Saga uzorak: Implementacija distribuiranih transakcija za mikroslužbe

U svijetu mikroslužbi, održavanje konzistencije podataka kroz više servisa može biti značajan izazov. Tradicionalne ACID (Atomicnost, Konzistentnost, Izolacija, Trajnost) transakcije, koje se često koriste u monolitnim aplikacijama, često nisu prikladne za distribuirana okruženja. Tu na scenu stupa Saga uzorak, pružajući robusno rješenje za upravljanje distribuiranim transakcijama i osiguravanje integriteta podataka među mikroslužbama.

Što je Saga uzorak?

Saga uzorak je obrazac dizajna koji se koristi za upravljanje slijedom lokalnih transakcija kroz više mikroslužbi. Omogućuje postizanje eventualne konzistencije, što znači da, iako podaci mogu biti privremeno nekonzistentni, na kraju će konvergirati u konzistentno stanje. Umjesto oslanjanja na jednu, atomsku transakciju koja obuhvaća više servisa, Saga uzorak razbija transakciju na niz manjih, neovisnih transakcija, od kojih svaku izvršava jedan servis.

Svaka lokalna transakcija unutar Sage ažurira bazu podataka jedne mikroslužbe. Ako jedna od transakcija ne uspije, Saga izvršava niz kompenzacijskih transakcija kako bi poništila promjene napravljene prethodnim transakcijama, čime se učinkovito poništava cjelokupna operacija.

Zašto koristiti Saga uzorak?

Nekoliko čimbenika čini Saga uzorak vrijednim alatom za upravljanje transakcijama u arhitekturama mikroslužbi:

• Smanjenje ovisnosti (Decoupling): Sage promiču slabu povezanost između mikroslužbi, omogućujući im da se neovisno razvijaju bez utjecaja na druge servise. Ovo je ključna prednost arhitektura mikroslužbi.
• Skalabilnost: Izbjegavanjem dugotrajnih, distribuiranih transakcija, Sage poboljšavaju skalabilnost i performanse. Svaka mikroslužba može neovisno obrađivati vlastite transakcije, smanjujući sukobe i poboljšavajući propusnost.
• Otpornost: Sage su dizajnirane da budu otporne na pogreške. Ako transakcija ne uspije, Saga se može poništiti, sprječavajući nekonzistentnost podataka i osiguravajući da sustav ostane u konzistentnom stanju.
• Fleksibilnost: Saga uzorak pruža fleksibilnost u upravljanju složenim poslovnim procesima koji obuhvaćaju više servisa. Omogućuje definiranje slijeda transakcija i kompenzacijskih radnji koje treba poduzeti u slučaju neuspjeha.

ACID naspram BASE

Razumijevanje razlike između ACID i BASE (Basically Available, Soft state, Eventually consistent) ključno je pri odlučivanju hoćete li koristiti Saga uzorak.

• ACID (Atomicnost, Konzistentnost, Izolacija, Trajnost): Jamči da se transakcije obrađuju pouzdano. Atomicnost osigurava da ili sve operacije unutar transakcije uspiju ili nijedna. Konzistentnost osigurava da transakcija prebacuje bazu podataka iz jednog valjanog stanja u drugo. Izolacija osigurava da istovremene transakcije ne ometaju jedna drugu. Trajnost osigurava da, jednom kada je transakcija potvrđena, ostaje takva čak i u slučaju kvara sustava.
• BASE (Basically Available, Soft state, Eventually consistent): Ovo je drugačiji pristup dizajniran za distribuirane sustave. Basically Available (uglavnom dostupno) znači da je sustav dostupan većinu vremena. Soft state (meko stanje) znači da se stanje sustava može mijenjati s vremenom, čak i bez unosa. Eventually consistent (eventualno konzistentno) znači da će sustav na kraju postati konzistentan kada prestane primati unose. Saga uzorak je u skladu s BASE principima.

Dvije glavne strategije implementacije Sage

Postoje dva primarna načina implementacije Saga uzorka: koreografija i orkestracija.

1. Saga temeljena na koreografiji

U Sagi temeljenoj na koreografiji, svaka mikroslužba sudjeluje u Sagi slušajući događaje koje objavljuju druge mikroslužbe i reagirajući u skladu s tim. Ne postoji središnji orkestrator; svaki servis zna svoje odgovornosti i kada treba izvršiti svoje radnje.

Kako funkcionira:

1. Saga započinje kada mikroslužba objavi događaj koji označava početak transakcije.
2. Druge mikroslužbe se pretplaćuju na ovaj događaj i, nakon što ga prime, izvršavaju svoju lokalnu transakciju.
3. Nakon završetka svoje transakcije, svaka mikroslužba objavljuje još jedan događaj koji označava uspjeh ili neuspjeh svoje operacije.
4. Druge mikroslužbe slušaju te događaje i poduzimaju odgovarajuće radnje, bilo da nastavljaju na sljedeći korak u Sagi ili pokreću kompenzacijske transakcije ako dođe do pogreške.

Primjer: Postavljanje narudžbe u e-trgovini (koreografija)

1. Servis za narudžbe: Prima novi zahtjev za narudžbu i objavljuje događaj `NarudzbaKreirana`.
2. Servis za zalihe: Pretplatio se na `NarudzbaKreirana`. Po primitku događaja, provjerava zalihe. Ako su dovoljne, rezervira artikle i objavljuje `ZaliheRezervirane`. Ako nisu dovoljne, objavljuje `NeuspjehRezervacijeZaliha`.
3. Servis za plaćanje: Pretplatio se na `ZaliheRezervirane`. Po primitku događaja, obrađuje plaćanje. Ako je uspješno, objavljuje `PlacanjeObradjeno`. Ako ne uspije, objavljuje `NeuspjehPlacanja`.
4. Servis za dostavu: Pretplatio se na `PlacanjeObradjeno`. Po primitku događaja, priprema pošiljku i objavljuje `PosiljkaPripremljena`.
5. Servis za narudžbe: Pretplatio se na `PosiljkaPripremljena`. Po primitku događaja, označava narudžbu kao završenu.
6. Kompenzacija: Ako se objavi `NeuspjehPlacanja` ili `NeuspjehRezervacijeZaliha`, drugi servisi slušaju i izvršavaju kompenzacijske transakcije (npr. oslobađanje rezerviranih zaliha).

Prednosti koreografije:

• Jednostavnost: Lakše za implementaciju za jednostavne radne tijekove.
• Decentraliziranost: Promiče slabu povezanost i neovisan razvoj mikroslužbi.

Nedostaci koreografije:

• Složenost: Može postati složeno za upravljanje kako se povećava broj sudionika u Sagi.
• Vidljivost: Teško je pratiti cjelokupni napredak i stanje Sage.
• Povezanost: Iako promiče slabu povezanost, servisi i dalje moraju biti svjesni događaja koje objavljuju drugi servisi.

2. Saga temeljena na orkestraciji

U Sagi temeljenoj na orkestraciji, središnji orkestrator (često implementiran kao namjenski servis ili state machine) upravlja Sagom i koordinira izvršavanje lokalnih transakcija od strane sudjelujućih mikroslužbi. Orkestrator govori svakom servisu što treba učiniti i kada.

Kako funkcionira:

1. Saga započinje kada klijent zatraži od orkestratora da pokrene transakciju.
2. Orkestrator šalje naredbe sudjelujućim mikroslužbama da izvrše svoje lokalne transakcije.
3. Svaka mikroslužba izvršava svoju transakciju i obavještava orkestratora o uspjehu ili neuspjehu.
4. Na temelju ishoda, orkestrator odlučuje hoće li nastaviti na sljedeći korak ili pokrenuti kompenzacijske transakcije.

Primjer: Postavljanje narudžbe u e-trgovini (orkestracija)

1. Orkestrator narudžbi: Prima novi zahtjev za narudžbu.
2. Orkestrator narudžbi: Šalje naredbu Servisu za zalihe da rezervira artikle.
3. Servis za zalihe: Rezervira artikle i obavještava Orkestratora narudžbi.
4. Orkestrator narudžbi: Šalje naredbu Servisu za plaćanje da obradi plaćanje.
5. Servis za plaćanje: Obrađuje plaćanje i obavještava Orkestratora narudžbi.
6. Orkestrator narudžbi: Šalje naredbu Servisu za dostavu da pripremi pošiljku.
7. Servis za dostavu: Priprema pošiljku i obavještava Orkestratora narudžbi.
8. Orkestrator narudžbi: Označava narudžbu kao završenu.
9. Kompenzacija: Ako bilo koji korak ne uspije, Orkestrator narudžbi šalje kompenzacijske naredbe relevantnim servisima (npr. oslobađanje rezerviranih zaliha).

Prednosti orkestracije:

• Centralizirana kontrola: Lakše je upravljati i nadzirati Sagu s centralnog mjesta.
• Poboljšana vidljivost: Orkestrator pruža jasan pregled cjelokupnog napretka i stanja Sage.
• Smanjena povezanost: Mikroslužbe trebaju komunicirati samo s orkestratorom, smanjujući izravne ovisnosti među njima.

Nedostaci orkestracije:

• Složenost: Može biti složenije za početnu implementaciju, posebno za jednostavne radne tijekove.
• Jedna točka kvara: Orkestrator može postati jedna točka kvara, iako se to može ublažiti redundancijom i mjerama otpornosti na pogreške.

Implementacija kompenzacijskih transakcija

Ključan aspekt Saga uzorka je implementacija kompenzacijskih transakcija. Te se transakcije izvršavaju kako bi se poništili učinci prethodno završenih transakcija u slučaju neuspjeha. Cilj je vratiti sustav u konzistentno stanje, čak i ako se cjelokupna Saga ne može dovršiti.

Ključna razmatranja za kompenzacijske transakcije:

• Idempotencija: Kompenzacijske transakcije trebaju biti idempotentne, što znači da se mogu izvršiti više puta bez promjene ishoda. To je važno jer se neuspjesi mogu dogoditi u bilo kojem trenutku, a kompenzacijska transakcija se može ponovno pokušati izvršiti.
• Rukovanje neuspjesima: Kompenzacijske transakcije također mogu ne uspjeti. Morate imati strategiju za rukovanje neuspjesima u kompenzacijskim transakcijama, kao što su ponovni pokušaji, bilježenje pogrešaka i obavještavanje administratora.
• Konzistencija podataka: Kompenzacijske transakcije trebaju osigurati da podaci ostanu konzistentni. To može uključivati vraćanje podataka u prethodno stanje, brisanje novostvorenih podataka ili ažuriranje podataka kako bi odražavali otkazivanje transakcije.

Primjeri kompenzacijskih transakcija:

• Servis za zalihe: Ako je Servis za zalihe rezervirao artikle, ali plaćanje nije uspjelo, kompenzacijska transakcija bila bi oslobađanje rezerviranih artikala.
• Servis za plaćanje: Ako je Servis za plaćanje obradio plaćanje, ali dostava nije uspjela, kompenzacijska transakcija mogla bi uključivati izdavanje povrata novca.

Izazovi i razmatranja

Iako Saga uzorak nudi značajne prednosti, također predstavlja neke izazove i razmatranja:

• Složenost: Implementacija Saga uzorka može biti složena, posebno za zamršene poslovne procese. Pažljivo planiranje i dizajn su ključni.
• Eventualna konzistencija: Saga uzorak pruža eventualnu konzistenciju, što znači da podaci mogu biti privremeno nekonzistentni. To može biti problem za aplikacije koje zahtijevaju snažna jamstva konzistencije.
• Testiranje: Testiranje Saga može biti izazovno zbog njihove distribuirane prirode i mogućnosti neuspjeha u različitim točkama.
• Nadzor: Nadzor napretka i stanja Saga ključan je za identificiranje i rješavanje problema. Morate imati odgovarajuće alate za nadzor i procese.
• Idempotencija: Osiguravanje da su transakcije i kompenzacijske transakcije idempotentne ključno je za sprječavanje nekonzistentnosti podataka.
• Izolacija: Budući da Sage uključuju više lokalnih transakcija, izolacija može biti problem. Mogu biti potrebne strategije poput semantičkih brava ili optimističkog zaključavanja.

Slučajevi upotrebe i primjeri

Saga uzorak je prikladan za razne slučajeve upotrebe, posebno u distribuiranim sustavima i arhitekturama mikroslužbi. Evo nekih uobičajenih primjera:

• Upravljanje narudžbama u e-trgovini: Kao što je prikazano u gornjim primjerima, Saga uzorak se može koristiti za upravljanje cijelim životnim ciklusom narudžbe, od stvaranja narudžbe do obrade plaćanja i dostave.
• Financijske transakcije: Saga uzorak se može koristiti za upravljanje složenim financijskim transakcijama koje uključuju više sustava, kao što su prijenosi sredstava, zahtjevi za zajam i zahtjevi za osiguranje.
• Upravljanje lancem opskrbe: Saga uzorak se može koristiti za koordinaciju aktivnosti između više entiteta u lancu opskrbe, kao što su proizvođači, distributeri i trgovci.
• Zdravstveni sustavi: Saga uzorak se može koristiti za upravljanje podacima o pacijentima i koordinaciju skrbi između različitih odjela i pružatelja usluga.

Primjer: Globalna bankarska transakcija

Zamislite scenarij koji uključuje globalnu bankarsku transakciju između dvije različite banke smještene u različitim zemljama, podložne raznim propisima i provjerama sukladnosti. Saga uzorak može osigurati da transakcija slijedi definirane korake:

1. Pokretanje transakcije: Klijent pokreće prijenos sredstava sa svog računa u Banci A (smještenoj u SAD-u) na račun primatelja u Banci B (smještenoj u Njemačkoj).
2. Banka A - Validacija računa: Banka A provjerava račun klijenta, provjerava ima li dovoljno sredstava i osigurava da nema blokada ili ograničenja.
3. Provjera sukladnosti (Banka A): Banka A provodi provjeru sukladnosti kako bi osigurala da transakcija ne krši propise o sprečavanju pranja novca (AML) ili bilo koje međunarodne sankcije.
4. Prijenos sredstava (Banka A): Banka A tereti račun klijenta i šalje sredstva klirinškoj kući ili posredničkoj banci.
5. Obrada u klirinškoj kući: Klirinška kuća obrađuje transakciju, vrši konverziju valuta (USD u EUR) i usmjerava sredstva Banci B.
6. Banka B - Validacija računa: Banka B provjerava račun primatelja i osigurava da je aktivan i podoban za primanje sredstava.
7. Provjera sukladnosti (Banka B): Banka B provodi vlastitu provjeru sukladnosti, pridržavajući se njemačkih i EU propisa.
8. Odobrenje računa (Banka B): Banka B odobrava sredstva na račun primatelja.
9. Potvrda: Banka B šalje poruku potvrde Banci A, koja zatim obavještava klijenta da je transakcija završena.

Kompenzacijske transakcije:

• Ako provjera sukladnosti u Banci A ne uspije, transakcija se otkazuje, a račun klijenta se ne tereti.
• Ako provjera sukladnosti u Banci B ne uspije, sredstva se vraćaju Banci A, a račun klijenta se ponovno odobrava.
• Ako postoje problemi s konverzijom valuta ili usmjeravanjem u klirinškoj kući, transakcija se poništava, a sredstva se vraćaju Banci A.

Alati i tehnologije

Nekoliko alata i tehnologija može pomoći u implementaciji Saga uzorka:

• Redovi poruka: Apache Kafka, RabbitMQ i Amazon SQS mogu se koristiti za objavljivanje i pretplatu na događaje u Sagi temeljenoj na koreografiji.
• Alati za upravljanje radnim tijekovima: Camunda, Zeebe i Apache Airflow mogu se koristiti za implementaciju orkestratora i upravljanje složenim radnim tijekovima.
• Izvor događaja (Event Sourcing): Izvor događaja može se koristiti za praćenje povijesti događaja u Sagi i olakšavanje poništavanja u slučaju neuspjeha.
• Upravitelji distribuiranim transakcijama: Neki upravitelji distribuiranim transakcijama, kao što je Atomikos, mogu se koristiti za koordinaciju transakcija kroz više servisa. Međutim, oni možda nisu prikladni za sve arhitekture mikroslužbi zbog svojih inherentnih ograničenja u distribuiranim okruženjima.
• Saga okviri (Frameworks): Postoje i Saga okviri koji pružaju apstrakcije i alate za implementaciju Saga uzorka.

Najbolje prakse za implementaciju Saga uzorka

Za učinkovitu implementaciju Saga uzorka, razmotrite sljedeće najbolje prakse:

• Pažljiv dizajn: Temeljito analizirajte svoje poslovne zahtjeve i dizajnirajte Sagu u skladu s tim. Identificirajte sudjelujuće mikroslužbe, slijed transakcija i kompenzacijske radnje.
• Idempotencija: Osigurajte da su sve transakcije i kompenzacijske transakcije idempotentne.
• Rukovanje pogreškama: Implementirajte robusne mehanizme za rukovanje pogreškama kako biste se nosili s neuspjesima u bilo kojoj točki Sage.
• Nadzor i bilježenje: Implementirajte sveobuhvatan nadzor i bilježenje za praćenje napretka i stanja Saga.
• Testiranje: Temeljito testirajte svoje Sage kako biste osigurali da ispravno funkcioniraju i graciozno rukuju neuspjesima.
• Semantičke brave: Implementirajte semantičke brave kako biste spriječili istovremena ažuriranja istih podataka od strane različitih Saga.
• Optimističko zaključavanje: Koristite optimističko zaključavanje za otkrivanje i sprječavanje sukoba između istovremenih transakcija.
• Odaberite pravu strategiju implementacije: Pažljivo razmotrite kompromise između koreografije i orkestracije i odaberite strategiju koja najbolje odgovara vašim potrebama.
• Definirajte jasne politike kompenzacije: Uspostavite jasne politike za rukovanje kompenzacijom, uključujući uvjete pod kojima se kompenzacija pokreće i specifične radnje koje treba poduzeti.

Zaključak

Saga uzorak je moćan alat za upravljanje distribuiranim transakcijama u arhitekturama mikroslužbi. Razbijanjem transakcija na niz manjih, neovisnih transakcija i pružanjem mehanizma za kompenzaciju neuspjeha, Saga uzorak vam omogućuje održavanje konzistencije podataka i izgradnju otpornih, skalabilnih i neovisnih sustava. Iako implementacija Saga uzorka može biti složena, prednosti koje nudi u pogledu fleksibilnosti, skalabilnosti i otpornosti čine ga vrijednom imovinom za svaku arhitekturu mikroslužbi.

Razumijevanje nijansi Saga uzorka, kompromisa između koreografije i orkestracije, te važnosti kompenzacijskih transakcija osnažit će vas da dizajnirate i implementirate robusne distribuirane sustave koji zadovoljavaju zahtjeve današnjih složenih poslovnih okruženja. Prihvaćanje Saga uzorka korak je prema izgradnji istinski otpornih i skalabilnih arhitektura mikroslužbi, sposobnih s povjerenjem rukovati čak i najsloženijim distribuiranim transakcijama. Ne zaboravite uzeti u obzir svoje specifične potrebe i kontekst pri primjeni ovog uzorka, te kontinuirano usavršavajte svoju implementaciju na temelju stvarnog iskustva i povratnih informacija.