Frontend koordinator za porazdeljene transakcije: Upravljanje transakcij med več storitvami

V sodobnem okolju razvoja programske opreme, zlasti na področju mikroservisov in kompleksnih sprednjih arhitektur, predstavlja upravljanje transakcij, ki potekajo med več storitvami, pomemben izziv. Ta objava raziskuje zapletenosti koordinacije porazdeljenih transakcij na sprednjem delu, s poudarkom na rešitvah in najboljših praksah za zagotavljanje doslednosti podatkov in odpornosti sistema.

Izzivi porazdeljenih transakcij

Tradicionalne transakcije v bazah podatkov, pogosto imenovane transakcije ACID (Atomicity, Consistency, Isolation, Durability), zagotavljajo zanesljiv način upravljanja sprememb podatkov znotraj ene same baze podatkov. Vendar pa v porazdeljenem okolju te garancije postanejo bolj zapletene za doseči. Tukaj je zakaj:

• Atomičnost: Zagotavljanje, da vsi deli transakcije uspejo ali noben ne uspe, je težko, ko so operacije porazdeljene med več storitve. Napaka v eni storitvi lahko pusti sistem v nedoslednem stanju.
• Doslednost: Vzdrževanje celovitosti podatkov med različnimi storitvami zahteva skrbno koordinacijo in strategije sinhronizacije podatkov.
• Izolacija: Preprečevanje medsebojnega vplivanja sočasnih transakcij je težje, ko transakcije vključujejo več storitev.
• Trajnost: Zagotavljanje, da so potrjene transakcije trajne tudi v primeru okvar sistema, zahteva robustne mehanizme replikacije podatkov in obnovitve.

Ti izzivi se pojavijo, ko ena interakcija uporabnika, kot je oddaja naročila na platformi za e-poslovanje, sproži dejanja v več storitvah: storitev za plačila, storitev za zaloge, storitev za pošiljanje in potencialno druge. Če ena od teh storitev odpove, lahko celotna transakcija postane problematična, kar vodi do nedoslednosti v uporabniški izkušnji in težav s celovitostjo podatkov.

Odgovornosti sprednjega dela pri upravljanju porazdeljenih transakcij

Medtem ko si backend pogosto prizadeva za glavno odgovornost pri upravljanju transakcij, ima sprednji del ključno vlogo pri koordinaciji in orkestriranju teh zapletenih interakcij. Sprednji del običajno:

• Začetek transakcij: Sprednji del pogosto sproži zaporedje operacij, ki sestavljajo porazdeljeno transakcijo.
• Zagotavljanje povratnih informacij uporabniku: Sprednji del je odgovoren za zagotavljanje povratnih informacij uporabniku v realnem času o stanju transakcije. To vključuje prikazovanje kazalnikov nalaganja, sporočil o uspehu in informativnih sporočil o napakah.
• Obravnavanje stanj napak: Sprednji del mora spretno obravnavati napake in uporabnikom ponuditi ustrezne možnosti za obnovitev, kot je ponovno poskušanje neuspelih operacij ali preklic transakcije.
• Orkestracija klicev API-jev: Sprednji del mora opraviti klice API-jev na različne mikroservise, vključene v transakcijo, v določenem zaporedju, v skladu z izbrano strategijo upravljanja transakcij.
• Upravljanje stanja: Sprednji del sledi stanju transakcije, kar je ključnega pomena za obravnavo ponovnih poskusov, povratnih zagonov in interakcij uporabnikov.

Arhitekturni vzorci za upravljanje porazdeljenih transakcij

Več arhitekturnih vzorcev obravnava izzive porazdeljenih transakcij. Dva priljubljena pristopa sta vzorec Saga in protokol dvofaznega potrdila (2PC). Vendar protokola 2PC zaradi svoje blokirne narave in potencialnih ozkih grl pri zmogljivosti na splošno ne priporočamo za sodobne porazdeljene sisteme.

Vzorec Saga

Vzorec Saga je zaporedje lokalnih transakcij. Vsaka transakcija posodobi podatke ene storitve. Če ena od transakcij ne uspe, saga izvede nadomestne transakcije za razveljavitev sprememb, ki so jih opravile predhodne transakcije. Sage je mogoče implementirati na dva načina:

• Sage, ki temeljijo na koreografiji: V tem pristopu vsaka storitev posluša dogodke drugih storitev in se ustrezno odziva. Ni centralnega koordinatorja; storitve komunicirajo neposredno. Ta pristop ponuja visoko avtonomijo, vendar ga je težko upravljati in odpravljati napake, ko sistem raste.
• Sage, ki temeljijo na orkestraciji: V tem pristopu je centralni orkestrator odgovoren za koordinacijo transakcij. Orkestrator pošilja ukaze storitvam in obravnava rezultate. Ta pristop zagotavlja večji nadzor in olajša upravljanje zapletenih transakcij.

Primer: Rezervacija leta Predstavljajte si storitev za rezervacijo letov. Saga bi lahko vključevala naslednje korake (ki temeljijo na orkestraciji):

1. Sprednji del sproži transakcijo.
2. Orkestrator pokliče "Storitve za razpoložljivost", da preveri razpoložljivost letov.
3. Orkestrator pokliče "Storitve za plačila", da obdela plačilo.
4. Orkestrator pokliče "Storitve za rezervacije", da rezervira sedeže.
5. Če kateri od teh korakov ne uspe, orkestrator sproži nadomestne transakcije (npr. povračilo plačila, sprostitev rezervacije) za razveljavitev sprememb.

Izbira pravega vzorca

Izbira med Sagi, ki temeljijo na koreografiji ali orkestraciji, ali drugimi pristopi, je odvisna od specifičnih zahtev sistema, vključno z:

• Zapletenost transakcij: Za preproste transakcije je lahko koreografija zadostna. Za zapletene transakcije, ki vključujejo številne storitve, orkestracija zagotavlja boljši nadzor.
• Avtonomija storitev: Koreografija spodbuja večjo avtonomijo storitev, saj storitve komunicirajo neposredno.
• Vzdrževanje in odpravljanje napak: Orkestracija poenostavlja odpravljanje napak in olajša razumevanje poteka transakcije.
• Prilagodljivost in zmogljivost: Upoštevajte vpliv vsakega vzorca na zmogljivost. Orkestracija lahko uvede centralno točko okvare in potencialna ozka grla.

Implementacija na sprednjem delu: Ključne pozornosti

Izvajanje robustnega sprednjega dela za upravljanje porazdeljenih transakcij zahteva skrbno obravnavo več dejavnikov:

1. Obravnava napak in odpornost

Idempotenčnost: Operacije morajo biti idempotentne – kar pomeni, da če se izvedejo večkrat, povzročijo enak rezultat kot enkratna izvedba. To je ključnega pomena za obravnavo ponovnih poskusov. Na primer, zagotovite, da "Storitve za plačila" stranke ne zaračuna dvakrat, če je potreben ponoven poskus. Uporabite edinstvene ID-je transakcij za učinkovito sledenje in upravljanje ponovnih poskusov.

Mehanizmi ponovnega poskusa: Implementirajte robustne mehanizme ponovnega poskusa z eksponentnim zaostajanjem za obravnavo začasnih napak. Konfigurirajte pravilnike o ponovnih poskusih na podlagi storitve in narave napake.

Odklopniki: Vključite vzorce odklopnikov, da preprečite kaskadne napake. Če storitev dosledno odpoveduje, se odklopnik "odpre", kar prepreči nadaljnje zahteve in omogoči storitvi okrevanje. Sprednji del bi moral zaznati, kdaj je odklopnik odprt, in ga ustrezno obravnavati (npr. prikazati uporabniku prijazno sporočilo o napaki ali uporabniku omogočiti ponoven poskus kasneje).

Časovne omejitve: Nastavite ustrezne časovne omejitve za klice API-jev, da preprečite nedokončno čakanje. To je še posebej pomembno v porazdeljenih sistemih, kjer so omrežne težave pogoste.

Nadomestne transakcije: Implementirajte nadomestne transakcije za razveljavitev učinkov neuspelih operacij. Sprednji del igra ključno vlogo pri sprožanju teh nadomestnih dejanj. Na primer, po obdelavi plačila, če rezervacija sedeža ne uspe, morate povrniti plačilo.

2. Uporabniška izkušnja (UX)

Povratne informacije v realnem času: Uporabniku zagotovite povratne informacije v realnem času o poteku transakcije. Uporabite kazalnike nalaganja, vrstice napredka in informativna sporočila o stanju, da uporabnika obveščate. Izogibajte se prikazovanju praznega zaslona ali ničesar, dokler se transakcija ne zaključi.

Jasna sporočila o napakah: Prikazujte jasna in jedrnata sporočila o napakah, ki pojasnjujejo težavo in ponujajo uporabne navodile uporabniku. Izogibajte se tehničnemu žargonu in težavo pojasnite v preprostem jeziku. Razmislite o ponudbi možnosti, da uporabnik ponovno poskusi, prekliče ali se obrne na podporo.

Upravljanje stanja transakcije: Ohranite jasno razumevanje stanja transakcije. To je ključnega pomena za ponovne poskuse, povratne zagoni in zagotavljanje natančnih povratnih informacij. Uporabite stroje stanja ali druge tehnike upravljanja stanja za sledenje poteku transakcije. Zagotovite, da sprednji del natančno odraža trenutno stanje.

Upoštevajte najboljše prakse za UI/UX za globalno občinstvo: Pri načrtovanju svojega sprednjega dela bodite pozorni na kulturne razlike in jezikovne ovire. Zagotovite, da je vaš vmesnik lokaliziran in dostopen uporabnikom iz vseh regij. Uporabite univerzalno razumljive ikone in vizualne znake za izboljšanje uporabnosti. Upoštevajte razlike v časovnih pasovih pri načrtovanju posodobitev ali zagotavljanju rokov.

3. Tehnologije in orodja za sprednji del

Knjižnice za upravljanje stanja: Uporabite knjižnice za upravljanje stanja (npr. Redux, Zustand, Vuex) za učinkovito upravljanje stanja transakcije. To zagotavlja, da imajo vsi deli sprednjega dela dostop do trenutnega stanja.

Knjižnice za orkestracijo API-jev: Razmislite o uporabi knjižnic ali ogrodij za orkestracijo API-jev (npr. Apollo Federation, AWS AppSync) za poenostavitev postopka klicanja API-jev na več storitev in upravljanja toka podatkov. Ta orodja lahko pomagajo poenostaviti interakcijo med sprednjim delom in backend storitvami.

Asinhroni postopki: Uporabite asinhrono obravnavanje (npr. Promises, async/await), da preprečite blokiranje uporabniškega vmesnika. To zagotavlja odziven in uporabniku prijazen izkušnjo.

Testiranje in nadzor: Izvedite temeljito testiranje, vključno z enotskimi, integracijskimi in končnimi preskusi, da zagotovite zanesljivost sprednjega dela. Uporabite orodja za nadzor, da sledite zmogljivosti sprednjega dela in prepoznate potencialne težave.

4. Pomisleki glede backend-a

Medtem ko je tukajšnji glavni poudarek na sprednjem delu, ima zasnova backend-a pomembne posledice za upravljanje transakcij na sprednjem delu. Backend mora:

• Zagotavljati dosledne API-je: API-ji morajo biti dobro definirani, dokumentirani in dosledni.
• Izvajati idempotenčnost: Storitve morajo biti zasnovane tako, da obravnavajo potencialno podvojene zahteve.
• Ponuditi zmožnosti povratnega zagona: Storitve morajo imeti možnost razveljaviti operacije, če je potrebna nadomestna transakcija.
• Sprejeti končno doslednost: V mnogih porazdeljenih scenarijih stroga takojšnja doslednost ni vedno mogoča. Zagotovite, da so podatki končno dosledni, in ustrezno načrtujte svoj sprednji del. Razmislite o uporabi tehnik, kot je optimistično zaklepanje, za zmanjšanje tveganja konflikta podatkov.
• Izvajati koordinatorje/orkestratorje transakcij: Uporabite koordinatorje transakcij na backend-u, zlasti ko sprednji del orkestrira transakcijo.

Praktičen primer: Oddaja naročila v e-poslovanju

Preučimo praktičen primer oddaje naročila na platformi za e-poslovanje, ki prikazuje interakcijo sprednjega dela in koordinacijo storitev z uporabo vzorca Saga (ki temelji na orkestraciji):

1. Dejanje uporabnika: Uporabnik klikne gumb "Oddaj naročilo".
2. Začetek sprednjega dela: Sprednji del, ob interakciji uporabnika, sproži transakcijo s klicem končne točke API-ja storitve, ki deluje kot orkestrator.
3. Logika orkestratorja: Orkestrator, ki se nahaja na backend-u, sledi predhodno določenemu zaporedju dejanj:
1. Storitve za plačila: Orkestrator pokliče Storitve za plačila za obdelavo plačila. Zahtevek lahko vključuje podatke o kreditni kartici, naslov za izstavitev računa in skupni znesek naročila.
2. Storitve za zaloge: Orkestrator nato pokliče Storitve za zaloge, da preveri razpoložljivost izdelkov in zmanjša razpoložljivo količino. Ta klic API-ja lahko vključuje seznam izdelkov in količin v naročilu.
3. Storitve za pošiljanje: Orkestrator nadaljuje s klicem Storitve za pošiljanje, da ustvari nalepko za pošiljanje in načrtuje dostavo. To lahko vključuje naslov za dostavo, možnosti pošiljanja in podrobnosti naročila.
4. Storitve za naročila: Nazadnje orkestrator pokliče Storitve za naročila, da ustvari zapis naročila v bazi podatkov, ki povezuje naročilo s kupcem, izdelki in podatki o pošiljanju.
4. Obravnava napak in nadomestitev: Če katera koli od storitev med tem zaporedjem odpove:
   • Orkestrator prepozna napako in začne nadomestne transakcije.
   • Storitve za plačila se lahko pokličejo za povračilo plačila, če so operacije za zaloge ali pošiljanje odpovedale.
   • Storitve za zaloge se pokličejo za dopolnitev zalog, če je plačilo spodletelo.
5. Povratne informacije sprednjega dela: Sprednji del prejema posodobitve od orkestratorja o stanju vsakega klica storitve in ustrezno posodobi uporabniški vmesnik.
   • Medtem ko so zahteve v teku, se prikazujejo kazalniki nalaganja.
   • Če storitev uspešno zaključi, sprednji del označi uspešen korak.
   • Če pride do napake, sprednji del prikaže sporočilo o napaki, ki uporabniku ponudi možnosti, kot je ponoven poskus ali preklic naročila.
6. Uporabniška izkušnja: Uporabnik prejema vizualne povratne informacije med celotnim postopkom naročila in je obveščen o poteku transakcije. Po zaključku se prikaže sporočilo o uspehu skupaj s potrdilom naročila in podrobnostmi o pošiljanju (npr. "Naročilo potrjeno. Vaše naročilo bo odposlano v 2-3 delovnih dneh.")

V tem scenariju je sprednji del začetnik transakcije. Interagira z API-jem, ki se nahaja na backend-u, ki pa uporablja definirani vzorec Saga za interakcijo z drugimi mikroservisi.

Najboljše prakse za upravljanje porazdeljenih transakcij na sprednjem delu

Tukaj je nekaj najboljših praks, ki jih je treba upoštevati pri načrtovanju in izvajanju koordinacije porazdeljenih transakcij na sprednjem delu:

• Izberite pravi vzorec: Skrbno ocenite zapletenost transakcij in stopnjo avtonomije, ki jo zahteva vsaka storitev. Ustrezno izberite med koreografijo ali orkestracijo.
• Sprejmite idempotenčnost: Oblikujte storitve tako, da bodo obravnavale podvojene zahteve na miren način.
• Implementirajte robustne mehanizme ponovnega poskusa: Vključite eksponentno zaostajanje in odklopnike za odpornost.
• Dajte prednost uporabniški izkušnji (UX): Uporabniku zagotovite jasne, informativne povratne informacije.
• Uporabite upravljanje stanja: Učinkovito upravljajte stanje transakcije z ustreznimi knjižnicami.
• Temeljito testirajte: Izvedite celovite enotske, integracijske in končne teste.
• Nadzorujte in opozarjajte: Nastavite celovito nadzorovanje in opozarjanje za proaktivno prepoznavanje potencialnih težav.
• Varnost na prvem mestu: Vse API klice zavarujte z ustreznimi mehanizmi za avtentikacijo in avtorizacijo. Uporabite TLS/SSL za šifriranje komunikacije. Preverite vse podatke, prejete od backend-a, in očistite vhode, da preprečite varnostne ranljivosti.
• Dokumentacija: Dokumentirajte vse končne točke API-jev, interakcije storitev in poteke transakcij za lažjo vzdrževanje in prihodnji razvoj.
• Upoštevajte končno doslednost: Načrtujte z razumevanjem, da takojšnja doslednost morda ne bo vedno mogoča.
• Načrtujte povratne zagoni: Zagotovite, da so nadomestne transakcije na mestu, da razveljavite kakršno koli spremembo v primeru okvare koraka transakcije.

Napredne teme

1. Porazdeljeno sledenje

Ko transakcije potekajo med več storitvami, postane porazdeljeno sledenje ključnega pomena za odpravljanje napak in reševanje težav. Orodja, kot sta Jaeger ali Zipkin, vam omogočajo sledenje toku zahteve skozi vse storitve, vključene v transakcijo, kar olajša prepoznavanje ozkih grl pri zmogljivosti in napak. Izvajajte dosledne sledilne glave za povezovanje dnevnikov in zahtev med mejami storitev.

2. Končna doslednost in sinhronizacija podatkov

V porazdeljenih sistemih je doseganje močne doslednosti med vsemi storitvami pogosto drago in vpliva na zmogljivost. Sprejmite končno doslednost z oblikovanjem sistema za asinhrono obravnavo sinhronizacije podatkov. Uporabite arhitekture, ki temeljijo na dogodkih, in čakalne vrste sporočil (npr. Kafka, RabbitMQ) za posredovanje sprememb podatkov med storitvami. Razmislite o uporabi tehnik, kot je optimistično zaklepanje, za obravnavo sočasnih posodobitev.

3. Ključi za idempotenčnost

Za zagotavljanje idempotenčnosti bi morale storitve ustvarjati in uporabljati ključe za idempotenčnost za vsako transakcijo. Ti ključi se uporabljajo za preprečevanje podvojenega obdelovanja zahtev. Sprednji del lahko ustvari edinstven ključ za idempotenčnost in ga s vsako zahtevo pošlje backend-u. Backend uporabi ključ, da zagotovi, da je vsaka zahteva obdelana le enkrat, tudi če je prejeta večkrat.

4. Nadzor in opozarjanje

Vzpostavite robusten sistem za nadzor in opozarjanje za sledenje zmogljivosti in zdravju porazdeljenih transakcij. Spremljajte ključne metrike, kot so število neuspelih transakcij, zakasnitev in stopnja uspešnosti vsake storitve. Nastavite opozorila, ki ekipo obvestijo o kakršnih koli težavah ali anomalijah. Uporabite nadzorne plošče za vizualizacijo potekov transakcij in prepoznavanje ozkih grl pri zmogljivosti.

5. Strategija migracije podatkov

Pri selitvi iz monolitne aplikacije v arhitekturo mikroservisov je potrebna posebna skrb za obravnavo porazdeljenih transakcij med fazo prehoda. En pristop je uporaba "strangler fig pattern", kjer se nove storitve postopoma uvajajo, medtem ko je monolit še vedno prisoten. Druga tehnika vključuje uporabo porazdeljenih transakcij za koordinacijo sprememb med monolitom in novimi mikroservisi med migracijo. Skrbno načrtujte svojo strategijo migracije, da zmanjšate čas nedelovanja in nedoslednosti podatkov.

Zaključek

Upravljanje porazdeljenih transakcij v sprednjih arhitekturah je zapleten, a bistveni del gradnje robustnih in prilagodljivih aplikacij. Z skrbnim obravnavanjem izzivov, sprejemanjem ustreznih arhitekturnih vzorcev, kot je vzorec Saga, dajanjem prednosti uporabniški izkušnji ter izvajanjem najboljših praks za obravnavo napak, mehanizme ponovnega poskusa in nadzor, lahko ustvarite odporni sistem, ki uporabnikom zagotavlja zanesljivo in dosledno izkušnjo, ne glede na njihovo lokacijo. Z skrbnim načrtovanjem in izvajanjem, Frontend Distributed Transaction Coordination omogoča razvijalcem, da ustvarjajo sisteme, ki se prilagajajo vedno večjim zahtevam sodobnih aplikacij.