Sagos Šablonas: Gidas po Paskirstytų Transakcijų Koordinavimą

Šiuolaikinės programinės įrangos architektūros srityje, ypač išpopuliarėjus mikroservisams, duomenų nuoseklumo valdymas keliuose servisuose tapo reikšmingu iššūkiu. Tradicinės ACID (atomiškumas, nuoseklumas, izoliacija, patvarumas) transakcijos, kurios gerai veikia vienoje duomenų bazėje, dažnai neatitinka paskirstytų aplinkų reikalavimų. Sagos šablonas atsiranda kaip galingas sprendimas, skirtas transakcijoms organizuoti keliuose servisuose, užtikrinant duomenų nuoseklumą ir atsparumą.

Kas yra Sagos Šablonas?

Sagos šablonas yra dizaino šablonas, padedantis valdyti paskirstytas transakcijas mikroservisų architektūroje. Užuot pasikliavus viena didele ACID transakcija, Saga suskaido verslo transakciją į seką mažesnių, vietinių transakcijų. Kiekviena vietinė transakcija atnaujina duomenis viename servise ir tada suaktyvina kitą transakciją sekoje. Jei viena iš vietinių transakcijų nepavyksta, Saga vykdo kompensacinių transakcijų seriją, kad anuliuotų ankstesnių transakcijų poveikį, užtikrinant duomenų nuoseklumą visoje sistemoje.

Pagalvokite apie tai kaip apie domino seriją. Kiekvienas domino atstovauja vietinei transakcijai konkrečiame mikroservise. Kai vienas domino krenta (transakcija baigta), jis suaktyvina kitą. Jei domino nenukrenta (transakcija nepavyksta), turite atsargiai atstumti jau nukritusius domino atgal į viršų (kompensacinės transakcijos).

Kodėl Naudoti Sagos Šabloną?

Štai kodėl Sagos šablonas yra būtinas mikroservisų architektūroms:

• Paskirstytos Transakcijos: Jis leidžia valdyti transakcijas, kurios apima kelis servisus, nesiremiant paskirstytų dviejų fazių įsipareigojimų (2PC) protokolais, kurie gali būti sudėtingi ir sukelti našumo kliūtis.
• Galutinis Nuoseklumas: Jis įgalina galutinį nuoseklumą tarp servisų. Duomenys gali būti ne iš karto nuoseklūs visuose servisuose, bet galiausiai pasieks nuoseklią būseną.
• Atsparumas Gedimams: Įgyvendindamas kompensacines transakcijas, Sagos šablonas padidina atsparumą gedimams. Jei servisas sugenda, sistema gali grakščiai atsigauti anuliuodama ankstesnių transakcijų atliktus pakeitimus.
• Atskyrimas: Jis skatina laisvą ryšį tarp servisų. Kiekvienas servisas yra atsakingas už savo vietinę transakciją, sumažindamas priklausomybes tarp servisų.
• Mastelio Keitimas: Jis palaiko mastelio keitimą, leidžiant kiekvieną servisą keisti atskirai.

Sagos Šablonų Tipai

Yra du pagrindiniai būdai įgyvendinti Sagos šabloną:

1. Choreografija Pagrįsta Saga

Choreografija pagrįstoje Sagoje kiekvienas servisas klausosi kitų servisų paskelbtų įvykių ir nusprendžia, ar imtis veiksmų, remiantis tais įvykiais. Nėra jokio centrinio organizatoriaus, valdančio Sagą. Vietoj to, kiekvienas servisas dalyvauja Sagoje reaguodamas į įvykius ir skelbdamas naujus įvykius.

Kaip tai Veikia:

1. Inicijuojantis servisas pradeda Sagą atlikdamas savo vietinę transakciją ir paskelbdamas įvykį.
2. Kiti servisai prenumeruoja šį įvykį ir, gavę jį, atlieka savo vietines transakcijas ir skelbia naujus įvykius.
3. Jei kuri nors transakcija nepavyksta, atitinkamas servisas paskelbia kompensacinį įvykį.
4. Kiti servisai klausosi kompensacinių įvykių ir vykdo savo kompensacines transakcijas, kad anuliuotų savo ankstesnius veiksmus.

Pavyzdys:

Apsvarstykite elektroninės prekybos užsakymo vykdymo procesą, kuriame dalyvauja trys servisai: Užsakymų Servisas, Mokėjimų Servisas ir Atsargų Servisas.

1. Užsakymų Servisas: Gauna naują užsakymą ir paskelbia `OrderCreated` įvykį.
2. Mokėjimų Servisas: Prenumeruoja `OrderCreated`, apdoroja mokėjimą ir paskelbia `PaymentProcessed` įvykį.
3. Atsargų Servisas: Prenumeruoja `PaymentProcessed`, rezervuoja atsargas ir paskelbia `InventoryReserved` įvykį.
4. Jei Atsargų Servisui nepavyksta rezervuoti atsargų, jis paskelbia `InventoryReservationFailed` įvykį.
5. Mokėjimų Servisas: Prenumeruoja `InventoryReservationFailed`, grąžina mokėjimą ir paskelbia `PaymentRefunded` įvykį.
6. Užsakymų Servisas: Prenumeruoja `PaymentRefunded` ir atšaukia užsakymą.

Privalumai:

• Paprastumas: Lengva įgyvendinti paprastoms Sagoms su nedaug dalyvių.
• Laisvas Ryšys: Servisai yra laisvai susieti ir gali vystytis nepriklausomai.

Trūkumai:

• Sudėtingumas: Sunku valdyti sudėtingas Sagas su daugybe dalyvių.
• Atsekimas: Sunku atsekti Sagos eigą ir derinti problemas.
• Ciklinės Priklausomybės: Gali sukelti ciklines priklausomybes tarp servisų.

2. Orkestravimas Pagrįsta Saga

Orkestravimas pagrįstoje Sagoje centrinis orkestratoriaus servisas valdo Sagos vykdymą. Orkestratoriaus servisas nurodo kiekvienam servisui, kada atlikti savo vietinę transakciją ir kada vykdyti kompensacines transakcijas, jei reikia.

Kaip tai Veikia:

1. Orkestratoriaus servisas gauna užklausą pradėti Sagą.
2. Jis siunčia komandas kiekvienam servisui atlikti savo vietinę transakciją.
3. Orkestratorius stebi kiekvienos transakcijos rezultatą.
4. Jei visos transakcijos pavyksta, Saga baigiama.
5. Jei kuri nors transakcija nepavyksta, orkestratorius siunčia kompensacines komandas atitinkamiems servisams, kad anuliuotų ankstesnių transakcijų poveikį.

Pavyzdys:

Naudojant tą patį elektroninės prekybos užsakymo vykdymo procesą, orkestratoriaus servisas (Sagos Orkestratorius) koordinuotų veiksmus:

1. Sagos Orkestratorius: Gauna naują užsakymo užklausą.
2. Sagos Orkestratorius: Siunčia `ProcessOrder` komandą Užsakymų Servisui.
3. Užsakymų Servisas: Apdoroja užsakymą ir praneša Sagos Orkestratoriui apie sėkmę arba nesėkmę.
4. Sagos Orkestratorius: Siunčia `ProcessPayment` komandą Mokėjimų Servisui.
5. Mokėjimų Servisas: Apdoroja mokėjimą ir praneša Sagos Orkestratoriui apie sėkmę arba nesėkmę.
6. Sagos Orkestratorius: Siunčia `ReserveInventory` komandą Atsargų Servisui.
7. Atsargų Servisas: Rezervuoja atsargas ir praneša Sagos Orkestratoriui apie sėkmę arba nesėkmę.
8. Jei Atsargų Servisui nepavyksta, jis praneša Sagos Orkestratoriui.
9. Sagos Orkestratorius: Siunčia `RefundPayment` komandą Mokėjimų Servisui.
10. Mokėjimų Servisas: Grąžina mokėjimą ir praneša Sagos Orkestratoriui.
11. Sagos Orkestratorius: Siunčia `CancelOrder` komandą Užsakymų Servisui.
12. Užsakymų Servisas: Atšaukia užsakymą ir praneša Sagos Orkestratoriui.

Privalumai:

• Centralizuotas Valdymas: Lengviau valdyti sudėtingas Sagas su daugybe dalyvių.
• Patobulintas Atsekimas: Lengviau atsekti Sagos eigą ir derinti problemas.
• Sumažintos Priklausomybės: Sumažina ciklines priklausomybes tarp servisų.

Trūkumai:

• Padidėjęs Sudėtingumas: Reikalingas centrinis orkestratoriaus servisas, kuris padidina architektūros sudėtingumą.
• Vienas Gedimo Taškas: Orkestratoriaus servisas gali tapti vienu gedimo tašku.

Choreografijos ir Orkestravimo Pasirinkimas

Choreografijos ir orkestravimo pasirinkimas priklauso nuo Sagos sudėtingumo ir dalyvaujančių servisų skaičiaus. Štai bendra gairė:

• Choreografija: Tinka paprastoms Sagoms su nedideliu dalyvių skaičiumi, kur servisai yra palyginti nepriklausomi. Tinka tokiems scenarijams kaip pagrindinis paskyros sukūrimas arba paprastos elektroninės prekybos transakcijos.
• Orkestravimas: Tinka sudėtingoms Sagoms su dideliu dalyvių skaičiumi arba kai jums reikia centralizuotos kontrolės ir matomumo Sagos vykdymui. Idealiai tinka sudėtingoms finansinėms transakcijoms, tiekimo grandinės valdymui arba bet kokiam procesui su sudėtingomis priklausomybėmis ir atšaukimo reikalavimais.

Sagos Šablono Įgyvendinimas

Sagos šablono įgyvendinimas reikalauja kruopštaus planavimo ir kelių veiksnių apsvarstymo.

1. Apibrėžkite Sagos Žingsnius

Nustatykite atskiras vietines transakcijas, sudarančias Sagą. Kiekvienai transakcijai apibrėžkite šiuos dalykus:

• Servisas: Servisas, atsakingas už transakcijos vykdymą.
• Veiksmas: Veiksmas, kurį turi atlikti transakcija.
• Duomenys: Duomenys, reikalingi transakcijai atlikti.
• Kompensacinis Veiksmas: Veiksmas, kuris turi būti atliktas, kad būtų anuliuotas transakcijos poveikis.

2. Pasirinkite Įgyvendinimo Būdą

Nuspręskite, ar naudoti choreografiją, ar orkestravimą. Apsvarstykite Sagos sudėtingumą ir kompromisus tarp centralizuotos kontrolės ir paskirstytos atsakomybės.

3. Įgyvendinkite Kompensacines Transakcijas

Įgyvendinkite kompensacines transakcijas kiekvienai vietinei transakcijai. Kompensacinės transakcijos turėtų anuliuoti originalios transakcijos poveikį ir atkurti sistemos nuoseklią būseną.

Svarbūs Aspektai Kompensacinėms Transakcijoms:

• Idempotencija: Kompensacinės transakcijos turėtų būti idempotentinės, tai reiškia, kad jas galima vykdyti kelis kartus nesukeliant nenumatytų šalutinių poveikių. Tai yra labai svarbu, nes kompensacinė transakcija gali būti pakartotinai vykdoma, jei iš pradžių nepavyksta.
• Atomiškumas: Idealiu atveju kompensacinė transakcija turėtų būti atomiška. Tačiau pasiekti tikrą atomiškumą paskirstytoje aplinkoje gali būti sudėtinga. Siekite kuo geresnio atomiškumo aproksimavimo.
• Patvarumas: Užtikrinkite, kad kompensacinės transakcijos būtų patvarios, tai reiškia, kad jų poveikis išlieka net jei servisas sugenda.

4. Tvarkykite Gedimus ir Pakartotinius Bandymus

Įgyvendinkite patikimus klaidų tvarkymo ir pakartotinių bandymų mechanizmus, kad grakščiai tvarkytumėte gedimus. Apsvarstykite galimybę naudoti tokius metodus kaip:

• Eksponentinis Atitraukimas: Pakartotinai bandykite nepavykusias transakcijas su didėjančiais vėlavimais, kad neperkrautumėte sistemos.
• Grandininis Pertraukiklis: Neleiskite servisui pakartotinai iškviesti nepavykusio serviso, kad išvengtumėte kaskadinių gedimų.
• Negyvų Laiškų Eilė: Siųskite nepavykusius pranešimus į negyvų laiškų eilę vėlesnei analizei ir perdirbimui.

5. Užtikrinkite Idempotenciją

Užtikrinkite, kad visos vietinės transakcijos ir kompensacinės transakcijos būtų idempotentinės. Tai yra labai svarbu tvarkant pakartotinius bandymus ir užtikrinant duomenų nuoseklumą.

6. Stebėkite ir Atsekite Sagas

Įgyvendinkite stebėjimą ir atsekimą, kad stebėtumėte Sagų eigą ir nustatytumėte galimas problemas. Naudokite paskirstytus atsekimo įrankius, kad susietumėte įvykius keliuose servisuose.

Sagos Šablono Įgyvendinimo Technologijos

Kelios technologijos gali padėti įgyvendinti Sagos šabloną:

• Pranešimų Eilės (RabbitMQ, Kafka): Palengvina asinchroninį ryšį tarp servisų, įgalindamos įvykiais pagrįstas Sagas.
• Įvykių Šaltinis: Išsaugokite programos būseną kaip įvykių seką, pateikdami pilną audito seką ir įgalindami įvykių pakartotinį paleidimą atkūrimo tikslais.
• Sagos Orkestravimo Sistemos: Sistemos, tokios kaip Apache Camel, Netflix Conductor ir Temporal, teikia įrankius ir abstrakcijas, skirtas kurti ir valdyti Sagas.
• Duomenų Bazių Transakcijų Valdytojai (vietinėms transakcijoms): Reliacinės duomenų bazės (pvz., PostgreSQL, MySQL) ir NoSQL duomenų bazės siūlo transakcijų valdytojus, kad užtikrintų ACID savybes viename servise.

Sagos Šablono Naudojimo Iššūkiai

Nors Sagos šablonas siūlo didelių privalumų, jis taip pat kelia tam tikrų iššūkių:

• Sudėtingumas: Sagos šablono įgyvendinimas gali būti sudėtingas, ypač sudėtingiems verslo procesams.
• Galutinis Nuoseklumas: Tvarkymas su galutiniu nuoseklumu reikalauja kruopštaus potencialių lenktynių sąlygų ir duomenų nenuoseklumų apsvarstymo.
• Testavimas: Sagų testavimas gali būti sudėtingas dėl jų paskirstytos prigimties ir poreikio imituoti gedimus.
• Derinimas: Sagų derinimas gali būti sudėtingas, ypač choreografija pagrįstuose įgyvendinimuose, kur nėra centrinio orkestratoriaus.
• Idempotencija: Užtikrinti transakcijų ir kompensacinių transakcijų idempotenciją yra labai svarbu, bet gali būti sudėtinga įgyvendinti.

Geriausia Sagos Šablono Įgyvendinimo Praktika

Norėdami sumažinti iššūkius ir užtikrinti sėkmingą Sagos šablono įgyvendinimą, apsvarstykite šią geriausią praktiką:

• Pradėkite nuo Mažo: Pradėkite nuo paprastų Sagų ir palaipsniui didinkite sudėtingumą, kai įgysite patirties.
• Apibrėžkite Aiškias Ribas: Aiškiai apibrėžkite kiekvieno serviso ribas ir užtikrinkite, kad kiekvienas servisas būtų atsakingas už savo duomenis.
• Naudokite Domeno Įvykius: Naudokite domeno įvykius, kad bendrautumėte tarp servisų ir suaktyvintumėte Sagos žingsnius.
• Įgyvendinkite Kompensacines Transakcijas Atsargiai: Užtikrinkite, kad kompensacinės transakcijos būtų idempotentinės, atomiškos ir patvarios.
• Stebėkite ir Atsekite Sagas: Įgyvendinkite išsamų stebėjimą ir atsekimą, kad stebėtumėte Sagų eigą ir nustatytumėte galimas problemas.
• Suprojektuokite Gedimams: Suprojektuokite savo sistemą taip, kad ji grakščiai tvarkytų gedimus ir užtikrintų, kad sistema galėtų atsigauti po gedimų neprarandant duomenų.
• Dokumentuokite Viską: Kruopščiai dokumentuokite Sagos dizainą, įgyvendinimą ir testavimo procedūras.

Realūs Sagos Šablono Pavyzdžiai Veiksme

Sagos šablonas naudojamas įvairiose pramonės šakose, kad valdytų paskirstytas transakcijas sudėtinguose verslo procesuose. Štai keletas pavyzdžių:

• Elektroninė Prekyba: Užsakymo vykdymas, mokėjimo apdorojimas, atsargų valdymas ir pristatymas. Pavyzdžiui, kai klientas pateikia užsakymą, Saga valdo atsargų rezervavimo, mokėjimo apdorojimo ir siuntos sukūrimo procesą. Jei kuris nors žingsnis nepavyksta (pvz., nepakanka atsargų), Saga kompensuoja atleisdama rezervuotas atsargas ir grąžindama mokėjimą. Alibaba, pasaulinis elektroninės prekybos milžinas, plačiai naudoja Sagos šablonus savo didžiulėje prekyvietėje, kad užtikrintų transakcijų nuoseklumą tarp daugybės mikroservisų.
• Finansinės Paslaugos: Lėšų pervedimai, paskolų paraiškos ir kreditinių kortelių transakcijos. Apsvarstykite tarpvalstybinį pinigų pervedimą: Saga galėtų koordinuoti debetus iš vienos sąskaitos, valiutos konvertavimą ir kreditus į kitą sąskaitą. Jei valiutos konvertavimas nepavyksta, kompensacinės transakcijos atšaukia debetą ir užkerta kelią nenuoseklumams. TransferWise (dabar Wise), fintech įmonė, kuri specializuojasi tarptautiniuose pinigų pervedimuose, remiasi Sagos šablonais, kad garantuotų savo transakcijų patikimumą ir nuoseklumą skirtingose bankų sistemose visame pasaulyje.
• Sveikatos Priežiūra: Pacientų registracija, susitikimų planavimas ir medicininių įrašų atnaujinimai. Kai pacientas registruojasi į susitikimą, Saga galėtų valdyti naujo paciento įrašo sukūrimo, susitikimo planavimo ir atitinkamų sveikatos priežiūros paslaugų teikėjų informavimo procesą. Jei susitikimo planavimas nepavyksta, kompensacinės transakcijos pašalina susitikimą ir informuoja pacientą.
• Tiekimo Grandinės Valdymas: Užsakymų apdorojimas, sandėlio valdymas ir pristatymo planavimas. Kai gaunamas užsakymas, Saga galėtų valdyti atsargų rezervavimą, prekių pakavimą, pristatymo planavimą ir kliento informavimą. Jei vienas iš šių žingsnių nepavyksta, galima naudoti kompensacinį veiksmą, kad atšauktumėte užsakymą, grąžintumėte prekes į atsargas ir informuotumėte klientą apie atšaukimą.

Išvada

Sagos šablonas yra vertingas įrankis, skirtas valdyti paskirstytas transakcijas mikroservisų architektūrose. Suskaidydami verslo transakcijas į seką vietinių transakcijų ir įgyvendindami kompensacines transakcijas, galite užtikrinti duomenų nuoseklumą ir atsparumą paskirstytoje aplinkoje. Nors Sagos šablonas kelia tam tikrų iššūkių, vadovaujantis geriausia praktika ir naudojant atitinkamas technologijas galite sėkmingai jį įgyvendinti ir sukurti patikimas, keičiamo mastelio ir atsparias gedimams programas.

Kadangi mikroservisai tampa vis labiau paplitę, Sagos šablonas ir toliau vaidins svarbų vaidmenį valdant paskirstytas transakcijas ir užtikrinant duomenų nuoseklumą sudėtingose sistemose. Sagos šablono įsisavinimas yra pagrindinis žingsnis kuriant šiuolaikiškas, atsparias ir keičiamo mastelio programas, kurios gali patenkinti šiandienos verslo aplinkos poreikius.