põhjalikku jälgimist ja logimist, et jälgida Sagade edenemist ja olekut.
Testimine: Testige oma Sagasid põhjalikult, et tagada nende korrektne toimimine ja sujuv tõrgetega toimetulek.
Semantilised lukud: Rakendage semantilisi lukke, et vältida samaaegseid uuendusi samadele andmetele erinevate Sagade poolt.
Optimistlik lukustamine: Kasutage optimistlikku lukustamist, et avastada ja vältida konflikte samaaegsete tehingute vahel.
Valige õige rakendusstrateegia: Kaaluge hoolikalt koreograafia ja orkestreerimise vahelisi kompromisse ja valige strateegia, mis sobib teie vajadustega kõige paremini.
Määratlege selged kompensatsioonipoliitikad: Kehtestage selged reeglid kompensatsiooni käsitlemiseks, sealhulgas tingimused, mille alusel kompensatsioon käivitatakse, ja konkreetsed meetmed, mis tuleb võtta.

Kokkuvõte

Saga muster on võimas vahend hajutatud tehingute haldamiseks mikroteenuste arhitektuurides. Jaotades tehingud mitmeks väiksemaks iseseisvaks tehinguks ja pakkudes mehhanismi tõrgete kompenseerimiseks, võimaldab Saga muster säilitada andmete kooskõla ja ehitada vastupidavaid, skaleeritavaid ja lahtisidestatud süsteeme. Kuigi Saga mustri rakendamine võib olla keeruline, muudavad selle pakutavad eelised paindlikkuse, skaleeritavuse ja vastupidavuse osas selle väärtuslikuks varaks igas mikroteenuste arhitektuuris.

Saga mustri nüansside, koreograafia ja orkestreerimise vaheliste kompromisside ning kompenseerivate tehingute olulisuse mõistmine annab teile võime kavandada ja rakendada robustseid hajutatud süsteeme, mis vastavad tänapäeva keerukate ärikeskkondade nõudmistele. Saga mustri omaksvõtmine on samm tõeliselt vastupidavate ja skaleeritavate mikroteenuste arhitektuuride ehitamise suunas, mis suudavad enesekindlalt hakkama saada ka kõige keerukamate hajutatud tehingutega. Ärge unustage selle mustri rakendamisel arvestada oma konkreetsete vajaduste ja kontekstiga ning täiustage oma rakendust pidevalt reaalmaailma kogemuste ja tagasiside põhjal.