Saga muster: juhend hajutatud tehingute koordineerimiseks

Kaasaegse tarkvaraarhitektuuri valdkonnas, eriti mikroteenuste esilekerkimisega, on andmete järjepidevuse haldamine mitme teenuse vahel muutunud märkimisväärseks väljakutseks. Traditsioonilised ACID (Atomicity, Consistency, Isolation, Durability) tehingud, mis toimivad hästi ühes andmebaasis, jäävad hajutatud keskkondades sageli hätta. Saga muster on võimas lahendus tehingute orkestreerimiseks mitme teenuse vahel, tagades samal ajal andmete järjepidevuse ja vastupidavuse.

Mis on Saga muster?

Saga muster on disainimuster, mis aitab hallata hajutatud tehinguid mikroteenuste arhitektuuris. Selle asemel, et tugineda ühele suurele ACID-tehingule, jaotab Saga äritehingu väiksemateks lokaalseteks tehinguteks. Iga lokaalne tehing uuendab andmeid ühes teenuses ja käivitab seejärel järgmise tehingu järjestuses. Kui üks lokaalsetest tehingutest ebaõnnestub, täidab Saga rea kompenseerivaid tehinguid, et tühistada eelnevate tehingute mõjud, tagades andmete järjepidevuse kogu süsteemis.

Kujutage seda ette nagu doominokette. Iga doomino esindab lokaalset tehingut kindlas mikroteenuses. Kui üks doomino kukub (tehing lõpeb), käivitab see järgmise. Kui doomino ei kuku (tehing ebaõnnestub), peate juba langenud doominod hoolikalt tagasi püsti tõstma (kompenseerivad tehingud).

Miks kasutada Saga mustrit?

Siin on põhjused, miks Saga muster on mikroteenuste arhitektuuride jaoks oluline:

• Hajutatud tehingud: See võimaldab hallata tehinguid, mis hõlmavad mitut teenust, ilma et peaks tuginema hajutatud kaheetapilisele kinnitamise (2PC) protokollidele, mis võivad olla keerulised ja tekitada jõudluse kitsaskohti.
• Lõplik konsistentsus: See võimaldab lõplikku konsistentsust teenuste vahel. Andmed ei pruugi kohe kõigis teenustes konsistentsed olla, kuid jõuavad lõpuks konsistentse olekuni.
• Veataluvus: Kompenseerivate tehingute rakendamisega suurendab Saga muster veataluvust. Kui teenus ebaõnnestub, saab süsteem elegantselt taastuda, tühistades eelnevate tehingute tehtud muudatused.
• Lahutatus: See soodustab teenuste vahelist nõrka sidumist. Iga teenus vastutab oma lokaalse tehingu eest, vähendades sõltuvusi teenuste vahel.
• Skaleeritavus: See toetab skaleeritavust, võimaldades iga teenust iseseisvalt skaleerida.

Saga mustri tüübid

Saga mustri rakendamiseks on kaks peamist viisi:

1. Koreograafiapõhine Saga

Koreograafiapõhises Sagas kuulab iga teenus teiste teenuste poolt avaldatud sündmusi ja otsustab, kas nende sündmuste põhjal tegutseda. Saga haldamiseks puudub keskne orkestraator. Selle asemel osaleb iga teenus Sagas, reageerides sündmustele ja avaldades uusi sündmusi.

Kuidas see toimib:

1. Algatav teenus alustab Sagat, sooritades oma lokaalse tehingu ja avaldades sündmuse.
2. Teised teenused tellivad selle sündmuse ja pärast selle vastuvõtmist sooritavad oma lokaalsed tehingud ja avaldavad uusi sündmusi.
3. Kui mõni tehing ebaõnnestub, avaldab vastav teenus kompenseeriva sündmuse.
4. Teised teenused kuulavad kompenseerivaid sündmusi ja täidavad oma kompenseerivaid tehinguid, et tühistada oma eelnevad toimingud.

Näide:

Mõelgem e-kaubanduse tellimuste täitmise protsessile, mis hõlmab kolme teenust: Tellimuse teenus, Makseteenus ja Lao teenus.

1. Tellimuse teenus: Saabub uus tellimus ja avaldatakse sündmus `OrderCreated`.
2. Makseteenus: Tellib `OrderCreated` sündmuse, töötleb makse ja avaldab sündmuse `PaymentProcessed`.
3. Lao teenus: Tellib `PaymentProcessed` sündmuse, broneerib laoseisu ja avaldab sündmuse `InventoryReserved`.
4. Kui Lao teenus ei suuda laoseisu broneerida, avaldab see sündmuse `InventoryReservationFailed`.
5. Makseteenus: Tellib `InventoryReservationFailed` sündmuse, tagastab makse ja avaldab sündmuse `PaymentRefunded`.
6. Tellimuse teenus: Tellib `PaymentRefunded` sündmuse ja tühistab tellimuse.

Eelised:

• Lihtsus: Lihtne rakendada lihtsate Sagade puhul, kus on vähe osalejaid.
• Nõrk sidusus: Teenused on nõrgalt seotud ja saavad iseseisvalt areneda.

Puudused:

• Keerukus: Keeruliste Sagade puhul, kus on palju osalejaid, muutub haldamine keeruliseks.
• Jälgimine: Raske on jälgida Saga edenemist ja siluda probleeme.
• Tsüklilised sõltuvused: Võib viia teenuste vaheliste tsükliliste sõltuvusteni.

2. Orkestreerimispõhine Saga

Orkestreerimispõhises Sagas haldab Saga täitmist keskne orkestraatorteenus. Orkestraatorteenus ütleb igale teenusele, millal oma lokaalne tehing sooritada ja millal vajaduse korral kompenseerivad tehingud täita.

Kuidas see toimib:

1. Orkestraatorteenus saab taotluse Saga käivitamiseks.
2. See saadab igale teenusele käsud oma lokaalse tehingu sooritamiseks.
3. Orkestraator jälgib iga tehingu tulemust.
4. Kui kõik tehingud õnnestuvad, lõpeb Saga.
5. Kui mõni tehing ebaõnnestub, saadab orkestraator vastavatele teenustele kompenseerivad käsud eelnevate tehingute mõjude tühistamiseks.

Näide:

Kasutades sama e-kaubanduse tellimuste täitmise protsessi, koordineeriks sammud orkestraatorteenus (Saga orkestraator):

1. Saga orkestraator: Saab uue tellimuse taotluse.
2. Saga orkestraator: Saadab käsu `ProcessOrder` Tellimuse teenusele.
3. Tellimuse teenus: Töötleb tellimuse ja teatab Saga orkestraatorile edu või ebaõnnestumise.
4. Saga orkestraator: Saadab käsu `ProcessPayment` Makseteenusele.
5. Makseteenus: Töötleb makse ja teatab Saga orkestraatorile edu või ebaõnnestumise.
6. Saga orkestraator: Saadab käsu `ReserveInventory` Lao teenusele.
7. Lao teenus: Broneerib laoseisu ja teatab Saga orkestraatorile edu või ebaõnnestumise.
8. Kui Lao teenus ebaõnnestub, teatab see Saga orkestraatorile.
9. Saga orkestraator: Saadab käsu `RefundPayment` Makseteenusele.
10. Makseteenus: Tagastab makse ja teatab Saga orkestraatorile.
11. Saga orkestraator: Saadab käsu `CancelOrder` Tellimuse teenusele.
12. Tellimuse teenus: Tühistab tellimuse ja teatab Saga orkestraatorile.

Eelised:

• Tsentraliseeritud haldus: Lihtsam hallata keerulisi Sagasi, kus on palju osalejaid.
• Parem jälgitavus: Lihtsam jälgida Saga edenemist ja siluda probleeme.
• Vähendatud sõltuvused: Vähendab tsüklilisi sõltuvusi teenuste vahel.

Puudused:

• Suurenenud keerukus: Nõuab keskset orkestraatorteenust, lisades arhitektuurile keerukust.
• Ühekordne rikkepunkt: Orkestraatorteenus võib muutuda ühekordseks rikkepunktiks.

Koreograafia ja orkestreerimise vahel valimine

Valik koreograafia ja orkestreerimise vahel sõltub Saga keerukusest ja osalevate teenuste arvust. Siin on üldine juhis:

• Koreograafia: Sobib lihtsate Sagade puhul, kus on vähe osalejaid ja teenused on suhteliselt iseseisvad. Hea stsenaariumide puhul nagu põhikonto loomine või lihtsad e-kaubanduse tehingud.
• Orkestreerimine: Sobib keeruliste Sagade puhul, kus on palju osalejaid või kui on vaja tsentraliseeritud kontrolli ja nähtavust Saga täitmise üle. Ideaalne keeruliste finantstehingute, tarneahela halduse või mis tahes protsessi puhul, millel on keerukad sõltuvused ja tagasipööramise nõuded.

Saga mustri rakendamine

Saga mustri rakendamine nõuab hoolikat planeerimist ja mitme teguri arvestamist.

1. Määratlege Saga sammud

Määratlege individuaalsed lokaalsed tehingud, mis moodustavad Saga. Iga tehingu jaoks määratlege järgmised:

• Teenus: Teenus, mis vastutab tehingu sooritamise eest.
• Tegevus: Tehingu poolt sooritatav tegevus.
• Andmed: Tehingu sooritamiseks vajalikud andmed.
• Kompenseeriv tegevus: Tegevus, mis tuleb sooritada tehingu mõjude tühistamiseks.

2. Valige rakendusviis

Otsustage, kas kasutada koreograafiat või orkestreerimist. Kaaluge Saga keerukust ning tsentraliseeritud kontrolli ja hajutatud vastutuse vahelisi kompromisse.

3. Rakendage kompenseerivad tehingud

Rakendage iga lokaalse tehingu jaoks kompenseerivad tehingud. Kompenseerivad tehingud peaksid tühistama algse tehingu mõjud ja taastama süsteemi järjepidevasse olekusse.

Olulised kaalutlused kompenseerivate tehingute puhul:

• Idempotentsus: Kompenseerivad tehingud peaksid olema idempotentsed, mis tähendab, et neid saab täita mitu korda ilma soovimatuid kõrvalmõjusid põhjustamata. See on ülioluline, sest kompenseeriv tehing võidakse uuesti proovida, kui see algselt ebaõnnestub.
• Aatomsus: Ideaalis peaks kompenseeriv tehing olema aatomiline. Kuid tõelise aatomsuse saavutamine hajutatud keskkonnas võib olla keeruline. Püüdke aatomsusele võimalikult lähedale jõuda.
• Püsivus: Veenduge, et kompenseerivad tehingud on püsivad, mis tähendab, et nende mõjud säilivad isegi teenuse kokkujooksmisel.

4. Käsitlege rikkeid ja uuestiproovimisi

Rakendage tugev veakäsitlus ja uuestiproovimise mehhanismid rikete elegantseks käsitlemiseks. Kaaluge selliste tehnikate kasutamist nagu:

• Eksponentsiaalne tagasilükkamine (Exponential Backoff): Proovige ebaõnnestunud tehinguid uuesti suurenevate viivitustega, et vältida süsteemi ülekoormust.
• Kaitselüliti (Circuit Breaker): Takistage teenusel korduvalt ebaõnnestuvat teenust välja kutsumast, et vältida kaskaadseid rikkeid.
• Surnud kirjade järjekord (Dead Letter Queue): Saatke ebaõnnestunud sõnumid surnud kirjade järjekorda hilisemaks analüüsiks ja uuesti töötlemiseks.

5. Tagage idempotentsus

Veenduge, et kõik lokaalsed tehingud ja kompenseerivad tehingud on idempotentsed. See on oluline uuestiproovimiste käsitlemiseks ja andmete järjepidevuse tagamiseks.

6. Jälgige ja trace'ige Sagasi

Rakendage jälgimist ja trace'imist, et jälgida Sagade edenemist ja tuvastada võimalikke probleeme. Kasutage hajutatud trace'imise tööriistu sündmuste korreleerimiseks mitme teenuse vahel.

Saga mustri rakendustehnoloogiad

Saga mustri rakendamisel saavad abiks olla mitmed tehnoloogiad:

• Sõnumijärjekorrad (RabbitMQ, Kafka): Hõlbustavad teenuste vahelist asünkroonset suhtlust, võimaldades sündmuspõhiseid Sagasi.
• Sündmuse hankimine (Event Sourcing): Säilitab rakenduse oleku sündmuste jadana, pakkudes täielikku auditeerimise jälgitavust ja võimaldades sündmuste taasesitust taastamise eesmärgil.
• Saga orkestreerimise raamistikud: Raamistikud nagu Apache Camel, Netflix Conductor ja Temporal pakuvad tööriistu ja abstraktsioone Sagade loomiseks ja haldamiseks.
• Andmebaasi tehinguhaldurid (lokaalseteks tehinguteks): Relatsioonilised andmebaasid (nt PostgreSQL, MySQL) ja NoSQL andmebaasid pakuvad tehinguhaldureid ACID-omaduste tagamiseks ühes teenuses.

Saga mustri kasutamise väljakutsed

Kuigi Saga muster pakub märkimisväärseid eeliseid, esitab see ka teatud väljakutseid:

• Keerukus: Saga mustri rakendamine võib olla keeruline, eriti keerukate äriprotsesside puhul.
• Lõplik konsistentsus: Lõpliku konsistentsusega tegelemine nõuab hoolikat kaalumist võimalike võistlusolukordade ja andmete ebakõlade osas.
• Testimine: Sagade testimine võib olla keeruline nende hajutatud olemuse ja rikete simuleerimise vajaduse tõttu.
• Silumine: Sagade silumine võib olla raske, eriti koreograafiapõhistes rakendustes, kus puudub keskne orkestraator.
• Idempotentsus: Tehingute ja kompenseerivate tehingute idempotentsuse tagamine on ülioluline, kuid seda võib olla keeruline rakendada.

Parimad praktikad Saga mustri rakendamisel

Väljakutsete leevendamiseks ja Saga mustri eduka rakendamise tagamiseks kaaluge järgmisi parimaid praktikaid:

• Alustage väikeselt: Alustage lihtsatest Sagadest ja suurendage järk-järgult keerukust kogemuste omandamisel.
• Määratlege selged piirid: Määratlege selgelt iga teenuse piirid ja veenduge, et iga teenus vastutab oma andmete eest.
• Kasutage domeenisündmusi: Kasutage domeenisündmusi teenuste vaheliseks suhtluseks ja Saga sammude käivitamiseks.
• Rakendage kompenseerivaid tehinguid hoolikalt: Veenduge, et kompenseerivad tehingud on idempotentsed, aatomilised ja püsivad.
• Jälgige ja trace'ige Sagasi: Rakendage põhjalikku jälgimist ja trace'imist, et jälgida Sagade edenemist ja tuvastada võimalikke probleeme.
• Disainige rikete jaoks: Kujundage oma süsteem rikete elegantseks käsitlemiseks ja veenduge, et süsteem suudab riketest taastuda andmeid kaotamata.
• Dokumenteerige kõik: Dokumenteerige põhjalikult Saga disain, rakendamine ja testimisprotseduurid.

Saga mustri reaalsed näited praktikas

Saga mustrit kasutatakse erinevates tööstusharudes hajutatud tehingute haldamiseks keerulistes äriprotsessides. Siin on mõned näited:

• E-kaubandus: Tellimuste täitmine, maksete töötlemine, laohaldus ja kohaletoimetamine. Näiteks kui klient esitab tellimuse, haldab Saga laoseisu broneerimise, makse töötlemise ja saadetise loomise protsessi. Kui mõni samm ebaõnnestub (nt ebapiisav laoseis), kompenseerib Saga broneeritud laoseisu vabastamisega ja makse tagastamisega. Alibaba, ülemaailmne e-kaubanduse hiiglane, kasutab Saga mustreid oma tohutul turuplatsil laialdaselt, et tagada tehingute järjepidevus arvukate mikroteenuste vahel.
• Finantsteenused: Rahasiirded, laenutaotlused ja krediitkaarditehingud. Mõelge piiriülesele rahaülekandele: Saga võiks koordineerida ühelt kontolt debiteerimist, valuutavahetust ja teisele kontole krediteerimist. Kui valuutavahetus ebaõnnestub, tühistavad kompenseerivad tehingud debiteerimise ja takistavad ebakõlasid. TransferWise (nüüd Wise), finantstehnoloogia ettevõte, mis on spetsialiseerunud rahvusvahelistele rahaülekannetele, tugineb Saga mustritele, et tagada oma tehingute usaldusväärsus ja järjepidevus erinevate pangasüsteemide vahel kogu maailmas.
• Tervishoid: Patsiendi registreerimine, vastuvõtuaegade planeerimine ja meditsiiniliste andmete uuendused. Kui patsient registreerib vastuvõtule, võiks Saga hallata uue patsiendi andmete loomise, vastuvõtu planeerimise ja asjaomaste tervishoiuteenuse osutajate teavitamise protsessi. Kui vastuvõtu planeerimine ebaõnnestub, eemaldavad kompenseerivad tehingud vastuvõtu ja teavitavad patsienti.
• Tarneahela haldus: Tellimuste töötlemine, laohaldus ja tarnegraafikute koostamine. Kui tellimus on vastu võetud, võiks Saga hallata laoseisu broneerimist, esemete pakendamist, tarne planeerimist ja kliendi teavitamist. Kui üks neist sammudest ebaõnnestub, saab kompenseerivat tegevust kasutada tellimuse tühistamiseks, esemete tagastamiseks lattu ja kliendi teavitamiseks tühistamisest.

Kokkuvõte

Saga muster on väärtuslik tööriist hajutatud tehingute haldamiseks mikroteenuste arhitektuurides. Jaotades äritehingud lokaalsete tehingute jadaks ja rakendades kompenseerivaid tehinguid, saate tagada andmete järjepidevuse ja vastupidavuse hajutatud keskkonnas. Kuigi Saga muster esitab teatud väljakutseid, aitab parimate praktikate järgimine ja sobivate tehnoloogiate kasutamine seda edukalt rakendada ning luua tugevaid, skaleeritavaid ja veataluvaid rakendusi.

Kuna mikroteenused muutuvad üha levinumaks, mängib Saga muster jätkuvalt olulist rolli hajutatud tehingute haldamisel ja andmete järjepidevuse tagamisel keerukates süsteemides. Saga mustri omaksvõtmine on võtmesamm kaasaegsete, vastupidavate ja skaleeritavate rakenduste loomise suunas, mis suudavad vastata tänapäeva ärimaastiku nõudmistele.