Vzorec Saga: Implementacija porazdeljenih transakcij za mikrostoritve

V svetu mikrostoritev je ohranjanje konsistentnosti podatkov med več storitvami lahko velik izziv. Tradicionalne transakcije ACID (atomičnost, konsistentnost, izolacija, trajnost), ki se pogosto uporabljajo v monolitnih aplikacijah, so pogosto neprimerne za porazdeljena okolja. Tu nastopi vzorec Saga, ki ponuja robustno rešitev za upravljanje porazdeljenih transakcij in zagotavljanje integritete podatkov med mikrostoritvami.

Kaj je vzorec Saga?

Vzorec Saga je oblikovalski vzorec, ki se uporablja za upravljanje zaporedja lokalnih transakcij med več mikrostoritvami. Zagotavlja način za doseganje končne konsistentnosti, kar pomeni, da so podatki lahko začasno nekonsistentni, vendar bodo sčasoma dosegli konsistentno stanje. Namesto da bi se zanašal na eno samo atomično transakcijo, ki zajema več storitev, vzorec Saga razdeli transakcijo na vrsto manjših, neodvisnih transakcij, ki jih izvede posamezna storitev.

Vsaka lokalna transakcija znotraj Sage posodobi bazo podatkov ene same mikrostoritve. Če ena od transakcij ne uspe, Saga izvede vrsto kompenzacijskih transakcij, da razveljavi spremembe, ki so jih naredile predhodne transakcije, s čimer učinkovito razveljavi celotno operacijo.

Zakaj uporabiti vzorec Saga?

Več dejavnikov naredi vzorec Saga dragoceno orodje za upravljanje transakcij v arhitekturah mikrostoritev:

• Razdruževanje: Sage spodbujajo ohlapno povezovanje med mikrostoritvami, kar jim omogoča neodvisen razvoj brez vpliva na druge storitve. To je ključna prednost arhitektur mikrostoritev.
• Skalabilnost: Z izogibanjem dolgotrajnim, porazdeljenim transakcijam Sage izboljšajo skalabilnost in zmogljivost. Vsaka mikrostoritev lahko neodvisno obravnava svoje transakcije, kar zmanjšuje konflikte in izboljšuje prepustnost.
• Odpornost: Sage so zasnovane tako, da so odporne na napake. Če transakcija ne uspe, se lahko Saga razveljavi, kar preprečuje nekonsistentnost podatkov in zagotavlja, da sistem ostane v konsistentnem stanju.
• Prilagodljivost: Vzorec Saga zagotavlja prilagodljivost pri upravljanju zapletenih poslovnih procesov, ki zajemajo več storitev. Omogoča vam, da določite zaporedje transakcij in kompenzacijskih ukrepov, ki se izvedejo v primeru napake.

ACID proti BASE

Razumevanje razlike med ACID in BASE (Basically Available, Soft state, Eventually consistent) je ključno pri odločanju, ali uporabiti vzorec Saga.

• ACID (atomičnost, konsistentnost, izolacija, trajnost): Zagotavlja zanesljivo obdelavo transakcij. Atomičnost zagotavlja, da so vse operacije znotraj transakcije uspešne ali pa nobena. Konsistentnost zagotavlja, da transakcija pretvori bazo podatkov iz enega veljavnega stanja v drugega. Izolacija zagotavlja, da sočasne transakcije ne motijo druga druge. Trajnost zagotavlja, da ko je transakcija potrjena, ostane takšna tudi v primeru sistemske napake.
• BASE (Basically Available, Soft state, Eventually consistent): To je drugačen pristop, zasnovan za porazdeljene sisteme. Basically Available (v osnovi na voljo) pomeni, da je sistem na voljo večino časa. Soft state (mehko stanje) pomeni, da se lahko stanje sistema sčasoma spreminja, tudi brez vnosa. Eventually consistent (končno konsistentno) pomeni, da bo sistem sčasoma postal konsistenten, ko preneha prejemati vnos. Vzorec Saga je usklajen z načeli BASE.

Dve glavni strategiji implementacije Sage

Obstajata dva glavna načina za implementacijo vzorca Saga: koreografija in orkestracija.

1. Saga, ki temelji na koreografiji

V Sagi, ki temelji na koreografiji, vsaka mikrostoritev sodeluje v Sagi tako, da posluša dogodke, ki jih objavijo druge mikrostoritve, in se nanje ustrezno odzove. Ni centralnega orkestratorja; vsaka storitev pozna svoje odgovornosti in kdaj mora izvesti svoja dejanja.

Kako deluje:

1. Saga se začne, ko mikrostoritev objavi dogodek, ki označuje začetek transakcije.
2. Druge mikrostoritve se naročijo na ta dogodek in po prejemu izvedejo svojo lokalno transakcijo.
3. Po zaključku transakcije vsaka mikrostoritev objavi nov dogodek, ki označuje uspeh ali neuspeh njene operacije.
4. Druge mikrostoritve poslušajo te dogodke in sprejmejo ustrezne ukrepe, bodisi nadaljujejo z naslednjim korakom v Sagi ali sprožijo kompenzacijske transakcije, če pride do napake.

Primer: Oddaja naročila v e-trgovini (koreografija)

1. Storitev za naročila: Prejme novo zahtevo za naročilo in objavi dogodek `NarociloUstvarjeno`.
2. Storitev za zaloge: Se naroči na `NarociloUstvarjeno`. Po prejemu dogodka preveri zalogo. Če je zadostna, rezervira izdelke in objavi `ZalogaRezervirana`. Če ni zadostna, objavi `RezervacijaZalogeNeuspesna`.
3. Storitev za plačila: Se naroči na `ZalogaRezervirana`. Po prejemu dogodka obdela plačilo. Če je uspešno, objavi `PlaciloObdelano`. Če ne uspe, objavi `PlaciloNeuspesno`.
4. Storitev za pošiljanje: Se naroči na `PlaciloObdelano`. Po prejemu dogodka pripravi pošiljko in objavi `PosiljkaPripravljena`.
5. Storitev za naročila: Se naroči na `PosiljkaPripravljena`. Po prejemu dogodka označi naročilo kot zaključeno.
6. Kompenzacija: Če je objavljen dogodek `PlaciloNeuspesno` ali `RezervacijaZalogeNeuspesna`, druge storitve poslušajo in izvedejo kompenzacijske transakcije (npr. sprostitev rezervirane zaloge).

Prednosti koreografije:

• Enostavnost: Lažja za implementacijo pri enostavnih potekih dela.
• Decentraliziranost: Spodbuja ohlapno povezovanje in neodvisen razvoj mikrostoritev.

Slabosti koreografije:

• Kompleksnost: Lahko postane zapletena za upravljanje, ko se število udeležencev v Sagi povečuje.
• Vidnost: Težko je slediti celotnemu napredku in stanju Sage.
• Povezovanje: Čeprav spodbuja ohlapno povezovanje, morajo biti storitve še vedno seznanjene z dogodki, ki jih objavljajo druge storitve.

2. Saga, ki temelji na orkestraciji

V Sagi, ki temelji na orkestraciji, centralni orkestrator (pogosto implementiran kot namenska storitev ali stanje avtomat) upravlja Sago in usklajuje izvajanje lokalnih transakcij s strani sodelujočih mikrostoritev. Orkestrator vsaki storitvi pove, kaj naj naredi in kdaj.

Kako deluje:

1. Saga se začne, ko odjemalec zahteva od orkestratorja, da sproži transakcijo.
2. Orkestrator pošlje ukaze sodelujočim mikrostoritvam, da izvedejo svoje lokalne transakcije.
3. Vsaka mikrostoritev izvede svojo transakcijo in obvesti orkestrator o uspehu ali neuspehu.
4. Na podlagi izida se orkestrator odloči, ali bo nadaljeval z naslednjim korakom ali sprožil kompenzacijske transakcije.

Primer: Oddaja naročila v e-trgovini (orkestracija)

1. Orkestrator naročil: Prejme novo zahtevo za naročilo.
2. Orkestrator naročil: Pošlje ukaz Storitvi za zaloge, da rezervira izdelke.
3. Storitev za zaloge: Rezervira izdelke in obvesti Orkestrator naročil.
4. Orkestrator naročil: Pošlje ukaz Storitvi za plačila, da obdela plačilo.
5. Storitev za plačila: Obdela plačilo in obvesti Orkestrator naročil.
6. Orkestrator naročil: Pošlje ukaz Storitvi za pošiljanje, da pripravi pošiljko.
7. Storitev za pošiljanje: Pripravi pošiljko in obvesti Orkestrator naročil.
8. Orkestrator naročil: Označi naročilo kot zaključeno.
9. Kompenzacija: Če kateri koli korak ne uspe, Orkestrator naročil pošlje kompenzacijske ukaze ustreznim storitvam (npr. sprostitev rezervirane zaloge).

Prednosti orkestracije:

• Centraliziran nadzor: Lažje upravljanje in nadzor Sage z osrednje točke.
• Izboljšana vidnost: Orkestrator zagotavlja jasen pregled nad celotnim napredkom in stanjem Sage.
• Manjše povezovanje: Mikrostoritve morajo komunicirati le z orkestratorjem, kar zmanjšuje neposredne odvisnosti med njimi.

Slabosti orkestracije:

• Kompleksnost: Sprva je lahko bolj zapletena za implementacijo, zlasti pri enostavnih potekih dela.
• Ena točka odpovedi: Orkestrator lahko postane ena točka odpovedi, čeprav je to mogoče ublažiti z redundanco in ukrepi za odpornost na napake.

Implementacija kompenzacijskih transakcij

Ključni vidik vzorca Saga je implementacija kompenzacijskih transakcij. Te transakcije se izvedejo, da razveljavijo učinke predhodno zaključenih transakcij v primeru napake. Cilj je sistem vrniti v konsistentno stanje, tudi če celotne Sage ni mogoče dokončati.

Ključni premisleki za kompenzacijske transakcije:

• Idempotentnost: Kompenzacijske transakcije morajo biti idempotentne, kar pomeni, da se lahko izvedejo večkrat, ne da bi spremenile izid. To je pomembno, ker se napake lahko zgodijo kadarkoli, in kompenzacijska transakcija se lahko ponovno poskusi.
• Obravnavanje napak: Tudi kompenzacijske transakcije lahko ne uspejo. Imeti morate strategijo za obravnavanje napak v kompenzacijskih transakcijah, kot so ponovni poskusi, beleženje napak in obveščanje administratorjev.
• Konsistentnost podatkov: Kompenzacijske transakcije morajo zagotoviti, da podatki ostanejo konsistentni. To lahko vključuje obnovo podatkov v prejšnje stanje, brisanje na novo ustvarjenih podatkov ali posodabljanje podatkov, da odražajo preklic transakcije.

Primeri kompenzacijskih transakcij:

• Storitev za zaloge: Če je Storitev za zaloge rezervirala izdelke, vendar plačilo ni uspelo, bi bila kompenzacijska transakcija sprostitev rezerviranih izdelkov.
• Storitev za plačila: Če je Storitev za plačila obdelala plačilo, vendar pošiljanje ni uspelo, bi kompenzacijska transakcija lahko vključevala izdajo vračila.

Izzivi in premisleki

Čeprav vzorec Saga ponuja pomembne prednosti, prinaša tudi nekatere izzive in premisleke:

• Kompleksnost: Implementacija vzorca Saga je lahko zapletena, zlasti pri zapletenih poslovnih procesih. Nujno je skrbno načrtovanje in oblikovanje.
• Končna konsistentnost: Vzorec Saga zagotavlja končno konsistentnost, kar pomeni, da so podatki lahko začasno nekonsistentni. To je lahko težava za aplikacije, ki zahtevajo močna jamstva glede konsistentnosti.
• Testiranje: Testiranje Sag je lahko zahtevno zaradi njihove porazdeljene narave in možnosti napak na različnih točkah.
• Nadzor: Nadzor napredka in stanja Sag je ključen za prepoznavanje in reševanje težav. Imeti morate ustrezna orodja za nadzor in postopke.
• Idempotentnost: Zagotavljanje idempotentnosti transakcij in kompenzacijskih transakcij je ključno za preprečevanje nekonsistentnosti podatkov.
• Izolacija: Ker Sage vključujejo več lokalnih transakcij, je izolacija lahko težava. Morda bodo potrebne strategije, kot so semantične ključavnice ali optimistično zaklepanje.

Primeri uporabe in primeri

Vzorec Saga je zelo primeren za različne primere uporabe, zlasti v porazdeljenih sistemih in arhitekturah mikrostoritev. Tukaj je nekaj pogostih primerov:

• Upravljanje naročil v e-trgovini: Kot je prikazano v zgornjih primerih, se lahko vzorec Saga uporablja za upravljanje celotnega življenjskega cikla naročila, od ustvarjanja naročila do obdelave plačila in pošiljanja.
• Finančne transakcije: Vzorec Saga se lahko uporablja za upravljanje zapletenih finančnih transakcij, ki vključujejo več sistemov, kot so prenosi sredstev, vloge za posojila in zavarovalniški zahtevki.
• Upravljanje dobavne verige: Vzorec Saga se lahko uporablja za usklajevanje dejavnosti med več subjekti v dobavni verigi, kot so proizvajalci, distributerji in trgovci na drobno.
• Zdravstveni sistemi: Vzorec Saga se lahko uporablja za upravljanje zdravstvenih kartotek pacientov in usklajevanje oskrbe med različnimi oddelki in ponudniki.

Primer: Globalna bančna transakcija

Predstavljajte si scenarij, ki vključuje globalno bančno transakcijo med dvema različnima bankama v različnih državah, ki sta podvrženi različnim predpisom in preverjanjem skladnosti. Vzorec Saga lahko zagotovi, da transakcija sledi določenim korakom:

1. Sprožitev transakcije: Stranka sproži prenos sredstev s svojega računa pri Banki A (v ZDA) na račun prejemnika pri Banki B (v Nemčiji).
2. Banka A - Validacija računa: Banka A preveri strankin račun, preveri zadostna sredstva in zagotovi, da ni nobenih blokad ali omejitev.
3. Preverjanje skladnosti (Banka A): Banka A izvede preverjanje skladnosti, da zagotovi, da transakcija ne krši predpisov o preprečevanju pranja denarja (AML) ali mednarodnih sankcij.
4. Prenos sredstev (Banka A): Banka A bremeni strankin račun in pošlje sredstva klirinški hiši ali posredniški banki.
5. Obdelava v klirinški hiši: Klirinška hiša obdela transakcijo, izvede pretvorbo valut (USD v EUR) in usmeri sredstva k Banki B.
6. Banka B - Validacija računa: Banka B preveri prejemnikov račun in zagotovi, da je aktiven in upravičen do prejema sredstev.
7. Preverjanje skladnosti (Banka B): Banka B izvede lastno preverjanje skladnosti v skladu z nemškimi in EU predpisi.
8. Dobropis na računu (Banka B): Banka B nakaže sredstva na prejemnikov račun.
9. Potrditev: Banka B pošlje potrditveno sporočilo Banki A, ki nato obvesti stranko, da je transakcija zaključena.

Kompenzacijske transakcije:

• Če preverjanje skladnosti pri Banki A ne uspe, se transakcija prekliče in strankin račun se ne bremeni.
• Če preverjanje skladnosti pri Banki B ne uspe, se sredstva vrnejo Banki A, in strankin račun se ponovno napolni.
• Če pride do težav s pretvorbo valut ali usmerjanjem v klirinški hiši, se transakcija razveljavi in sredstva se vrnejo Banki A.

Orodja in tehnologije

Več orodij in tehnologij lahko pomaga pri implementaciji vzorca Saga:

• Čakalne vrste sporočil: Apache Kafka, RabbitMQ in Amazon SQS se lahko uporabljajo za objavljanje in naročanje na dogodke v Sagi, ki temelji na koreografiji.
• Mehanizmi za potek dela: Camunda, Zeebe in Apache Airflow se lahko uporabljajo za implementacijo orkestratorjev in upravljanje zapletenih potekov dela.
• Virovanje dogodkov (Event Sourcing): Virovanje dogodkov se lahko uporablja za sledenje zgodovini dogodkov v Sagi in olajšanje razveljavitve v primeru napake.
• Upravitelji porazdeljenih transakcij: Nekateri upravitelji porazdeljenih transakcij, kot je Atomikos, se lahko uporabljajo za usklajevanje transakcij med več storitvami. Vendar pa morda niso primerni za vse arhitekture mikrostoritev zaradi svojih inherentnih omejitev v porazdeljenih okoljih.
• Okvirji za Sage: Obstajajo tudi okvirji za Sage, ki zagotavljajo abstrakcije in orodja za implementacijo vzorca Saga.

Najboljše prakse za implementacijo vzorca Saga

Za učinkovito implementacijo vzorca Saga upoštevajte naslednje najboljše prakse:

• Skrbno načrtovanje: Temeljito analizirajte svoje poslovne zahteve in ustrezno oblikujte Sago. Določite sodelujoče mikrostoritve, zaporedje transakcij in kompenzacijske ukrepe.
• Idempotentnost: Zagotovite, da so vse transakcije in kompenzacijske transakcije idempotentne.
• Obravnavanje napak: Implementirajte robustne mehanizme za obravnavanje napak, da se spopadete z napakami na kateri koli točki v Sagi.
• Nadzor in beleženje: Implementirajte celovit nadzor in beleženje za sledenje napredku in stanju Sag.
• Testiranje: Temeljito testirajte svoje Sage, da zagotovite njihovo pravilno delovanje in elegantno obravnavanje napak.
• Semantične ključavnice: Implementirajte semantične ključavnice, da preprečite sočasne posodobitve istih podatkov s strani različnih Sag.
• Optimistično zaklepanje: Uporabite optimistično zaklepanje za odkrivanje in preprečevanje konfliktov med sočasnimi transakcijami.
• Izberite pravo strategijo implementacije: Skrbno pretehtajte kompromise med koreografijo in orkestracijo ter izberite strategijo, ki najbolje ustreza vašim potrebam.
• Določite jasne politike kompenzacije: Vzpostavite jasne politike za obravnavanje kompenzacije, vključno s pogoji, pod katerimi se kompenzacija sproži, in posebnimi ukrepi, ki jih je treba sprejeti.

Zaključek

Vzorec Saga je močno orodje za upravljanje porazdeljenih transakcij v arhitekturah mikrostoritev. Z razdelitvijo transakcij na vrsto manjših, neodvisnih transakcij in zagotavljanjem mehanizma za kompenzacijo napak vam vzorec Saga omogoča ohranjanje konsistentnosti podatkov ter gradnjo odpornih, skalabilnih in razdruženih sistemov. Čeprav je lahko implementacija vzorca Saga zapletena, so prednosti, ki jih ponuja v smislu prilagodljivosti, skalabilnosti in odpornosti, dragocena pridobitev za vsako arhitekturo mikrostoritev.

Razumevanje odtenkov vzorca Saga, kompromisov med koreografijo in orkestracijo ter pomena kompenzacijskih transakcij vam bo omogočilo načrtovanje in implementacijo robustnih porazdeljenih sistemov, ki ustrezajo zahtevam današnjih zapletenih poslovnih okolij. Sprejetje vzorca Saga je korak k izgradnji resnično odpornih in skalabilnih arhitektur mikrostoritev, ki so sposobne z zaupanjem obvladovati tudi najzahtevnejše porazdeljene transakcije. Ne pozabite upoštevati svojih specifičnih potreb in konteksta pri uporabi tega vzorca ter nenehno izpopolnjevati svojo implementacijo na podlagi resničnih izkušenj in povratnih informacij.