Išorinės sistemos (Frontend) paskirstytų transakcijų koordinatorius: kelių paslaugų transakcijų valdymas

Šiuolaikinėje programinės įrangos kūrimo aplinkoje, ypač mikropaslaugų ir sudėtingų išorinės sistemos (frontend) architektūrų srityje, kelių paslaugų apimančių transakcijų valdymas kelia didelį iššūkį. Šiame įraše nagrinėjami išorinės sistemos paskirstytų transakcijų koordinavimo subtilumai, daugiausia dėmesio skiriant sprendimams ir geriausioms praktikoms, siekiant užtikrinti duomenų nuoseklumą ir sistemos atsparumą.

Paskirstytų transakcijų iššūkiai

Tradicinės duomenų bazių transakcijos, dažnai vadinamos ACID (atomiškumas, nuoseklumas, izoliacija, ilgaamžiškumas) transakcijomis, yra patikimas būdas valdyti duomenų pakeitimus vienoje duomenų bazėje. Tačiau paskirstytoje aplinkoje šias garantijas pasiekti tampa sudėtingiau. Štai kodėl:

• Atomiškumas: Užtikrinti, kad visos transakcijos dalys pavyktų arba nė viena iš jų, yra sudėtinga, kai operacijos paskirstytos kelioms paslaugoms. Vienos paslaugos gedimas gali palikti sistemą nenuoseklioje būsenoje.
• Nuoseklumas: Duomenų vientisumo palaikymas skirtingose paslaugose reikalauja kruopštaus koordinavimo ir duomenų sinchronizavimo strategijų.
• Izoliacija: Apsaugoti vienu metu vykstančias transakcijas nuo tarpusavio trukdžių yra sunkiau, kai transakcijos apima kelias paslaugas.
• Ilgaamžiškumas: Garantuoti, kad patvirtintos transakcijos išliks net ir sistemos gedimų atveju, reikalauja patikimų duomenų replikacijos ir atkūrimo mechanizmų.

Šie iššūkiai kyla, kai viena vartotojo sąveika, pavyzdžiui, užsakymo pateikimas el. prekybos platformoje, sukelia veiksmus keliose paslaugose: mokėjimo paslaugoje, atsargų valdymo paslaugoje, pristatymo paslaugoje ir galbūt kitose. Jei viena iš šių paslaugų sugenda, visa transakcija gali tapti problemiška, sukeldama nenuoseklumą vartotojo patirtyje ir duomenų vientisumo problemas.

Išorinės sistemos (Frontend) atsakomybės paskirstytų transakcijų valdyme

Nors vidinė sistema (backend) dažnai prisiima pagrindinę atsakomybę už transakcijų valdymą, išorinė sistema (frontend) atlieka lemiamą vaidmenį koordinuojant ir orkestruojant šias sudėtingas sąveikas. Išorinė sistema paprastai:

• Inicijuoja transakcijas: Išorinė sistema dažnai inicijuoja operacijų seką, kuri sudaro paskirstytą transakciją.
• Teikia vartotojui grįžtamąjį ryšį: Išorinė sistema yra atsakinga už realaus laiko grįžtamojo ryšio teikimą vartotojui apie transakcijos būseną. Tai apima įkėlimo indikatorių, sėkmės pranešimų ir informatyvių klaidų pranešimų rodymą.
• Tvarko klaidų būsenas: Išorinė sistema turi sklandžiai tvarkyti klaidas ir suteikti vartotojams tinkamas atkūrimo parinktis, pavyzdžiui, pakartoti nepavykusias operacijas arba atšaukti transakciją.
• Orkestruoja API iškvietas: Išorinė sistema turi atlikti API iškvietas įvairioms mikropaslaugoms, dalyvaujančioms transakcijoje, tam tikra seka, pagal pasirinktą transakcijų valdymo strategiją.
• Valdo būseną: Išorinė sistema seka transakcijos būseną, kuri yra labai svarbi tvarkant pakartojimus, atšaukimus ir vartotojo sąveikas.

Architektūriniai šablonai paskirstytų transakcijų valdymui

Keli architektūriniai šablonai sprendžia paskirstytų transakcijų iššūkius. Du populiarūs metodai yra Saga šablonas ir dviejų fazių patvirtinimo (2PC) protokolas. Tačiau 2PC protokolas paprastai nerekomenduojamas šiuolaikinėms paskirstytoms sistemoms dėl jo blokuojančio pobūdžio ir galimų našumo problemų.

Saga šablonas

Saga šablonas yra vietinių transakcijų seka. Kiekviena transakcija atnaujina vienos paslaugos duomenis. Jei viena iš transakcijų nepavyksta, saga vykdo kompensuojančias transakcijas, kad atšauktų ankstesnių transakcijų atliktus pakeitimus. Sagas galima įgyvendinti dviem būdais:

• Choreografija pagrįstos Saga: Šiame metode kiekviena paslauga klauso kitų paslaugų įvykių ir atitinkamai reaguoja. Nėra centrinio koordinatoriaus; paslaugos bendrauja tiesiogiai. Šis metodas suteikia didelę autonomiją, tačiau gali būti sudėtinga jį valdyti ir derinti sistemai augant.
• Orkestravimu pagrįstos Saga: Šiame metode centrinis orkestratorius yra atsakingas už transakcijų koordinavimą. Orkestratorius siunčia komandas paslaugoms ir tvarko rezultatus. Šis metodas suteikia daugiau kontrolės ir palengvina sudėtingų transakcijų valdymą.

Pavyzdys: Skrydžio užsakymas Įsivaizduokite skrydžių užsakymo paslaugą. Saga galėtų apimti šiuos žingsnius (orkestravimo pagrindu):

1. Išorinė sistema inicijuoja transakciją.
2. Orkestratorius iškviečia 'Prieinamumo paslaugą' (Availability Service), kad patikrintų skrydžio prieinamumą.
3. Orkestratorius iškviečia 'Mokėjimų paslaugą' (Payment Service), kad apdorotų mokėjimą.
4. Orkestratorius iškviečia 'Užsakymų paslaugą' (Booking Service), kad rezervuotų vietas.
5. Jei kuris nors iš šių žingsnių nepavyksta, orkestratorius inicijuoja kompensuojančias transakcijas (pvz., grąžina mokėjimą, atlaisvina rezervaciją), kad atšauktų pakeitimus.

Tinkamo šablono pasirinkimas

Pasirinkimas tarp choreografija ir orkestravimu pagrįstų Saga, ar kitų metodų, priklauso nuo konkrečių sistemos reikalavimų, įskaitant:

• Transakcijų sudėtingumas: Paprastoms transakcijoms gali pakakti choreografijos. Sudėtingoms transakcijoms, apimančioms daugybę paslaugų, orkestravimas suteikia geresnę kontrolę.
• Paslaugų autonomija: Choreografija skatina didesnę paslaugų autonomiją, nes paslaugos bendrauja tiesiogiai.
• Palaikomumas ir derinimas: Orkestravimas supaprastina derinimą ir leidžia lengviau suprasti transakcijos eigą.
• Mastelio keitimas ir našumas: Apsvarstykite kiekvieno šablono našumo pasekmes. Orkestravimas gali sukurti centrinį gedimo tašką ir galimas kliūtis.

Išorinės sistemos (Frontend) įgyvendinimas: pagrindiniai aspektai

Norint įgyvendinti patikimą išorinę sistemą paskirstytų transakcijų valdymui, reikia atidžiai apsvarstyti kelis veiksnius:

1. Klaidų valdymas ir atsparumas

Idempotentiškumas: Operacijos turi būti idempotentiškos – tai reiškia, kad jei jos vykdomos kelis kartus, jos duoda tą patį rezultatą kaip ir vienkartinis vykdymas. Tai labai svarbu tvarkant pakartojimus. Pavyzdžiui, užtikrinkite, kad 'Mokėjimų paslauga' neapmokestintų kliento du kartus, jei reikalingas pakartojimas. Naudokite unikalius transakcijų ID, kad efektyviai sektumėte ir valdytumėte pakartojimus.

Pakartojimo mechanizmai: Įgyvendinkite patikimus pakartojimo mechanizmus su eksponentiniu atidėjimu (exponential backoff), kad susidorotumėte su laikinais gedimais. Konfigūruokite pakartojimo taisykles atsižvelgdami į paslaugą ir klaidos pobūdį.

Grandinės pertraukikliai (Circuit Breakers): Integruokite grandinės pertraukiklių šablonus, kad išvengtumėte kaskadinių gedimų. Jei paslauga nuolat stringa, grandinės pertraukiklis 'atsidaro', užkertant kelią tolesnėms užklausoms ir leidžiant paslaugai atsigauti. Išorinė sistema turėtų aptikti, kai grandinė yra atidaryta, ir tinkamai tai apdoroti (pvz., parodyti vartotojui draugišką klaidos pranešimą arba leisti bandyti dar kartą vėliau).

Laiko limitai (Timeouts): Nustatykite tinkamus API iškvietų laiko limitus, kad išvengtumėte begalinio laukimo. Tai ypač svarbu paskirstytose sistemose, kur tinklo problemos yra dažnos.

Kompensuojančios transakcijos: Įgyvendinkite kompensuojančias transakcijas, kad atšauktumėte nepavykusių operacijų poveikį. Išorinė sistema atlieka lemiamą vaidmenį inicijuojant šiuos kompensuojančius veiksmus. Pavyzdžiui, apdorojus mokėjimą, jei nepavyksta rezervuoti vietos, reikia grąžinti pinigus.

2. Vartotojo patirtis (UX)

Realaus laiko grįžtamasis ryšys: Pateikite vartotojui realaus laiko grįžtamąjį ryšį apie transakcijos eigą. Naudokite įkėlimo indikatorius, progreso juostas ir informatyvius būsenos pranešimus, kad vartotojas būtų informuotas. Venkite rodyti tuščią ekraną arba nieko nerodyti, kol transakcija nebus baigta.

Aiškiūs klaidų pranešimai: Rodykite aiškius ir glaustus klaidų pranešimus, kurie paaiškina problemą ir pateikia vartotojui veiksmingas instrukcijas. Venkite techninio žargono ir paaiškinkite problemą paprasta kalba. Apsvarstykite galimybę vartotojui pasiūlyti bandyti dar kartą, atšaukti arba susisiekti su pagalbos tarnyba.

Transakcijos būsenos valdymas: Išlaikykite aiškų supratimą apie transakcijos būseną. Tai labai svarbu pakartojimams, atšaukimams ir tikslaus grįžtamojo ryšio teikimui. Naudokite būsenų mašiną (state machine) ar kitas būsenos valdymo technikas, kad sektumėte transakcijos eigą. Užtikrinkite, kad išorinė sistema tiksliai atspindėtų esamą būseną.

Atsižvelkite į UI/UX geriausias praktikas pasaulinei auditorijai: Kurdami savo išorinę sistemą, atsižvelkite į kultūrinius skirtumus ir kalbos barjerus. Užtikrinkite, kad jūsų sąsaja būtų lokalizuota ir prieinama vartotojams iš visų regionų. Naudokite universaliai suprantamas piktogramas ir vaizdinius ženklus, kad pagerintumėte naudojimą. Apsvarstykite laiko juostų skirtumus planuodami atnaujinimus ar nustatydami terminus.

3. Išorinės sistemos (Frontend) technologijos ir įrankiai

Būsenos valdymo bibliotekos: Naudokite būsenos valdymo bibliotekas (pvz., Redux, Zustand, Vuex), kad efektyviai valdytumėte transakcijos būseną. Tai užtikrina, kad visos išorinės sistemos dalys turėtų prieigą prie dabartinės būsenos.

API orkestravimo bibliotekos: Apsvarstykite galimybę naudoti API orkestravimo bibliotekas ar sistemas (pvz., Apollo Federation, AWS AppSync), kad supaprastintumėte API iškvietų į kelias paslaugas procesą ir duomenų srauto valdymą. Šie įrankiai gali padėti supaprastinti sąveiką tarp išorinės ir vidinės sistemos paslaugų.

Asinchroninės operacijos: Naudokite asinchronines operacijas (pvz., Promises, async/await), kad išvengtumėte vartotojo sąsajos blokavimo. Tai užtikrina greitai reaguojančią ir patogią vartotojo patirtį.

Testavimas ir stebėjimas: Įgyvendinkite išsamų testavimą, įskaitant vienetų testus, integracijos testus ir „end-to-end“ testus, kad užtikrintumėte išorinės sistemos patikimumą. Naudokite stebėjimo įrankius, kad sektumėte išorinės sistemos našumą ir nustatytumėte galimas problemas.

4. Vidinės sistemos (Backend) aspektai

Nors čia daugiausia dėmesio skiriama išorinei sistemai, vidinės sistemos dizainas turi didelės įtakos išorinės sistemos transakcijų valdymui. Vidinė sistema privalo:

• Teikti nuoseklias API: API turi būti gerai apibrėžtos, dokumentuotos ir nuoseklios.
• Įgyvendinti idempotentiškumą: Paslaugos turi būti sukurtos taip, kad galėtų tvarkyti galimai pasikartojančias užklausas.
• Suteikti atšaukimo galimybes: Paslaugos turi turėti galimybę atšaukti operacijas, jei reikalinga kompensuojanti transakcija.
• Priimti galutinį nuoseklumą (Eventual Consistency): Daugelyje paskirstytų scenarijų griežtas momentinis nuoseklumas ne visada įmanomas. Užtikrinkite, kad duomenys ilgainiui taptų nuoseklūs, ir kurkite savo išorinę sistemą atitinkamai. Apsvarstykite galimybę naudoti tokias technikas kaip optimistinis blokavimas (optimistic locking), kad sumažintumėte duomenų konfliktų riziką.
• Įgyvendinti transakcijų koordinatorius/orkestratorius: Naudokite transakcijų koordinatorius vidinėje sistemoje, ypač kai išorinė sistema orkestruoja transakciją.

Praktinis pavyzdys: Užsakymo pateikimas el. prekyboje

Panagrinėkime praktinį pavyzdį – užsakymo pateikimą el. prekybos platformoje, demonstruojantį išorinės sistemos sąveiką ir paslaugų koordinavimą naudojant Saga šabloną (orkestravimo pagrindu):

1. Vartotojo veiksmas: Vartotojas paspaudžia mygtuką „Pateikti užsakymą“.
2. Išorinės sistemos inicijavimas: Išorinė sistema, reaguodama į vartotojo veiksmą, inicijuoja transakciją, iškviesdama API galinį punktą paslaugos, kuri veikia kaip orkestratorius.
3. Orkestratoriaus logika: Orkestratorius, esantis vidinėje sistemoje, vykdo iš anksto nustatytą veiksmų seką:
1. Mokėjimų paslauga: Orkestratorius iškviečia Mokėjimų paslaugą, kad apdorotų mokėjimą. Užklausa gali apimti kredito kortelės informaciją, atsiskaitymo adresą ir užsakymo sumą.
2. Atsargų paslauga: Tada orkestratorius iškviečia Atsargų paslaugą, kad patikrintų prekių prieinamumą ir sumažintų turimą kiekį. Ši API iškvieta gali apimti prekių sąrašą ir kiekius užsakyme.
3. Pristatymo paslauga: Orkestratorius tęsia, iškviesdamas Pristatymo paslaugą, kad sukurtų siuntos etiketę ir suplanuotų pristatymą. Tai gali apimti pristatymo adresą, pristatymo parinktis ir užsakymo detales.
4. Užsakymų paslauga: Galiausiai, orkestratorius iškviečia Užsakymų paslaugą, kad sukurtų užsakymo įrašą duomenų bazėje, susiejant užsakymą su klientu, prekėmis ir pristatymo informacija.
4. Klaidų valdymas ir kompensavimas: Jei kuri nors iš paslaugų šios sekos metu sugenda:
   • Orkestratorius nustato gedimą ir pradeda kompensuojančias transakcijas.
   • Mokėjimų paslauga gali būti iškviesta grąžinti mokėjimą, jei nepavyko atsargų ar pristatymo operacijos.
   • Atsargų paslauga iškviečiama papildyti atsargas, jei nepavyko mokėjimas.
5. Išorinės sistemos grįžtamasis ryšys: Išorinė sistema gauna atnaujinimus iš orkestratoriaus apie kiekvienos paslaugos iškvietos būseną ir atitinkamai atnaujina vartotojo sąsają.
   • Įkėlimo indikatoriai rodomi, kol vykdomos užklausos.
   • Jei paslauga sėkmingai užbaigiama, išorinė sistema nurodo sėkmingą žingsnį.
   • Jei įvyksta klaida, išorinė sistema rodo klaidos pranešimą, suteikdama vartotojui galimybes, pavyzdžiui, bandyti dar kartą arba atšaukti užsakymą.
6. Vartotojo patirtis: Vartotojas gauna vizualų grįžtamąjį ryšį viso užsakymo proceso metu ir yra informuojamas apie transakcijos eigą. Užbaigus, rodomas sėkmės pranešimas kartu su užsakymo patvirtinimu ir pristatymo informacija (pvz., „Užsakymas patvirtintas. Jūsų užsakymas bus išsiųstas per 2-3 darbo dienas.“)

Šiame scenarijuje išorinė sistema yra transakcijos iniciatorius. Ji sąveikauja su API, esančiu vidinėje sistemoje, kuri, savo ruožtu, naudoja apibrėžtą Saga šabloną sąveikai su kitomis mikropaslaugomis.

Geriausios praktikos išorinės sistemos paskirstytų transakcijų valdymui

Štai keletas geriausių praktikų, kurias reikėtų prisiminti kuriant ir įgyvendinant išorinės sistemos paskirstytų transakcijų koordinavimą:

• Pasirinkite tinkamą šabloną: Atidžiai įvertinkite transakcijų sudėtingumą ir kiekvienos paslaugos reikalaujamą autonomijos laipsnį. Atitinkamai pasirinkite choreografiją arba orkestravimą.
• Taikykite idempotentiškumą: Kurkite paslaugas taip, kad jos sklandžiai tvarkytų pasikartojančias užklausas.
• Įgyvendinkite patikimus pakartojimo mechanizmus: Įtraukite eksponentinį atidėjimą ir grandinės pertraukiklius atsparumui užtikrinti.
• Teikite pirmenybę vartotojo patirčiai (UX): Teikite aiškų, informatyvų grįžtamąjį ryšį vartotojui.
• Naudokite būsenos valdymą: Efektyviai valdykite transakcijos būseną naudodami tinkamas bibliotekas.
• Testuokite kruopščiai: Įgyvendinkite išsamius vienetų, integracijos ir „end-to-end“ testus.
• Stebėkite ir perspėkite: Sukurkite išsamią stebėjimo ir perspėjimo sistemą, kad proaktyviai nustatytumėte galimas problemas.
• Saugumas pirmiausia: Apsaugokite visas API iškvietas tinkamais autentifikavimo ir autorizavimo mechanizmais. Naudokite TLS/SSL ryšiui šifruoti. Patvirtinkite visus duomenis, gautus iš vidinės sistemos, ir išvalykite įvesties duomenis, kad išvengtumėte saugumo pažeidžiamumų.
• Dokumentacija: Dokumentuokite visus API galinius punktus, paslaugų sąveikas ir transakcijų eigas, kad būtų lengviau prižiūrėti ir plėtoti ateityje.
• Apsvarstykite galutinį nuoseklumą: Kurkite suprasdami, kad momentinis nuoseklumas ne visada gali būti įmanomas.
• Planuokite atšaukimus: Užtikrinkite, kad būtų įdiegtos kompensuojančios transakcijos, kurios atšauktų bet kokį pakeitimą, jei kuris nors transakcijos žingsnis nepavyktų.

Išplėstinės temos

1. Paskirstytas sekimas

Kai transakcijos apima kelias paslaugas, paskirstytas sekimas tampa labai svarbus derinimui ir problemų sprendimui. Įrankiai, tokie kaip Jaeger ar Zipkin, leidžia sekti užklausos eigą per visas paslaugas, dalyvaujančias transakcijoje, todėl lengviau nustatyti našumo kliūtis ir klaidas. Įgyvendinkite nuoseklias sekimo antraštes, kad susietumėte žurnalus ir užklausas tarp paslaugų ribų.

2. Galutinis nuoseklumas ir duomenų sinchronizavimas

Paskirstytose sistemose pasiekti stiprų nuoseklumą visose paslaugose dažnai yra brangu ir daro neigiamą įtaką našumui. Priimkite galutinį nuoseklumą kurdami sistemą taip, kad ji sinchronizuotų duomenis asinchroniškai. Naudokite įvykiais pagrįstas architektūras ir pranešimų eiles (pvz., Kafka, RabbitMQ), kad paskleistumėte duomenų pakeitimus tarp paslaugų. Apsvarstykite galimybę naudoti tokias technikas kaip optimistinis blokavimas, kad tvarkytumėte vienu metu vykstančius atnaujinimus.

3. Idempotentiškumo raktai

Siekiant užtikrinti idempotentiškumą, paslaugos turėtų generuoti ir naudoti idempotentiškumo raktus kiekvienai transakcijai. Šie raktai naudojami siekiant išvengti pasikartojančio užklausų apdorojimo. Išorinė sistema gali sugeneruoti unikalų idempotentiškumo raktą ir perduoti jį vidinei sistemai su kiekviena užklausa. Vidinė sistema naudoja raktą, kad užtikrintų, jog kiekviena užklausa būtų apdorota tik vieną kartą, net jei ji gaunama kelis kartus.

4. Stebėjimas ir perspėjimas

Sukurkite patikimą stebėjimo ir perspėjimo sistemą, kad sektumėte paskirstytų transakcijų našumą ir būklę. Stebėkite pagrindinius rodiklius, tokius kaip nepavykusių transakcijų skaičius, delsos laikas ir kiekvienos paslaugos sėkmės rodiklis. Nustatykite perspėjimus, kad praneštumėte komandai apie bet kokias problemas ar anomalijas. Naudokite informacines paneles, kad vizualizuotumėte transakcijų eigas ir nustatytumėte našumo kliūtis.

5. Duomenų migravimo strategija

Migruojant iš monolitinės programos į mikropaslaugų architektūrą, reikia ypatingo dėmesio skirti paskirstytų transakcijų tvarkymui pereinamuoju etapu. Vienas iš būdų yra naudoti „smaugiančio fikusmedžio šabloną“ (strangler fig pattern), kai naujos paslaugos palaipsniui įvedamos, kol monolitas dar veikia. Kita technika apima paskirstytų transakcijų naudojimą pakeitimams tarp monolito ir naujų mikropaslaugų koordinuoti migracijos metu. Kruopščiai suplanuokite savo migracijos strategiją, kad sumažintumėte prastovas ir duomenų nenuoseklumą.

Išvada

Paskirstytų transakcijų valdymas išorinės sistemos architektūrose yra sudėtingas, bet esminis aspektas kuriant patikimas ir mastelio keitimui pritaikytas programas. Atidžiai apsvarstydami iššūkius, taikydami tinkamus architektūrinius šablonus, tokius kaip Saga šablonas, teikdami pirmenybę vartotojo patirčiai ir įgyvendindami geriausias klaidų valdymo, pakartojimo mechanizmų ir stebėjimo praktikas, galite sukurti atsparią sistemą, kuri suteikia patikimą ir nuoseklią patirtį jūsų vartotojams, nepriklausomai nuo jų buvimo vietos. Kruopštus planavimas ir įgyvendinimas leidžia išorinės sistemos paskirstytų transakcijų koordinavimui suteikti kūrėjams galią kurti sistemas, kurios auga kartu su nuolat didėjančiais šiuolaikinių programų reikalavimais.