Priekšgala sadalītais transakciju koordinators: daudzpakalpojumu transakciju pārvaldība

Mūsdienu programmatūras izstrādes ainavā, īpaši mikropakalpojumu un sarežģītu priekšgala arhitektūru jomā, transakciju pārvaldīšana, kas aptver vairākus pakalpojumus, rada ievērojamu izaicinājumu. Šis ieraksts pēta priekšgala sadalītās transakciju koordinācijas sarežģītību, koncentrējoties uz risinājumiem un labāko praksi, lai nodrošinātu datu konsekvenci un sistēmas izturību.

Sadalīto transakciju izaicinājumi

Tradicionālās datubāzes transakcijas, ko bieži dēvē par ACID (Atomiskums, Konsekvence, Izolācija, Izturība) transakcijām, nodrošina uzticamu veidu, kā pārvaldīt datu izmaiņas vienā datubāzē. Tomēr sadalītā vidē šīs garantijas kļūst sarežģītākas. Lūk, kāpēc:

• Atomiskums: Nodrošināt, ka visas transakcijas daļas ir veiksmīgas vai neviena nav veiksmīga, ir grūti, ja operācijas ir sadalītas vairākos pakalpojumos. Kļūme vienā pakalpojumā var atstāt sistēmu nekonsekventā stāvoklī.
• Konsekvence: Datu integritātes uzturēšana starp dažādiem pakalpojumiem prasa rūpīgu koordināciju un datu sinhronizācijas stratēģijas.
• Izolācija: Traucēt vienlaicīgas transakcijas, kas traucē viena otrai, ir grūtāk, ja transakcijas ietver vairākus pakalpojumus.
• Izturība: Garantēt, ka apstiprinātās transakcijas ir noturīgas pat sistēmas kļūmju gadījumā, prasa spēcīgus datu replikācijas un atkopšanas mehānismus.

Šie izaicinājumi rodas, kad viena lietotāja mijiedarbība, piemēram, pasūtījuma ievietošana e-komercijas platformā, aktivizē darbības vairākos pakalpojumos: maksājumu pakalpojumā, krājumu pakalpojumā, piegādes pakalpojumā un, iespējams, citos. Ja kāds no šiem pakalpojumiem neizdodas, visa transakcija var kļūt problemātiska, izraisot nekonsekvenci lietotāja pieredzē un datu integritātes problēmas.

Priekšgala atbildība sadalīto transakciju pārvaldībā

Lai gan fons bieži vien uzņemas galveno atbildību par transakciju pārvaldību, priekšgalam ir būtiska loma šo sarežģīto mijiedarbību koordinēšanā un orķestrēšanā. Priekšgals parasti:

• Uzsāk transakcijas: Priekšgals bieži vien aktivizē darbību secību, kas veido sadalītu transakciju.
• Nodrošina lietotāja atsauksmes: Priekšgals ir atbildīgs par reāllaika atsauksmju sniegšanu lietotājam par transakcijas statusu. Tas ietver ielādes indikatoru, panākumu ziņojumu un informatīvu kļūdu ziņojumu rādīšanu.
• Apstrādā kļūdu stāvokļus: Priekšgalam ir glīti jāapstrādā kļūdas un jāsniedz lietotājiem atbilstošas atkopšanas iespējas, piemēram, neveiksmīgo operāciju atkārtošana vai transakcijas atcelšana.
• Orķestrē API izsaukumus: Priekšgalam ir jāveic API izsaukumi uz dažādiem mikropakalpojumiem, kas iesaistīti transakcijā, noteiktā secībā saskaņā ar izvēlēto transakciju pārvaldības stratēģiju.
• Pārvalda stāvokli: Priekšgals izseko transakcijas statusu, kas ir ļoti svarīgi atkārtošanām, atcelšanai un lietotāju mijiedarbībai.

Arhitektūras modeļi sadalīto transakciju pārvaldībai

Vairāki arhitektūras modeļi risina sadalīto transakciju problēmas. Divas populāras pieejas ir Saga modelis un divfāzu apstiprināšanas (2PC) protokols. Tomēr 2PC protokols parasti nav ieteicams modernām sadalītām sistēmām tā bloķējošā rakstura un potenciālo veiktspējas šķēršļu dēļ.

Saga modelis

Saga modelis ir lokālo transakciju secība. Katra transakcija atjaunina viena pakalpojuma datus. Ja viena no transakcijām neizdodas, saga izpilda kompensējošās transakcijas, lai atceltu izmaiņas, ko veica iepriekšējās transakcijas. Sagas var ieviest divos veidos:

• Horeogrāfijā balstītas Sagas: Šajā pieejā katrs pakalpojums klausās notikumus no citiem pakalpojumiem un attiecīgi reaģē. Nav centrālā koordinatora; pakalpojumi sazinās tieši. Šī pieeja piedāvā augstu autonomiju, bet var būt sarežģīta pārvaldība un atkļūdošana, sistēmai augot.
• Orķestrācijā balstītas Sagas: Šajā pieejā centrālais orķestratora uzdevums ir koordinēt transakcijas. Orķestrators nosūta komandas pakalpojumiem un apstrādā rezultātus. Šī pieeja nodrošina lielāku kontroli un atvieglo sarežģītu transakciju pārvaldību.

Piemērs: lidojuma rezervēšana Iedomājieties lidojumu rezervēšanas pakalpojumu. Saga varētu ietvert šādus soļus (pamatojoties uz orķestrēšanu):

1. Priekšgals uzsāk transakciju.
2. Orķestrators izsauc “Pieejamības pakalpojumu”, lai pārbaudītu lidojuma pieejamību.
3. Orķestrators izsauc “Maksājumu pakalpojumu”, lai apstrādātu maksājumu.
4. Orķestrators izsauc “Rezervēšanas pakalpojumu”, lai rezervētu vietas.
5. Ja kāds no šiem soļiem neizdodas, orķestrators aktivizē kompensējošās transakcijas (piemēram, atmaksā maksājumu, atbrīvo rezervāciju), lai atceltu izmaiņas.

Pareizā modeļa izvēle

Izvēle starp uz horeogrāfiju un orķestrāciju balstītām Sagām vai citām pieejām ir atkarīga no sistēmas īpašajām prasībām, tostarp:

• Transakciju sarežģītība: Vienkāršām transakcijām var pietikt ar horeogrāfiju. Sarežģītām transakcijām, kas ietver daudzus pakalpojumus, orķestrācija nodrošina labāku kontroli.
• Pakalpojumu autonomija: Horeogrāfija veicina lielāku pakalpojumu autonomiju, jo pakalpojumi sazinās tieši.
• Uzturēšana un atkļūdošana: Orķestrācija vienkāršo atkļūdošanu un atvieglo transakciju plūsmas izpratni.
• Mērogojamība un veiktspēja: Apsveriet katra modeļa ietekmi uz veiktspēju. Orķestrācija var ieviest centrālo kļūmes punktu un potenciālos šķēršļus.

Priekšgala ieviešana: galvenie apsvērumi

Lai ieviestu stabilu priekšgalu sadalīto transakciju pārvaldībai, ir rūpīgi jāapsver vairāki faktori:

1. Kļūdu apstrāde un izturība

Idempotence: Operācijām jābūt idempotentām — tas nozīmē, ka, ja tās tiek izpildītas vairākas reizes, tās rada tādu pašu rezultātu kā viena izpilde. Tas ir ļoti svarīgi, lai apstrādātu atkārtojumus. Piemēram, pārliecinieties, ka “Maksājumu pakalpojums” neiekasē no klienta divreiz, ja ir nepieciešams atkārtojums. Izmantojiet unikālus transakcijas ID, lai efektīvi izsekotu un pārvaldītu atkārtojumus.

Atkārtošanas mehānismi: Ieviesiet spēcīgus atkārtošanas mehānismus ar eksponenciālu atpakaļejošo spēku, lai apstrādātu pagaidu kļūmes. Konfigurējiet atkārtošanas politikas, pamatojoties uz pakalpojumu un kļūdas būtību.

Ķēdes pārtraucēji: Integrējiet ķēdes pārtraucēju modeļus, lai novērstu kaskādes kļūmes. Ja pakalpojums pastāvīgi neizdodas, ķēdes pārtraucējs “atveras”, neļaujot turpmākiem pieprasījumiem un ļaujot pakalpojumam atgūties. Priekšgalam ir jāatklāj, kad ķēde ir atvērta, un attiecīgi jāapstrādā (piemēram, jāparāda lietotājam draudzīgs kļūdas ziņojums vai jāļauj lietotājam mēģināt vēlāk).

Atsauces: Iestatiet atbilstošas atsauces API izsaukumiem, lai novērstu nenoteiktu gaidīšanu. Tas ir īpaši svarīgi sadalītās sistēmās, kur tīkla problēmas ir izplatītas.

Kompensējošās transakcijas: Ieviesiet kompensējošās transakcijas, lai atceltu neveiksmīgo darbību sekas. Priekšgalam ir būtiska loma šo kompensējošo darbību aktivizēšanā. Piemēram, pēc maksājuma apstrādes, ja vietas rezervēšana neizdodas, ir jāatmaksā maksājums.

2. Lietotāja pieredze (UX)

Reāllaika atsauksmes: Sniedziet lietotājam reāllaika atsauksmes par transakcijas gaitu. Izmantojiet ielādes indikatorus, progresa joslas un informatīvus statusa ziņojumus, lai informētu lietotāju. Neuzrādiet tukšu ekrānu vai nerādiet neko, līdz transakcija ir pabeigta.

Skaidri kļūdu ziņojumi: Parādiet skaidrus un kodolīgus kļūdu ziņojumus, kas izskaidro problēmu un sniedz lietotājam izpildāmus norādījumus. Izvairieties no tehniskā žargona un izskaidrojiet problēmu vienkāršā valodā. Apsveriet iespējas lietotājam atkārtot mēģinājumu, atcelt vai sazināties ar atbalsta dienestu.

Transakcijas statusa pārvaldība: Saglabājiet skaidru izpratni par transakcijas statusu. Tas ir ļoti svarīgi atkārtošanām, atcelšanai un precīzas atsauksmes sniegšanai. Izmantojiet stāvokļa automātu vai citas stāvokļa pārvaldības metodes, lai izsekotu transakcijas gaitai. Pārliecinieties, vai priekšgals precīzi atspoguļo pašreizējo stāvokli.

Apsveriet UI/UX paraugpraksi globālām auditorijām: Projektējot savu priekšgalu, ņemiet vērā kultūras atšķirības un valodu barjeras. Pārliecinieties, vai jūsu interfeiss ir lokalizēts un pieejams lietotājiem no visiem reģioniem. Izmantojiet universāli saprotamas ikonas un vizuālos signālus, lai uzlabotu lietojamību. Apsveriet laika joslu atšķirības, plānojot atjauninājumus vai norādot termiņus.

3. Priekšgala tehnoloģijas un rīki

Stāvokļa pārvaldības bibliotēkas: Izmantojiet stāvokļa pārvaldības bibliotēkas (piemēram, Redux, Zustand, Vuex), lai efektīvi pārvaldītu transakcijas stāvokli. Tas nodrošina, ka visām priekšgala daļām ir piekļuve pašreizējam stāvoklim.

API orķestrācijas bibliotēkas: Apsveriet API orķestrācijas bibliotēku vai ietvaru (piemēram, Apollo Federation, AWS AppSync) izmantošanu, lai vienkāršotu API izsaukumu veikšanas procesu uz vairākiem pakalpojumiem un datu plūsmas pārvaldību. Šie rīki var palīdzēt racionalizēt mijiedarbību starp priekšgala un fona pakalpojumiem.

Asinhronās operācijas: Izmantojiet asinhronās operācijas (piemēram, Promises, async/await), lai izvairītos no lietotāja interfeisa bloķēšanas. Tas nodrošina atsaucīgu un lietotājam draudzīgu pieredzi.

Testēšana un uzraudzība: Ieviesiet rūpīgu testēšanu, tostarp vienības testus, integrācijas testus un gala-gala testus, lai nodrošinātu priekšgala uzticamību. Izmantojiet uzraudzības rīkus, lai izsekotu priekšgala veiktspējai un identificētu iespējamās problēmas.

4. Fona apsvērumi

Lai gan galvenais uzsvars šeit ir uz priekšgalu, fona dizainam ir būtiska ietekme uz priekšgala transakciju pārvaldību. Fonam ir jā:

• Nodrošina konsekventus API: API ir jābūt labi definētiem, dokumentētiem un konsekventiem.
• Ieviest idempotenci: Pakalpojumiem jābūt izstrādātiem tā, lai apstrādātu potenciāli dublētus pieprasījumus.
• Piedāvāt atcelšanas iespējas: Pakalpojumiem ir jāspēj mainīt operācijas, ja ir nepieciešama kompensējošā transakcija.
• Pieņemt eventuālo konsekvenci: Daudzos sadalītos scenārijos stingra tūlītēja konsekvence ne vienmēr ir iespējama. Nodrošiniet, lai dati galu galā būtu konsekventi, un attiecīgi izstrādājiet savu priekšgalu. Apsveriet iespēju izmantot tādas metodes kā optimistikā slēgšana, lai samazinātu datu konfliktu risku.
• Ieviest transakciju koordinatorus/orķestratorus: Izmantojiet transakciju koordinatorus fonā, jo īpaši tad, ja priekšgals orķestrē transakciju.

Praktisks piemērs: e-komercijas pasūtījuma ievietošana

Apskatīsim praktisku piemēru pasūtījuma ievietošanai e-komercijas platformā, demonstrējot priekšgala mijiedarbību un pakalpojumu koordinēšanu, izmantojot Saga modeli (pamatojoties uz orķestrēšanu):

1. Lietotāja darbība: Lietotājs noklikšķina uz pogas “Ievietot pasūtījumu”.
2. Priekšgala iniciācija: Priekšgals pēc lietotāja mijiedarbības uzsāk transakciju, izsaucot API galapunktu pakalpojumā, kas darbojas kā orķestrators.
3. Orķestratora loģika: Orķestrators, kas atrodas fonā, ievēro iepriekš definētu darbību secību:
1. Maksājumu pakalpojums: Orķestrators izsauc Maksājumu pakalpojumu, lai apstrādātu maksājumu. Pieprasījums var ietvert kredītkartes informāciju, norēķinu adresi un pasūtījuma kopējo summu.
2. Krājumu pakalpojums: Pēc tam orķestrators izsauc Krājumu pakalpojumu, lai pārbaudītu produktu pieejamību un samazinātu pieejamo daudzumu. Šis API izsaukums var ietvert pasūtījumā esošo produktu sarakstu un daudzumu.
3. Piegādes pakalpojums: Orķestrators turpina izsaukt Piegādes pakalpojumu, lai izveidotu piegādes etiķeti un ieplānotu piegādi. Tas var ietvert piegādes adresi, piegādes iespējas un pasūtījuma informāciju.
4. Pasūtījumu pakalpojums: Visbeidzot, orķestrators izsauc Pasūtījumu pakalpojumu, lai datubāzē izveidotu pasūtījuma ierakstu, saistot pasūtījumu ar klientu, produktiem un piegādes informāciju.
4. Kļūdu apstrāde un kompensācija: Ja kāds no pakalpojumiem neizdodas šīs secības laikā:
   • Orķestrators identificē kļūmi un sāk kompensējošās transakcijas.
   • Maksājumu pakalpojums var tikt izsaukts, lai atmaksātu maksājumu, ja krājumu vai piegādes operācijas neizdevās.
   • Krājumu pakalpojums tiek izsaukts, lai papildinātu krājumus, ja maksājums neizdevās.
5. Priekšgala atsauksmes: Priekšgals saņem atjauninājumus no orķestratora par katra pakalpojuma izsaukuma statusu un attiecīgi atjaunina lietotāja interfeisu.
   • Ielādes indikatori tiek rādīti, kamēr pieprasījumi tiek apstrādāti.
   • Ja pakalpojums veiksmīgi pabeidz darbu, priekšgals norāda uz veiksmīgu soli.
   • Ja rodas kļūda, priekšgals parāda kļūdas ziņojumu, sniedzot lietotājam tādas iespējas kā atkārtot mēģinājumu vai atcelt pasūtījumu.
6. Lietotāja pieredze: Lietotājs saņem vizuālas atsauksmes visā pasūtījuma procesā un tiek informēts par transakcijas gaitu. Pēc pabeigšanas tiek parādīts veiksmes ziņojums kopā ar pasūtījuma apstiprinājumu un piegādes informāciju (piemēram, “Pasūtījums apstiprināts. Jūsu pasūtījums tiks nosūtīts 2-3 darba dienu laikā.”)

Šajā scenārijā priekšgals ir transakcijas iniciators. Tas mijiedarbojas ar API, kas atrodas fonā, kas savukārt izmanto definēto Saga modeli, lai mijiedarbotos ar citiem mikropakalpojumiem.

Labākā prakse priekšgala sadalītās transakcijas pārvaldībai

Šeit ir dažas labākās prakses, kas jāpatur prātā, projektējot un ieviešot priekšgala sadalīto transakciju koordināciju:

• Izvēlieties pareizo modeli: Rūpīgi izvērtējiet transakciju sarežģītību un autonomijas pakāpi, kas nepieciešama katram pakalpojumam. Attiecīgi izvēlieties horeogrāfiju vai orķestrāciju.
• Pieņemiet idempotenci: Izstrādājiet pakalpojumus, lai eleganti apstrādātu dublētus pieprasījumus.
• Ieviesiet spēcīgus atkārtošanas mehānismus: Iekļaujiet eksponenciālu atpakaļejošo spēku un ķēdes pārtraucējus izturībai.
• Prioritāte lietotāja pieredzei (UX): Sniedziet lietotājam skaidras, informatīvas atsauksmes.
• Izmantojiet stāvokļa pārvaldību: Efektīvi pārvaldiet transakcijas statusu, izmantojot atbilstošas bibliotēkas.
• Testējiet rūpīgi: Ieviesiet visaptverošus vienību, integrācijas un gala-gala testus.
• Uzraugiet un brīdiniet: Iestatiet visaptverošu uzraudzību un brīdināšanu, lai proaktīvi identificētu iespējamās problēmas.
• Drošība pirmajā vietā: Aizsargājiet visus API izsaukumus ar atbilstošiem autentifikācijas un autorizācijas mehānismiem. Izmantojiet TLS/SSL, lai šifrētu saziņu. Validējiet visus datus, kas saņemti no fona, un sanitizējiet ievades, lai novērstu drošības ievainojamības.
• Dokumentācija: Dokumentējiet visus API galapunktus, pakalpojumu mijiedarbības un transakciju plūsmas, lai atvieglotu uzturēšanu un turpmāku izstrādi.
• Apsveriet eventuālo konsekvenci: Projektējiet, ņemot vērā to, ka tūlītēja konsekvence ne vienmēr ir iespējama.
• Plānojiet atcelšanu: Nodrošiniet, lai kompensējošās transakcijas būtu vietā, lai atceltu visas izmaiņas gadījumā, ja kāds transakcijas solis neizdodas.

Papildu tēmas

1. Sadalītā izsekošana

Tā kā transakcijas aptver vairākus pakalpojumus, sadalītā izsekošana kļūst ļoti svarīga atkļūdošanai un problēmu novēršanai. Tādi rīki kā Jaeger vai Zipkin ļauj izsekot pieprasījuma plūsmu visos pakalpojumos, kas iesaistīti transakcijā, atvieglojot veiktspējas šķēršļu un kļūdu identificēšanu. Ieviesiet konsekventus izsekošanas galvenes, lai korelētu žurnālus un pieprasījumus pāri pakalpojumu robežām.

2. Eventuālā konsekvence un datu sinhronizācija

Sadalītās sistēmās spēcīgas konsekvences panākšana starp visiem pakalpojumiem bieži ir dārga un ietekmē veiktspēju. Pieņemiet eventuālo konsekvenci, izstrādājot sistēmu tā, lai tā apstrādātu datu sinhronizāciju asinhroni. Izmantojiet notikumu vadītas arhitektūras un ziņojumu rindas (piemēram, Kafka, RabbitMQ), lai izplatītu datu izmaiņas starp pakalpojumiem. Apsveriet iespēju izmantot tādas metodes kā optimisma slēgšana, lai apstrādātu vienlaicīgus atjauninājumus.

3. Idempotences atslēgas

Lai garantētu idempotenci, pakalpojumiem ir jāģenerē un jāizmanto idempotences atslēgas katrai transakcijai. Šīs atslēgas tiek izmantotas, lai novērstu pieprasījumu dubultu apstrādi. Priekšgals var ģenerēt unikālu idempotences atslēgu un pārsūtīt to fonam ar katru pieprasījumu. Fons izmanto atslēgu, lai nodrošinātu, ka katrs pieprasījums tiek apstrādāts tikai vienu reizi, pat ja tas tiek saņemts vairākas reizes.

4. Uzraudzība un brīdināšana

Izveidojiet stabilu uzraudzības un brīdināšanas sistēmu, lai izsekotu sadalīto transakciju veiktspēju un veselību. Uzraugiet galvenos rādītājus, piemēram, neveiksmīgo transakciju skaitu, latentumu un katra pakalpojuma panākumu līmeni. Iestatiet brīdinājumus, lai informētu komandu par visām problēmām vai anomālijām. Izmantojiet informācijas paneļus, lai vizualizētu transakciju plūsmas un identificētu veiktspējas šķēršļus.

5. Datu migrācijas stratēģija

Pārejot no monolītas lietojumprogrammas uz mikropakalpojumu arhitektūru, ir nepieciešama īpaša uzmanība, lai migrācijas fāzē apstrādātu sadalītās transakcijas. Viena pieeja ir izmantot “strangler fig modeli”, kur pakāpeniski tiek ieviesti jauni pakalpojumi, kamēr monolitais vēl ir spēkā. Vēl viena metode ietver sadalīto transakciju izmantošanu, lai migrācijas laikā koordinētu izmaiņas starp monolītu un jaunajiem mikropakalpojumiem. Rūpīgi izstrādājiet migrācijas stratēģiju, lai samazinātu dīkstāves un datu nekonsekvenci.

Secinājums

Sadalīto transakciju pārvaldība priekšgala arhitektūrās ir sarežģīts, bet būtisks aspekts izturīgu un mērogojamu lietojumprogrammu veidošanai. Rūpīgi apsverot izaicinājumus, pieņemot atbilstošus arhitektūras modeļus, piemēram, Saga modeli, prioritāri lietotāja pieredzi un ieviešot labāko praksi kļūdu apstrādei, atkārtošanas mehānismiem un uzraudzībai, jūs varat izveidot elastīgu sistēmu, kas nodrošina uzticamu un konsekventu pieredzi saviem lietotājiem neatkarīgi no to atrašanās vietas. Ar rūpīgu plānošanu un ieviešanu priekšgala sadalītā transakciju koordinācija ļauj izstrādātājiem veidot sistēmas, kas mērogojamas ar arvien pieaugošajām modernu lietojumprogrammu prasībām.