Išnagrinėkite pertvarų modelį – esminį projektavimo principą, skirtą kurti atsparias ir klaidoms atsparias programas. Sužinokite, kaip izoliuoti gedimus ir pagerinti bendrą sistemos stabilumą.
Pertvarų modelis: atsparumo strategija atsparioms sistemoms
Programinės įrangos architektūros srityje itin svarbu kurti atsparias ir klaidoms atsparias sistemas. Sistemoms tampant vis sudėtingesnėms, paskirstytoms ir tarpusavyje susijusioms, gedimų tikimybė didėja. Vienas gedimo taškas gali kaskadiškai plisti ir sugriauti visą programą. Pertvarų modelis yra projektavimo modelis, padedantis išvengti tokių kaskadinių gedimų, izoliuojant skirtingas sistemos dalis viena nuo kitos. Šiame įraše pateikiama išsami pertvarų modelio apžvalga, jo privalumai, įgyvendinimo strategijos ir aspektai, skirti kuriant patikimas ir patikimas programas.
Kas yra pertvarų modelis?
Pertvarų modelis pavadinimą gavo iš laivų jūrinės architektūros. Pertvara yra skiriamoji pertvara laivo korpuse, neleidžianti vandeniui plisti po visą laivą įvykus pažeidimui. Panašiai, programinės įrangos architektūroje, pertvarų modelis apima sistemos padalijimą į nepriklausomus vienetus arba skyrius, vadinamus „pertvaromis“, kad vieno vieneto gedimas neplistų kitiems.
Pagrindinis pertvarų modelio principas yra izoliacija. Izoliuodamas išteklius ir paslaugas, modelis apriboja gedimų poveikį, padidina atsparumą gedimams ir pagerina bendrą sistemos stabilumą. Ši izoliacija gali būti pasiekta įvairiais būdais, įskaitant:
- Gijų telkiniai: atskirų gijų telkinių priskyrimas skirtingoms funkcijoms.
- Procesai: kelių procesų naudojimas vykdymo aplinkoms izoliuoti.
- Serveriai: paslaugų diegimas atskiruose serveriuose arba virtualiose mašinose.
- Duomenų bazės: atskirų duomenų bazių arba schemų naudojimas skirtingoms paslaugoms.
Pertvarų modelio privalumai
Pertvarų modelio įgyvendinimas suteikia keletą pagrindinių privalumų:
1. Patobulintas atsparumas gedimams
Pagrindinis privalumas yra patobulintas atsparumas gedimams. Kai vienoje pertvaroje įvyksta gedimas, poveikis apsiriboja ta konkrečia sritimi, neleidžiant jam paveikti kitų sistemos dalių. Tai apriboja gedimo mastą ir leidžia likusiai sistemos daliai veikti normaliai.
Pavyzdys: įsivaizduokite el. komercijos programą su paslaugomis, skirtomis produktų katalogui, naudotojų autentifikavimui, mokėjimų apdorojimui ir užsakymų vykdymui. Jei mokėjimų apdorojimo paslauga sugenda dėl trečiosios šalies API prastovos, pertvarų modelis užtikrina, kad naudotojai vis tiek galėtų naršyti katalogą, prisijungti ir įdėti prekes į krepšelį. Paveikiama tik mokėjimų apdorojimo funkcija.
2. Padidėjęs atsparumas
Atsparumas yra sistemos gebėjimas greitai atsigauti po gedimų. Izoliuodamas gedimus, pertvarų modelis sutrumpina laiką, per kurį reikia nustatyti ir išspręsti problemas. Be to, jis leidžia kitoms sistemos dalims veikti, kol pažeista pertvara yra taisoma arba atkuriama.
Pavyzdys: jei programa naudoja bendrą duomenų bazę, vienos paslaugos užklausų šuolis gali perkrauti duomenų bazę, paveikdamas kitas paslaugas. Naudojant atskiras duomenų bazes (arba duomenų bazių schemas) kaip pertvaras, perkrovos poveikis izoliuojamas paslaugai, kuri ją sukelia.
3. Sumažintas sprogimo spindulys
„Sprogimo spindulys“ reiškia gedimo padarytos žalos mastą. Pertvarų modelis žymiai sumažina sprogimo spindulį, užkertant kelią kaskadiniams gedimams. Maža problema išlieka maža ir neperauga į viso sistemos gedimą.
Pavyzdys: įsivaizduokite mikroservisų architektūrą, kurioje kelios paslaugos priklauso nuo centrinės konfigūracijos paslaugos. Jei konfigūracijos paslauga tampa nepasiekiama, visos priklausomos paslaugos gali sugesti. Pertvarų modelio įgyvendinimas galėtų apimti konfigūracijos duomenų talpyklą vietoje kiekvienoje paslaugoje arba atgalinio ryšio mechanizmų pateikimą, taip išvengiant visiško sistemos išjungimo.
4. Padidėjęs sistemos stabilumas
Užkirsdamas kelią kaskadiniams gedimams ir izoliuodamas gedimus, pertvarų modelis prisideda prie stabilesnės ir labiau nuspėjamos sistemos. Tai leidžia geriau valdyti išteklius ir sumažina netikėtų prastovų riziką.
5. Patobulintas išteklių panaudojimas
Pertvarų modelis taip pat gali pagerinti išteklių panaudojimą, leidžiant efektyviau paskirstyti išteklius skirtingoms sistemos dalims. Tai ypač naudinga scenarijuose, kai kai kurios paslaugos yra kritiškesnės arba reikalauja daugiau išteklių nei kitos.
Pavyzdys: didelio srauto paslaugoms galima priskirti specialius gijų telkinius arba serverius, o mažiau kritinės paslaugos gali dalytis ištekliais, optimizuojant bendrą išteklių suvartojimą.
Pertvarų modelio įgyvendinimo strategijos
Yra keletas būdų įgyvendinti pertvarų modelį, priklausomai nuo konkrečių jūsų sistemos reikalavimų ir architektūros. Štai keletas įprastų strategijų:
1. Gijų telkinio izoliacija
Šis metodas apima atskirų gijų telkinių priskyrimą skirtingoms funkcijoms. Kiekvienas gijų telkinys veikia nepriklausomai, užtikrinant, kad vieno telkinio gijų badavimas arba išteklių išeikvojimas nepaveiktų kitų.
Pavyzdys (Java):
ExecutorService productCatalogExecutor = Executors.newFixedThreadPool(10);
ExecutorService paymentProcessingExecutor = Executors.newFixedThreadPool(5);
Šiame pavyzdyje produktų katalogo paslauga ir mokėjimų apdorojimo paslauga turi savo specialius gijų telkinius, neleidžiančius joms trukdyti viena kitai.
2. Proceso izoliacija
Proceso izoliacija apima skirtingų paslaugų vykdymą atskiruose operacinės sistemos procesuose. Tai užtikrina stiprų izoliacijos lygį, nes kiekvienas procesas turi savo atminties erdvę ir išteklius. Viename procese įvykęs gedimas tiesiogiai nepaveiks kitų procesų.
Proceso izoliacija dažniausiai naudojama mikroservisų architektūrose, kur kiekviena mikroservisas diegiama kaip atskiras procesas arba konteineris (pvz., naudojant Docker).
3. Serverio izoliacija
Serverio izoliacija apima skirtingų paslaugų diegimą atskiruose fiziniuose arba virtualiuose serveriuose. Tai suteikia aukščiausią izoliacijos lygį, nes kiekviena paslauga veikia savo infrastruktūroje. Nors šis metodas yra brangesnis, jis gali būti pateisinamas kritinėms paslaugoms, kurioms reikia maksimalaus prieinamumo ir atsparumo gedimams.
Pavyzdys: finansų prekybos platforma gali įdiegti savo pagrindinį prekybos variklį specialiuose serveriuose, kad užtikrintų minimalų latentinį laiką ir maksimalų veikimo laiką, o mažiau kritinės paslaugos, tokios kaip ataskaitų teikimas, gali būti diegiamos bendroje infrastruktūroje.
4. Duomenų bazės izoliacija
Duomenų bazės izoliacija apima atskirų duomenų bazių arba schemų naudojimą skirtingoms paslaugoms. Tai neleidžia užklausai, kuri sukelia problemą vienoje duomenų bazėje, paveikti kitas paslaugas.
Pavyzdys: el. komercijos platforma gali naudoti atskiras duomenų bazes naudotojų paskyroms, produktų katalogui ir užsakymų valdymui. Tai neleidžia lėtai produkto katalogo užklausai paveikti naudotojo prisijungimo arba užsakymų apdorojimo.
5. API šliuzas su pertvaromis
API šliuzas gali įgyvendinti pertvarų modelį apribodamas vienu metu siunčiamų užklausų skaičių į konkrečią vidinės sistemos paslaugą. Tai neleidžia vienos paslaugos srauto šuoliui ją užgožti ir paveikti kitas paslaugas.
Pavyzdys: populiarus API šliuzas, pvz., Kong, gali būti sukonfigūruotas su greičio ribojimo ir grandinės pertraukiklio politikomis, kad būtų galima izoliuoti vidines paslaugas ir užkirsti kelią kaskadiniams gedimams.
Pertvarų modelis prieš grandinės pertraukiklio modelį
Pertvarų modelis dažnai naudojamas kartu su grandinės pertraukiklio modeliu. Nors pertvarų modelis orientuotas į išteklių izoliavimą, grandinės pertraukiklio modelis orientuotas į tai, kad programa nebandytų pakartotinai vykdyti operacijos, kuri greičiausiai nepavyks.
Grandinės pertraukiklis stebi skambučius į paslaugą. Jei paslauga pakartotinai sugenda, grandinės pertraukiklis „atsidaro“ ir neleidžia toliau skambinti į paslaugą tam tikrą laikotarpį. Pasibaigus atidėjimo laikotarpiui, grandinės pertraukiklis bando bandomąjį skambutį į paslaugą. Jei skambutis sėkmingas, grandinės pertraukiklis „užsidaro“ ir leidžia atnaujinti įprastą srautą. Jei skambutis nepavyksta, grandinės pertraukiklis lieka atidarytas.
Pertvarų modelio ir grandinės pertraukiklio modelio derinys suteikia patikimą sprendimą kuriant atsparias gedimams ir atsparias sistemas. Pertvaros izoliuoja gedimus, o grandinės pertraukikliai užkerta kelią kaskadiniams gedimams ir leidžia paslaugoms atsigauti.
Aspektai, įgyvendinant pertvarų modelį
Nors pertvarų modelis suteikia didelių privalumų, svarbu atsižvelgti į šiuos veiksnius, įgyvendinant jį:
1. Sudėtingumas
Pertvarų modelio įgyvendinimas gali padidinti sistemos sudėtingumą. Reikia kruopštaus planavimo ir projektavimo, kad būtų galima nustatyti tinkamą izoliacijos lygį ir išteklių paskirstymą.
2. Išteklių sąnaudos
Pertvarų modelis gali padidinti išteklių sąnaudas, nes dažnai apima išteklių dubliavimą (pvz., kelis gijų telkinius, serverius, duomenų bazes). Svarbu suderinti izoliacijos privalumus su išteklių suvartojimo sąnaudomis.
3. Stebėjimas ir valdymas
Stebėti ir valdyti sistemą su pertvaromis gali būti sudėtingiau nei stebėti monolitinę programą. Kiekvieną pertvarą reikia stebėti atskirai ir užtikrinti, kad ištekliai būtų tinkamai paskirstyti ir panaudoti.
4. Konfigūracija ir diegimas
Konfigūruoti ir diegti sistemą su pertvaromis gali būti sudėtinga. Reikia užtikrinti, kad kiekviena pertvara būtų tinkamai sukonfigūruota ir įdiegta nepriklausomai. Tam dažnai reikia automatizuotų diegimo linijų ir konfigūracijos valdymo įrankių.
5. Kritinių komponentų nustatymas
Atidžiai įvertinkite savo sistemą, kad nustatytumėte kritinius komponentus, kurie labiausiai linkę sugesti. Prioritetą teikite šių komponentų izoliavimui su pertvaromis, kad padidintumėte modelio poveikį.
6. Pertvarų ribų apibrėžimas
Kiekvienos pertvaros ribų nustatymas yra labai svarbus. Ribos turėtų atitikti logines paslaugų ribas ir atspindėti reikšmingus sistemos padalijimus.
Praktiniai pertvarų modelio pavyzdžiai realiose programose
Kelios įmonės įvairiose pramonės šakose sėkmingai įgyvendino pertvarų modelį, kad pagerintų savo programų atsparumą ir atsparumą gedimams. Štai keli pavyzdžiai:
1. Netflix
Netflix, pirmaujanti srautinio perdavimo paslauga, labai priklauso nuo pertvarų modelio, kad izoliuotų skirtingas mikroservisas ir užkirstų kelią kaskadiniams gedimams. Jie naudoja gijų telkinio izoliacijos, proceso izoliacijos ir serverio izoliacijos derinį, kad užtikrintų, jog srautinio perdavimo patirtis išliktų nepertraukiama net ir įvykus gedimams.
2. Amazon
Amazon, viena didžiausių pasaulyje el. komercijos platformų, plačiai naudoja pertvarų modelį, kad izoliuotų skirtingus savo didžiulės infrastruktūros komponentus. Jie naudoja tokius metodus kaip duomenų bazės izoliacija ir API šliuzo pertvaros, kad išvengtų gedimų vienoje srityje ir paveiktų kitas sistemos dalis.
3. Airbnb
Airbnb, populiari internetinė apgyvendinimo rinka, naudoja pertvarų modelį, kad izoliuotų skirtingas paslaugas, tokias kaip paieška, užsakymas ir mokėjimai. Jie naudoja gijų telkinio izoliaciją ir serverio izoliaciją, kad užtikrintų, jog šios paslaugos galėtų veikti nepriklausomai ir išvengtų gedimų, kurie galėtų paveikti naudotojo patirtį.
4. Pasaulinės bankininkystės sistemos
Finansų įstaigos dažnai naudoja pertvarų modelį, kad izoliuotų kritines operacijų apdorojimo sistemas nuo mažiau kritinių ataskaitų teikimo arba analizės paslaugų. Tai užtikrina, kad pagrindinės bankininkystės operacijos išliktų prieinamos net ir tuo atveju, jei kitos sistemos dalys patiria problemų.
Išvada
Pertvarų modelis yra galingas projektavimo modelis, skirtas kurti atsparias ir atsparias gedimams sistemas. Izoliuodamas išteklius ir paslaugas, modelis apriboja gedimų poveikį, padidina atsparumą gedimams ir pagerina bendrą sistemos stabilumą. Nors pertvarų modelio įgyvendinimas gali padidinti sudėtingumą ir išteklių sąnaudas, patobulinto atsparumo gedimams ir atsparumo privalumai dažnai viršija sąnaudas. Atidžiai apsvarstę šiame įraše aprašytas įgyvendinimo strategijas ir aspektus, galite efektyviai pritaikyti pertvarų modelį kurdami patikimas ir patikimas programas, galinčias atlaikyti sudėtingų, paskirstytų aplinkų iššūkius.
Pertvarų modelio derinimas su kitais atsparumo modeliais, tokiais kaip grandinės pertraukiklis ir bandymo iš naujo modelis, sukuria tvirtą pagrindą didelio prieinamumo sistemoms. Nepamirškite stebėti savo įgyvendinimų, kad užtikrintumėte nuolatinį efektyvumą, ir pritaikykite savo strategiją, kai jūsų sistema vystosi.