Vzorec Saga: Vodnik po usklajevanju porazdeljenih transakcij

V svetu sodobne programske arhitekture, še posebej z vzponom mikrostoritev, je upravljanje skladnosti podatkov med več storitvami postalo pomemben izziv. Tradicionalne transakcije ACID (Atomicity, Consistency, Isolation, Durability), ki dobro delujejo znotraj ene same baze podatkov, pogosto ne zadostujejo v porazdeljenih okoljih. Vzorec Saga se pojavlja kot močna rešitev za orkestriranje transakcij med več storitvami, hkrati pa zagotavlja skladnost in odpornost podatkov.

Kaj je vzorec Saga?

Vzorec Saga je oblikovalski vzorec, ki pomaga upravljati porazdeljene transakcije v arhitekturi mikrostoritev. Namesto da bi se zanašali na eno samo, veliko transakcijo ACID, Saga razčleni poslovno transakcijo na zaporedje manjših, lokalnih transakcij. Vsaka lokalna transakcija posodobi podatke znotraj ene same storitve in nato sproži naslednjo transakcijo v zaporedju. Če ena od lokalnih transakcij ne uspe, Saga izvede vrsto kompenzacijskih transakcij, da razveljavi učinke prejšnjih transakcij, kar zagotavlja skladnost podatkov v celotnem sistemu.

Predstavljajte si to kot niz domin. Vsaka domina predstavlja lokalno transakcijo znotraj določene mikrostoritve. Ko ena domina pade (transakcija se zaključi), sproži naslednjo. Če domina ne pade (transakcija ne uspe), morate previdno potisniti že padle domine nazaj gor (kompenzacijske transakcije).

Zakaj uporabiti vzorec Saga?

Tukaj je razlog, zakaj je vzorec Saga bistven za arhitekture mikrostoritev:

• Porazdeljene transakcije: Omogoča vam upravljanje transakcij, ki zajemajo več storitev, ne da bi se zanašali na porazdeljene protokole dvofaznega potrjevanja (2PC), ki so lahko zapleteni in povzročajo ozka grla v zmogljivosti.
• Eventualna konsistentnost: Omogoča eventualno konsistentnost med storitvami. Podatki morda niso takoj skladni v vseh storitvah, vendar bodo sčasoma dosegli skladno stanje.
• Toleranca napak: Z implementacijo kompenzacijskih transakcij vzorec Saga povečuje toleranco napak. Če storitev ne uspe, si sistem lahko elegantno opomore z razveljavitvijo sprememb, ki so jih naredile prejšnje transakcije.
• Razdružitev: Spodbuja ohlapno povezavo med storitvami. Vsaka storitev je odgovorna za svojo lokalno transakcijo, kar zmanjšuje odvisnosti med storitvami.
• Razširljivost: Podpira razširljivost, saj omogoča neodvisno skaliranje vsake storitve.

Vrste vzorcev Saga

Obstajata dva glavna načina za implementacijo vzorca Saga:

1. Saga na osnovi koreografije

V Sagi na osnovi koreografije vsaka storitev posluša dogodke, ki jih objavljajo druge storitve, in se odloči, ali bo ukrepala na podlagi teh dogodkov. Ni centralnega orkestratorja, ki bi upravljal Sago. Namesto tega vsaka storitev sodeluje v Sagi z odzivanjem na dogodke in objavljanjem novih dogodkov.

Kako deluje:

1. Storitev, ki začenja, začne Sago z izvedbo svoje lokalne transakcije in objavo dogodka.
2. Druge storitve se naročijo na ta dogodek in ob prejemu izvedejo svoje lokalne transakcije ter objavijo nove dogodke.
3. Če katera koli transakcija ne uspe, ustrezna storitev objavi kompenzacijski dogodek.
4. Druge storitve poslušajo kompenzacijske dogodke in izvedejo svoje kompenzacijske transakcije, da razveljavijo svoje prejšnje dejanja.

Primer:

Razmislite o postopku izpolnjevanja naročila e-trgovine, ki vključuje tri storitve: Storitev naročil, Storitev plačil in Storitev zalog.

1. Storitev naročil: Prejme novo naročilo in objavi dogodek `OrderCreated`.
2. Storitev plačil: Se naroči na `OrderCreated`, obdela plačilo in objavi dogodek `PaymentProcessed`.
3. Storitev zalog: Se naroči na `PaymentProcessed`, rezervira zalogo in objavi dogodek `InventoryReserved`.
4. Če Storitev zalog ne uspe rezervirati zaloge, objavi dogodek `InventoryReservationFailed`.
5. Storitev plačil: Se naroči na `InventoryReservationFailed`, povrne plačilo in objavi dogodek `PaymentRefunded`.
6. Storitev naročil: Se naroči na `PaymentRefunded` in prekliče naročilo.

Prednosti:

• Enostavnost: Enostavna za implementacijo za preproste Sage z malo udeleženci.
• Ohlapna povezava: Storitve so ohlapno povezane in se lahko razvijajo neodvisno.

Slabosti:

• Zapletenost: Postane težko upravljati za kompleksne Sage z veliko udeleženci.
• Sledenje: Težko je slediti napredku Sage in odpravljati težave.
• Ciklične odvisnosti: Lahko povzroči ciklične odvisnosti med storitvami.

2. Saga na osnovi orkestracije

V Sagi na osnovi orkestracije centralna storitev orkestratorja upravlja izvajanje Sage. Storitev orkestratorja pove vsaki storitvi, kdaj naj izvede svojo lokalno transakcijo in kdaj naj izvede kompenzacijske transakcije, če je potrebno.

Kako deluje:

1. Storitev orkestratorja prejme zahtevo za začetek Sage.
2. Pošlje ukaze vsaki storitvi, da izvede svojo lokalno transakcijo.
3. Orkestrator spremlja izid vsake transakcije.
4. Če so vse transakcije uspešne, se Saga zaključi.
5. Če katera koli transakcija ne uspe, orkestrator pošlje kompenzacijske ukaze ustreznim storitvam, da razveljavijo učinke prejšnjih transakcij.

Primer:

Z uporabo istega postopka izpolnjevanja naročila e-trgovine bi storitev orkestratorja (Orkestrator Saga) usklajevala korake:

1. Orkestrator Saga: Prejme novo zahtevo za naročilo.
2. Orkestrator Saga: Pošlje ukaz `ProcessOrder` storitvi naročil.
3. Storitev naročil: Obdela naročilo in obvesti Orkestrator Saga o uspehu ali neuspehu.
4. Orkestrator Saga: Pošlje ukaz `ProcessPayment` storitvi plačil.
5. Storitev plačil: Obdela plačilo in obvesti Orkestrator Saga o uspehu ali neuspehu.
6. Orkestrator Saga: Pošlje ukaz `ReserveInventory` storitvi zalog.
7. Storitev zalog: Rezervira zalogo in obvesti Orkestrator Saga o uspehu ali neuspehu.
8. Če Storitev zalog ne uspe, obvesti Orkestrator Saga.
9. Orkestrator Saga: Pošlje ukaz `RefundPayment` storitvi plačil.
10. Storitev plačil: Povrne plačilo in obvesti Orkestrator Saga.
11. Orkestrator Saga: Pošlje ukaz `CancelOrder` storitvi naročil.
12. Storitev naročil: Prekliče naročilo in obvesti Orkestrator Saga.

Prednosti:

• Centralizirano upravljanje: Lažje upravljanje kompleksnih Sag z veliko udeleženci.
• Izboljšano sledenje: Lažje je slediti napredku Sage in odpravljati težave.
• Zmanjšane odvisnosti: Zmanjšuje ciklične odvisnosti med storitvami.

Slabosti:

• Povečana zapletenost: Zahteva centralno storitev orkestratorja, kar povečuje zapletenost arhitekture.
• Enotna točka okvare: Storitev orkestratorja lahko postane enotna točka okvare.

Izbira med koreografijo in orkestracijo

Izbira med koreografijo in orkestracijo je odvisna od kompleksnosti Sage in števila sodelujočih storitev. Tukaj je splošna smernica:

• Koreografija: Primerna za preproste Sage z majhnim številom udeležencev, kjer so storitve razmeroma neodvisne. Dobro za scenarije, kot je osnovno ustvarjanje računa ali preproste transakcije e-trgovine.
• Orkestracija: Primerna za kompleksne Sage z velikim številom udeležencev ali kadar potrebujete centraliziran nadzor in vidljivost nad izvajanjem Sage. Idealno za kompleksne finančne transakcije, upravljanje dobavne verige ali kateri koli postopek z zapletenimi odvisnostmi in zahtevami po povračilu.

Izvajanje vzorca Saga

Izvajanje vzorca Saga zahteva skrbno načrtovanje in upoštevanje več dejavnikov.

1. Določite korake Sage

Določite posamezne lokalne transakcije, ki sestavljajo Sago. Za vsako transakcijo določite naslednje:

• Storitev: Storitev, odgovorna za izvedbo transakcije.
• Dejanje: Dejanje, ki ga mora izvesti transakcija.
• Podatki: Podatki, potrebni za izvedbo transakcije.
• Kompenzacijsko dejanje: Dejanje, ki ga je treba izvesti, da se razveljavijo učinki transakcije.

2. Izberite pristop implementacije

Odločite se, ali boste uporabili koreografijo ali orkestracijo. Upoštevajte kompleksnost Sage in kompromise med centraliziranim nadzorom in porazdeljeno odgovornostjo.

3. Izvedite kompenzacijske transakcije

Izvedite kompenzacijske transakcije za vsako lokalno transakcijo. Kompenzacijske transakcije bi morale razveljaviti učinke prvotne transakcije in povrniti sistem v skladno stanje.

Pomembni premisleki za kompenzacijske transakcije:

• Idempotentnost: Kompenzacijske transakcije morajo biti idempotentne, kar pomeni, da jih je mogoče izvesti večkrat brez povzročanja nenamernih stranskih učinkov. To je ključnega pomena, ker se kompenzacijska transakcija lahko ponovi, če sprva ne uspe.
• Atomskost: Idealno bi morala biti kompenzacijska transakcija atomska. Vendar je doseganje prave atomskosti v porazdeljenem okolju lahko zahtevno. Prizadevajte si za najboljšo možno aproksimacijo atomskosti.
• Trajnost: Zagotovite, da so kompenzacijske transakcije trajne, kar pomeni, da se njihovi učinki ohranijo, tudi če storitev pade.

4. Obravnavajte napake in poskuse ponovitev

Izvedite robustno obravnavo napak in mehanizme za ponovni poskus, da se elegantno spopadete z napakami. Razmislite o uporabi tehnik, kot so:

• Eksponentno zmanjševanje: Ponovite neuspešne transakcije z naraščajočimi zamudami, da se izognete preobremenitvi sistema.
• Prekinjevalnik tokokroga: Preprečite, da bi storitev večkrat klicala storitev, ki ne uspe, da bi se izognili kaskadnim napakam.
• Čakalna vrsta mrtvih črk: Pošljite neuspešna sporočila v čakalno vrsto mrtvih črk za kasnejšo analizo in ponovno obdelavo.

5. Zagotovite idempotentnost

Zagotovite, da so vse lokalne transakcije in kompenzacijske transakcije idempotentne. To je ključnega pomena za obravnavo poskusov ponovitev in zagotavljanje skladnosti podatkov.

6. Spremljajte in sledite Sagam

Izvedite spremljanje in sledenje za sledenje napredku Sag in prepoznavanje morebitnih težav. Uporabite orodja za porazdeljeno sledenje za korelacijo dogodkov med več storitvami.

Tehnologije za implementacijo vzorca Saga

Pri implementaciji vzorca Saga lahko pomagajo številne tehnologije:

• Čakalne vrste sporočil (RabbitMQ, Kafka): Olajšajo asinhrono komunikacijo med storitvami, kar omogoča dogodkovno vodene Sage.
• Sledenje dogodkom: Ohranjajte stanje aplikacije kot zaporedje dogodkov, kar zagotavlja popolno revizijsko sled in omogoča ponovno predvajanje dogodkov za namene obnovitve.
• Okvirji za orkestracijo Saga: Okvirji, kot so Apache Camel, Netflix Conductor in Temporal, zagotavljajo orodja in abstrakcije za gradnjo in upravljanje Sag.
• Upravljalniki transakcij baze podatkov (za lokalne transakcije): Relacijske baze podatkov (npr. PostgreSQL, MySQL) in baze podatkov NoSQL ponujajo upravljalnike transakcij za zagotavljanje lastnosti ACID znotraj ene same storitve.

Izzivi pri uporabi vzorca Saga

Medtem ko vzorec Saga ponuja pomembne prednosti, predstavlja tudi določene izzive:

• Zapletenost: Izvajanje vzorca Saga je lahko zapleteno, zlasti za zapletene poslovne procese.
• Eventualna konsistentnost: Obravnavanje eventualne konsistentnosti zahteva skrbno preučitev morebitnih tekmovalnih pogojev in neskladnosti podatkov.
• Testiranje: Testiranje Sag je lahko zahtevno zaradi njihove porazdeljene narave in potrebe po simulaciji napak.
• Odpravljanje napak: Odpravljanje napak Sag je lahko težavno, zlasti pri implementacijah, ki temeljijo na koreografiji, kjer ni centralnega orkestratorja.
• Idempotentnost: Zagotavljanje idempotentnosti transakcij in kompenzacijskih transakcij je ključnega pomena, vendar je lahko zahtevno izvesti.

Najboljše prakse za implementacijo vzorca Saga

Da bi ublažili izzive in zagotovili uspešno implementacijo vzorca Saga, upoštevajte naslednje najboljše prakse:

• Začnite majhno: Začnite s preprostimi Sagami in postopoma povečujte zapletenost, ko pridobivate izkušnje.
• Določite jasne meje: Jasno določite meje vsake storitve in zagotovite, da je vsaka storitev odgovorna za svoje podatke.
• Uporabite dogodke domene: Uporabite dogodke domene za komunikacijo med storitvami in sprožitev korakov Saga.
• Skrbno izvedite kompenzacijske transakcije: Zagotovite, da so kompenzacijske transakcije idempotentne, atomske in trajne.
• Spremljajte in sledite Sagam: Izvedite celovito spremljanje in sledenje za sledenje napredku Sag in prepoznavanje morebitnih težav.
• Načrtujte za neuspeh: Načrtujte svoj sistem tako, da se bo elegantno spopadel z neuspehi in zagotovite, da si sistem lahko opomore od neuspehov brez izgube podatkov.
• Dokumentirajte vse: Temeljito dokumentirajte zasnovo Sage, implementacijo in postopke testiranja.

Primeri iz resničnega sveta vzorca Saga v akciji

Vzorec Saga se uporablja v različnih panogah za upravljanje porazdeljenih transakcij v kompleksnih poslovnih procesih. Tukaj je nekaj primerov:

• E-trgovina: Izpolnjevanje naročil, obdelava plačil, upravljanje zalog in pošiljanje. Na primer, ko stranka odda naročilo, Saga upravlja postopek rezervacije zalog, obdelave plačila in ustvarjanja pošiljke. Če kateri koli korak ne uspe (npr. nezadostna zaloga), Saga kompenzira s sprostitvijo rezervirane zaloge in vračilom plačila. Alibaba, globalni e-trgovinski velikan, obsežno uporablja vzorce Saga na svojem obsežnem trgu, da zagotovi skladnost transakcij v številnih mikrostoritvah.
• Finančne storitve: Prenosi sredstev, vloge za posojila in transakcije s kreditnimi karticami. Razmislite o čezmejnem prenosu denarja: Saga bi lahko usklajevala bremenitve z enega računa, pretvorbo valut in dobroimetja na drug račun. Če pretvorba valut ne uspe, kompenzacijske transakcije razveljavijo bremenitev in preprečijo neskladnosti. TransferWise (zdaj Wise), podjetje fintech, specializirano za mednarodne prenose denarja, se zanaša na vzorce Saga, da zagotovi zanesljivost in skladnost svojih transakcij v različnih bančnih sistemih po vsem svetu.
• Zdravstvo: Registracija pacientov, načrtovanje terminov in posodobitve zdravstvenih kartotek. Ko se bolnik prijavi na termin, bi Saga lahko upravljala postopek ustvarjanja nove zdravstvene kartoteke, načrtovanja termina in obveščanja ustreznih zdravstvenih delavcev. Če načrtovanje termina ne uspe, kompenzacijske transakcije odstranijo termin in obvestijo bolnika.
• Upravljanje dobavne verige: Obdelava naročil, upravljanje skladišč in načrtovanje dostave. Ko je prejeto naročilo, bi Saga lahko upravljala rezerviranje zalog, pakiranje artiklov, načrtovanje dostave in obveščanje stranke. Če eden od teh korakov ne uspe, se lahko za preklic naročila, vrnitev artiklov v zalogo in obveščanje stranke o preklicu uporabi kompenzacijsko dejanje.

Zaključek

Vzorec Saga je dragoceno orodje za upravljanje porazdeljenih transakcij v arhitekturah mikrostoritev. Z razčlenitvijo poslovnih transakcij na zaporedje lokalnih transakcij in izvedbo kompenzacijskih transakcij lahko zagotovite skladnost in odpornost podatkov v porazdeljenem okolju. Medtem ko vzorec Saga predstavlja določene izzive, vam lahko upoštevanje najboljših praks in uporaba ustreznih tehnologij pomagata pri uspešni implementaciji in gradnji robustnih, razširljivih in odpornih aplikacij.

Ker mikrostoritve postajajo vse bolj razširjene, bo vzorec Saga še naprej igral ključno vlogo pri upravljanju porazdeljenih transakcij in zagotavljanju skladnosti podatkov v kompleksnih sistemih. Sprejetje vzorca Saga je ključni korak k gradnji sodobnih, odpornih in razširljivih aplikacij, ki lahko izpolnjujejo zahteve današnje poslovne pokrajine.