Saga-malli: Opas hajautettujen transaktioiden koordinointiin

Nykyaikaisen ohjelmistoarkkitehtuurin alalla, erityisesti mikropalveluiden yleistyessä, tietojen johdonmukaisuuden hallinnasta useissa palveluissa on tullut merkittävä haaste. Perinteiset ACID-transaktiot (Atomicity, Consistency, Isolation, Durability), jotka toimivat hyvin yhdessä tietokannassa, eivät usein riitä hajautetuissa ympäristöissä. Saga-malli nousee tehokkaaksi ratkaisuksi transaktioiden orkestrointiin useissa palveluissa varmistaen samalla tietojen johdonmukaisuuden ja kestävyyden.

Mikä on Saga-malli?

Saga-malli on suunnittelumalli, joka auttaa hallitsemaan hajautettuja transaktioita mikropalveluarkkitehtuurissa. Sen sijaan, että luotetaan yhteen suureen ACID-transaktioon, Saga pilkkoo liiketoimintatransaktion sarjaksi pienempiä, paikallisia transaktioita. Jokainen paikallinen transaktio päivittää tietoja yhdessä palvelussa ja käynnistää sitten seuraavan transaktion sarjassa. Jos jokin paikallisista transaktioista epäonnistuu, Saga suorittaa sarjan kompensoivia transaktioita kumotakseen edeltävien transaktioiden vaikutukset ja varmistaen tietojen johdonmukaisuuden koko järjestelmässä.

Ajattele sitä kuin sarjaa dominoita. Jokainen domino edustaa paikallista transaktiota tietyssä mikropalvelussa. Kun yksi domino kaatuu (transaktio valmistuu), se käynnistää seuraavan. Jos domino ei kaadu (transaktio epäonnistuu), sinun on varovasti työnnettävä jo kaatuneet dominot takaisin ylös (kompensoivat transaktiot).

Miksi käyttää Saga-mallia?

Tässä syitä, miksi Saga-malli on olennainen mikropalveluarkkitehtuureille:

• Hajautetut transaktiot: Sen avulla voit hallita transaktioita, jotka kattavat useita palveluita, ilman että tarvitsee luottaa hajautettuihin kaksivaiheisiin commit-protokolliin (2PC), jotka voivat olla monimutkaisia ja aiheuttaa suorituskyvyn pullonkauloja.
• Mahdollinen yhdenmukaisuus: Se mahdollistaa mahdollisen yhdenmukaisuuden palveluiden välillä. Tiedot eivät ehkä ole heti johdonmukaisia kaikissa palveluissa, mutta ne saavuttavat lopulta johdonmukaisen tilan.
• Vikasietoisuus: Toteuttamalla kompensoivia transaktioita Saga-malli parantaa vikasietoisuutta. Jos palvelu epäonnistuu, järjestelmä voi palautua sulavasti kumoamalla edellisten transaktioiden tekemät muutokset.
• Irrottaminen: Se edistää palveluiden välistä löysää kytkentää. Jokainen palvelu on vastuussa omasta paikallisesta transaktiostaan, mikä vähentää palveluiden välisiä riippuvuuksia.
• Skaalautuvuus: Se tukee skaalautuvuutta sallimalla jokaisen palvelun skaalautua itsenäisesti.

Saga-mallien tyypit

Saga-malli voidaan toteuttaa kahdella pääasiallisella tavalla:

1. Koreografiaan perustuva Saga

Koreografiaan perustuvassa Sagassa jokainen palvelu kuuntelee muiden palveluiden julkaisemia tapahtumia ja päättää, ryhtyykö toimiin näiden tapahtumien perusteella. Sagaa ei hallitse mikään keskitetty orkestroija. Sen sijaan jokainen palvelu osallistuu Sagaan reagoimalla tapahtumiin ja julkaisemalla uusia tapahtumia.

Kuinka se toimii:

1. Aloittava palvelu käynnistää Sagan suorittamalla paikallisen transaktionsa ja julkaisemalla tapahtuman.
2. Muut palvelut tilaavat tämän tapahtuman ja suorittavat sen vastaanotettuaan paikalliset transaktionsa ja julkaisevat uusia tapahtumia.
3. Jos jokin transaktio epäonnistuu, vastaava palvelu julkaisee kompensoivan tapahtuman.
4. Muut palvelut kuuntelevat kompensoivia tapahtumia ja suorittavat kompensoivat transaktionsa kumotakseen aiemmat toimensa.

Esimerkki:

Oletetaan, että verkkokaupan tilauksen täyttöprosessiin osallistuu kolme palvelua: Tilauspalvelu, Maksu palvelu ja Varastopalvelu.

1. Tilauspalvelu: Vastaanottaa uuden tilauksen ja julkaisee `TilausLuotu` -tapahtuman.
2. Maksu palvelu: Tilaa `TilausLuotu` -tapahtuman, käsittelee maksun ja julkaisee `MaksuKäsitelty` -tapahtuman.
3. Varastopalvelu: Tilaa `MaksuKäsitelty` -tapahtuman, varaa varaston ja julkaisee `VarastoVarattu` -tapahtuman.
4. Jos Varastopalvelu ei pysty varaamaan varastoa, se julkaisee `VarastonVarausEpäonnistui` -tapahtuman.
5. Maksu palvelu: Tilaa `VarastonVarausEpäonnistui` -tapahtuman, palauttaa maksun ja julkaisee `MaksuPalautettu` -tapahtuman.
6. Tilauspalvelu: Tilaa `MaksuPalautettu` -tapahtuman ja peruuttaa tilauksen.

Edut:

• Yksinkertaisuus: Helppo toteuttaa yksinkertaisille Sagoille, joissa on vähän osallistujia.
• Löysä kytkentä: Palvelut ovat löysästi kytkettyjä ja voivat kehittyä itsenäisesti.

Haitat:

• Monimutkaisuus: Muuttuu vaikeaksi hallita monimutkaisissa Sagoissa, joissa on paljon osallistujia.
• Jäljittäminen: Sagan edistymisen jäljittäminen ja ongelmien virheenkorjaus on vaikeaa.
• Sykliset riippuvuudet: Voi johtaa syklisiin riippuvuuksiin palveluiden välillä.

2. Orkestrointiin perustuva Saga

Orkestrointiin perustuvassa Sagassa keskitetty orkestrointipalvelu hallitsee Sagan suoritusta. Orkestrointipalvelu kertoo kullekin palvelulle, milloin sen on suoritettava paikallinen transaktionsa ja milloin kompensoivat transaktiot tarvittaessa.

Kuinka se toimii:

1. Orkestrointipalvelu vastaanottaa pyynnön käynnistää Saga.
2. Se lähettää komentoja kullekin palvelulle suorittaakseen paikallisen transaktionsa.
3. Orkestroija valvoo jokaisen transaktion tulosta.
4. Jos kaikki transaktiot onnistuvat, Saga valmistuu.
5. Jos jokin transaktio epäonnistuu, orkestroija lähettää kompensoivia komentoja asianmukaisille palveluille kumotakseen edellisten transaktioiden vaikutukset.

Esimerkki:

Käyttämällä samaa verkkokaupan tilauksen täyttöprosessia orkestrointipalvelu (Saga-orkestroija) koordinoisi vaiheet:

1. Saga-orkestroija: Vastaanottaa uuden tilauspyynnön.
2. Saga-orkestroija: Lähettää `KäsitteleTilaus` -komennon Tilauspalvelulle.
3. Tilauspalvelu: Käsittelee tilauksen ja ilmoittaa Saga-orkestroijalle onnistumisesta tai epäonnistumisesta.
4. Saga-orkestroija: Lähettää `KäsitteleMaksu` -komennon Maksu palvelulle.
5. Maksu palvelu: Käsittelee maksun ja ilmoittaa Saga-orkestroijalle onnistumisesta tai epäonnistumisesta.
6. Saga-orkestroija: Lähettää `VaraaVarasto` -komennon Varastopalvelulle.
7. Varastopalvelu: Varaa varaston ja ilmoittaa Saga-orkestroijalle onnistumisesta tai epäonnistumisesta.
8. Jos Varastopalvelu epäonnistuu, se ilmoittaa Saga-orkestroijalle.
9. Saga-orkestroija: Lähettää `PalautaMaksu` -komennon Maksu palvelulle.
10. Maksu palvelu: Palauttaa maksun ja ilmoittaa Saga-orkestroijalle.
11. Saga-orkestroija: Lähettää `PeruutaTilaus` -komennon Tilauspalvelulle.
12. Tilauspalvelu: Peruuttaa tilauksen ja ilmoittaa Saga-orkestroijalle.

Edut:

• Keskitetty hallinta: Helpompi hallita monimutkaisia Sagoja, joissa on paljon osallistujia.
• Parannettu jäljittäminen: Sagan edistymisen jäljittäminen ja ongelmien virheenkorjaus on helpompaa.
• Vähennetyt riippuvuudet: Vähentää syklisiä riippuvuuksia palveluiden välillä.

Haitat:

• Lisääntynyt monimutkaisuus: Vaatii keskitetyn orkestrointipalvelun, mikä lisää arkkitehtuurin monimutkaisuutta.
• Yksi virhepiste: Orkestrointipalvelusta voi tulla yksi virhepiste.

Koreografian ja orkestroinnin välillä valitseminen

Valinta koreografian ja orkestroinnin välillä riippuu Sagan monimutkaisuudesta ja osallistuvien palveluiden määrästä. Tässä on yleinen ohje:

• Koreografia: Sopii yksinkertaisille Sagoille, joissa on vähän osallistujia ja joissa palvelut ovat suhteellisen itsenäisiä. Hyvä esimerkiksi perustilin luomiseen tai yksinkertaisiin verkkokauppatransaktioihin.
• Orkestrointi: Sopii monimutkaisille Sagoille, joissa on paljon osallistujia tai kun tarvitset keskitettyä hallintaa ja näkyvyyttä Sagan suorittamiseen. Ihanteellinen monimutkaisiin rahoitustransaktioihin, toimitusketjun hallintaan tai mihin tahansa prosessiin, jossa on monimutkaisia riippuvuuksia ja palautusvaatimuksia.

Saga-mallin toteuttaminen

Saga-mallin toteuttaminen edellyttää huolellista suunnittelua ja useiden tekijöiden huomioimista.

1. Määritä Sagan vaiheet

Tunnista yksittäiset paikalliset transaktiot, jotka muodostavat Sagan. Määritä kullekin transaktiolle seuraavat:

• Palvelu: Palvelu, joka on vastuussa transaktion suorittamisesta.
• Toiminto: Transaktion suoritettava toiminto.
• Data: Transaktion suorittamiseen tarvittavat tiedot.
• Kompensoiva toiminto: Toiminto, joka on suoritettava transaktion vaikutusten kumoamiseksi.

2. Valitse toteutustapa

Päätä, käytetäänkö koreografiaa vai orkestrointia. Harkitse Sagan monimutkaisuutta ja keskitetyn hallinnan ja hajautetun vastuun välisiä kompromisseja.

3. Toteuta kompensoivat transaktiot

Toteuta kompensoivat transaktiot kullekin paikalliselle transaktiolle. Kompensoivien transaktioiden tulisi kumota alkuperäisen transaktion vaikutukset ja palauttaa järjestelmä johdonmukaiseen tilaan.

Tärkeitä huomioita kompensoiville transaktioille:

• Idempotenssi: Kompensoivien transaktioiden tulee olla idempotentteja, mikä tarkoittaa, että ne voidaan suorittaa useita kertoja aiheuttamatta tahattomia sivuvaikutuksia. Tämä on ratkaisevan tärkeää, koska kompensoivaa transaktiota voidaan yrittää uudelleen, jos se epäonnistuu aluksi.
• Atomisuus: Ihannetapauksessa kompensoivan transaktion tulisi olla atominen. Todellisen atomisuuden saavuttaminen hajautetussa ympäristössä voi kuitenkin olla haastavaa. Pyri parhaaseen mahdolliseen atomisuuden likiarvoon.
• Kestävyys: Varmista, että kompensoivat transaktiot ovat kestäviä, mikä tarkoittaa, että niiden vaikutukset säilyvät, vaikka palvelu kaatuisi.

4. Käsittele virheitä ja uudelleenyrityksiä

Toteuta vankka virheiden käsittely ja uudelleenyritysmekanismit virheiden käsittelemiseksi sulavasti. Harkitse seuraavia tekniikoita:

• Eksponentiaalinen Backoff: Yritä epäonnistuneita transaktioita uudelleen kasvavilla viiveillä, jotta järjestelmää ei ylikuormiteta.
• Katkaisija: Estä palvelua toistuvasti kutsumasta epäonnistuvaa palvelua kaskadivikojen välttämiseksi.
• Dead Letter Queue: Lähetä epäonnistuneet viestit Dead Letter Queue -jonoon myöhempää analyysiä ja uudelleenkäsittelyä varten.

5. Varmista Idempotenssi

Varmista, että kaikki paikalliset transaktiot ja kompensoivat transaktiot ovat idempotentteja. Tämä on ratkaisevan tärkeää uudelleenyritysten käsittelemiseksi ja tietojen johdonmukaisuuden varmistamiseksi.

6. Valvo ja jäljitä Sagoja

Toteuta valvonta ja jäljitys Sagojen edistymisen seuraamiseksi ja mahdollisten ongelmien tunnistamiseksi. Käytä hajautettuja jäljitystyökaluja tapahtumien korreloimiseksi useissa palveluissa.

Saga-mallin toteutustekniikat

Useat tekniikat voivat auttaa Saga-mallin toteuttamisessa:

• Viestijonot (RabbitMQ, Kafka): Helpottavat asynkronista tiedonsiirtoa palveluiden välillä, mikä mahdollistaa tapahtumapohjaiset Sagat.
• Tapahtumalähde: Säilytä sovelluksen tila tapahtumien sarjana, mikä tarjoaa täydellisen tarkastusketjun ja mahdollistaa tapahtumien toiston palautumista varten.
• Saga-orkestrointikehykset: Kehykset, kuten Apache Camel, Netflix Conductor ja Temporal, tarjoavat työkaluja ja abstraktioita Sagojen rakentamiseen ja hallintaan.
• Tietokannan transaktioiden hallinta (paikallisia transaktioita varten): Relaatiotietokannat (esim. PostgreSQL, MySQL) ja NoSQL-tietokannat tarjoavat transaktioiden hallintaa ACID-ominaisuuksien varmistamiseksi yhdessä palvelussa.

Saga-mallin käytön haasteet

Vaikka Saga-malli tarjoaa merkittäviä etuja, se aiheuttaa myös tiettyjä haasteita:

• Monimutkaisuus: Saga-mallin toteuttaminen voi olla monimutkaista, erityisesti monimutkaisissa liiketoimintaprosesseissa.
• Mahdollinen johdonmukaisuus: Mahdollisen johdonmukaisuuden käsitteleminen edellyttää mahdollisten kilpailutilanteiden ja tietojen epäjohdonmukaisuuksien huolellista harkitsemista.
• Testaus: Sagojen testaaminen voi olla haastavaa niiden hajautetun luonteen vuoksi ja tarpeen simuloida virheitä.
• Virheenkorjaus: Sagojen virheenkorjaus voi olla vaikeaa, erityisesti koreografiaan perustuvissa toteutuksissa, joissa ei ole keskitettyä orkestroijaa.
• Idempotenssi: Transaktioiden ja kompensoivien transaktioiden idempotenssin varmistaminen on ratkaisevan tärkeää, mutta sen toteuttaminen voi olla haastavaa.

Parhaat käytännöt Saga-mallin toteuttamiseen

Haasteiden lieventämiseksi ja Saga-mallin onnistuneen toteutuksen varmistamiseksi harkitse seuraavia parhaita käytäntöjä:

• Aloita pienestä: Aloita yksinkertaisilla Sagoilla ja lisää asteittain monimutkaisuutta kokemuksen karttuessa.
• Määritä selkeät rajat: Määritä selkeästi kunkin palvelun rajat ja varmista, että jokainen palvelu on vastuussa omista tiedoistaan.
• Käytä toimialuetapahtumia: Käytä toimialuetapahtumia kommunikoidaksesi palveluiden välillä ja käynnistääksesi Sagan vaiheita.
• Toteuta kompensoivat transaktiot huolellisesti: Varmista, että kompensoivat transaktiot ovat idempotentteja, atomisia ja kestäviä.
• Valvo ja jäljitä Sagoja: Toteuta kattava valvonta ja jäljitys Sagojen edistymisen seuraamiseksi ja mahdollisten ongelmien tunnistamiseksi.
• Suunnittele vikoja varten: Suunnittele järjestelmäsi käsittelemään virheitä sulavasti ja varmista, että järjestelmä voi palautua virheistä menettämättä tietoja.
• Dokumentoi kaikki: Dokumentoi perusteellisesti Sagan suunnittelu-, toteutus- ja testausmenettelyt.

Reaalimaailman esimerkkejä Saga-mallista käytössä

Saga-mallia käytetään useilla toimialoilla hajautettujen transaktioiden hallintaan monimutkaisissa liiketoimintaprosesseissa. Tässä on joitain esimerkkejä:

• Verkkokauppa: Tilauksen täyttö, maksun käsittely, varastonhallinta ja toimitus. Esimerkiksi kun asiakas tekee tilauksen, Saga hallitsee varaston varaamisen, maksun käsittelyn ja lähetyksen luomisen. Jos jokin vaihe epäonnistuu (esim. riittämätön varasto), Saga kompensoi vapauttamalla varatun varaston ja palauttamalla maksun. Alibaba, maailmanlaajuinen verkkokauppajättiläinen, hyödyntää Saga-malleja laajasti laajalla markkinapaikallaan varmistaakseen transaktioiden johdonmukaisuuden lukuisissa mikropalveluissa.
• Rahoituspalvelut: Varojen siirrot, lainahakemukset ja luottokorttitapahtumat. Harkitse rajat ylittävää rahansiirtoa: Saga voisi koordinoida veloituksia yhdeltä tililtä, valuutan muunnoksen ja hyvitykset toiselle tilille. Jos valuutan muuntaminen epäonnistuu, kompensoivat transaktiot peruuttavat veloituksen ja estävät epäjohdonmukaisuudet. TransferWise (nykyään Wise), kansainvälisiin rahansiirtoihin erikoistunut fintech-yritys, luottaa Saga-malleihin varmistaakseen transaktioidensa luotettavuuden ja johdonmukaisuuden eri pankkijärjestelmissä maailmanlaajuisesti.
• Terveydenhuolto: Potilaan rekisteröinti, ajanvaraus ja sairauskertomusten päivitykset. Kun potilas rekisteröityy aikaa varten, Saga voisi hallita uuden potilaskertomuksen luomista, ajanvarausta ja asiaankuuluvien terveydenhuollon tarjoajien ilmoittamista. Jos ajanvaraus epäonnistuu, kompensoivat transaktiot poistavat ajanvarauksen ja ilmoittavat potilaalle.
• Toimitusketjun hallinta: Tilausten käsittely, varastonhallinta ja toimitusaikataulutus. Kun tilaus vastaanotetaan, Saga voisi hallita varaston varaamista, tuotteiden pakkaamista, toimituksen aikataulutusta ja asiakkaalle ilmoittamista. Jos jokin näistä vaiheista epäonnistuu, kompensoivalla toiminnolla voidaan peruuttaa tilaus, palauttaa tuotteet varastoon ja ilmoittaa asiakkaalle peruutuksesta.

Johtopäätös

Saga-malli on arvokas työkalu hajautettujen transaktioiden hallintaan mikropalveluarkkitehtuureissa. Pilkkomalla liiketoimintatransaktiot sarjaksi paikallisia transaktioita ja toteuttamalla kompensoivia transaktioita voit varmistaa tietojen johdonmukaisuuden ja kestävyyden hajautetussa ympäristössä. Vaikka Saga-malli aiheuttaa tiettyjä haasteita, parhaiden käytäntöjen noudattaminen ja asianmukaisten tekniikoiden käyttö voivat auttaa sinua toteuttamaan sen onnistuneesti ja rakentamaan vankkoja, skaalautuvia ja vikasietoisia sovelluksia.

Mikropalveluiden yleistyessä Saga-malli jatkaa tärkeää rooliaan hajautettujen transaktioiden hallinnassa ja tietojen johdonmukaisuuden varmistamisessa monimutkaisissa järjestelmissä. Saga-mallin omaksuminen on keskeinen askel kohti nykyaikaisten, kestävien ja skaalautuvien sovellusten rakentamista, jotka voivat vastata nykypäivän liiketoimintaympäristön vaatimuksiin.