Координатор розподілених транзакцій на фронтенді: управління транзакціями в мультисервісних системах

У сучасному ландшафті розробки програмного забезпечення, особливо в області мікросервісів і складних архітектур фронтенду, управління транзакціями, що охоплюють кілька сервісів, представляє значний виклик. Цей пост досліджує тонкощі координації розподілених транзакцій на фронтенді, зосереджуючись на рішеннях і найкращих практиках для забезпечення узгодженості даних і стійкості системи.

Виклики розподілених транзакцій

Традиційні транзакції баз даних, які часто називають ACID (Атомарність, Узгодженість, Ізольованість, Надійність) транзакціями, забезпечують надійний спосіб управління змінами даних в межах однієї бази даних. Однак у розподіленому середовищі ці гарантії стають складнішими для досягнення. Ось чому:

• Атомарність: Забезпечити успішне завершення всіх частин транзакції або жодної з них складно, коли операції розподілені між кількома сервісами. Збій в одному сервісі може залишити систему в неузгодженому стані.
• Узгодженість: Підтримання цілісності даних у різних сервісах вимагає ретельної координації та стратегій синхронізації даних.
• Ізольованість: Запобігання взаємному впливу паралельних транзакцій складніше, коли транзакції включають кілька сервісів.
• Надійність: Гарантія, що зафіксовані транзакції є постійними навіть у разі збоїв системи, вимагає надійних механізмів реплікації та відновлення даних.

Ці виклики виникають, коли одна взаємодія з користувачем, наприклад, розміщення замовлення на платформі електронної комерції, запускає дії в кількох сервісах: сервіс оплати, сервіс інвентаризації, сервіс доставки та, можливо, інших. Якщо один із цих сервісів виходить з ладу, вся транзакція може стати проблематичною, що призведе до неузгодженостей у взаємодії з користувачем та проблем із цілісністю даних.

Відповідальність фронтенду в управлінні розподіленими транзакціями

Хоча бекенд часто бере на себе основну відповідальність за управління транзакціями, фронтенд відіграє вирішальну роль у координації та оркеструванні цих складних взаємодій. Фронтенд зазвичай:

• Ініціює транзакції: Фронтенд часто запускає послідовність операцій, які складають розподілену транзакцію.
• Забезпечує зворотний зв’язок з користувачем: Фронтенд відповідає за надання зворотного зв’язку в реальному часі користувачу про стан транзакції. Це включає відображення індикаторів завантаження, повідомлень про успіх та інформативних повідомлень про помилки.
• Обробляє стани помилок: Фронтенд повинен коректно обробляти помилки та надавати користувачам відповідні варіанти відновлення, такі як повторна спроба невдалих операцій або скасування транзакції.
• Оркеструє виклики API: Фронтенд повинен здійснювати виклики API до різних мікросервісів, задіяних у транзакції, у певній послідовності відповідно до обраної стратегії управління транзакціями.
• Управляє станом: Фронтенд відстежує стан транзакції, що має вирішальне значення для обробки повторних спроб, відкатів і взаємодій з користувачем.

Архітектурні патерни для управління розподіленими транзакціями

Кілька архітектурних патернів вирішують проблеми розподілених транзакцій. Два популярних підходи — це патерн Saga та протокол двофазного комітування (2PC). Однак протокол 2PC зазвичай не рекомендується для сучасних розподілених систем через його блокуючий характер і потенційні вузькі місця продуктивності.

Патерн Saga

Патерн Saga — це послідовність локальних транзакцій. Кожна транзакція оновлює дані одного сервісу. Якщо одна з транзакцій не вдається, saga виконує компенсуючі транзакції, щоб скасувати зміни, внесені попередніми транзакціями. Sagas можна реалізувати двома способами:

• Sagas на основі хореографії: У цьому підході кожен сервіс прослуховує події від інших сервісів і реагує відповідним чином. Центрального координатора немає; сервіси спілкуються безпосередньо. Цей підхід забезпечує високу автономію, але може бути складним в управлінні та налагодженні в міру зростання системи.
• Sagas на основі оркестрації: У цьому підході центральний оркестратор відповідає за координацію транзакцій. Оркестратор надсилає команди сервісам і обробляє результати. Цей підхід забезпечує більше контролю та полегшує управління складними транзакціями.

Приклад: Бронювання авіаквитка Уявіть собі сервіс бронювання авіаквитків. Saga може включати наступні кроки (на основі оркестрації):

1. Фронтенд ініціює транзакцію.
2. Оркестратор викликає 'Availability Service' для перевірки наявності рейсів.
3. Оркестратор викликає 'Payment Service' для обробки платежу.
4. Оркестратор викликає 'Booking Service' для резервування місць.
5. Якщо якийсь із цих кроків не вдається, оркестратор запускає компенсуючі транзакції (наприклад, повернення платежу, скасування резервування) для відкоту змін.

Вибір правильного патерну

Вибір між Sagas на основі хореографії та на основі оркестрації або іншими підходами залежить від конкретних вимог системи, включаючи:

• Складність транзакцій: Для простих транзакцій хореографії може бути достатньо. Для складних транзакцій, що включають численні сервіси, оркестрація забезпечує кращий контроль.
• Автономія сервісів: Хореографія сприяє більшій автономії сервісів, оскільки сервіси спілкуються безпосередньо.
• Підтримка та налагодження: Оркестрація спрощує налагодження та полегшує розуміння потоку транзакцій.
• Масштабованість і продуктивність: Враховуйте наслідки продуктивності кожного патерну. Оркестрація може призвести до центральної точки відмови та потенційних вузьких місць.

Реалізація фронтенду: ключові міркування

Реалізація надійного фронтенду для управління розподіленими транзакціями вимагає ретельного розгляду кількох факторів:

1. Обробка помилок і стійкість

Ідемпотентність: Операції повинні бути ідемпотентними — тобто, якщо вони виконуються кілька разів, вони дають той самий результат, що й одне виконання. Це критично важливо для обробки повторних спроб. Наприклад, переконайтеся, що 'Payment Service' не стягує з клієнта двічі, якщо потрібна повторна спроба. Використовуйте унікальні ідентифікатори транзакцій для ефективного відстеження та управління повторними спробами.

Механізми повторних спроб: Реалізуйте надійні механізми повторних спроб з експоненційним відкладенням для обробки тимчасових збоїв. Налаштуйте політики повторних спроб на основі сервісу та характеру помилки.

Переривники ланцюга: Інтегруйте патерни переривників ланцюга, щоб запобігти каскадним збоям. Якщо сервіс постійно виходить з ладу, переривник ланцюга 'відкривається', запобігаючи подальшим запитам і дозволяючи сервісу відновитися. Фронтенд повинен виявляти, коли ланцюг відкрито, і обробляти це належним чином (наприклад, відображати зручне для користувача повідомлення про помилку або дозволяти користувачеві спробувати ще раз пізніше).

Тайм-аути: Встановіть відповідні тайм-аути для викликів API, щоб уникнути невизначеного очікування. Це особливо важливо в розподілених системах, де проблеми з мережею є звичними.

Компенсуючі транзакції: Реалізуйте компенсуючі транзакції, щоб скасувати наслідки невдалих операцій. Фронтенд відіграє вирішальну роль у запуску цих компенсуючих дій. Наприклад, після обробки платежу, якщо бронювання місця не вдається, потрібно повернути платіж.

2. Взаємодія з користувачем (UX)

Зворотний зв’язок у реальному часі: Забезпечуйте користувачеві зворотний зв’язок у реальному часі про хід транзакції. Використовуйте індикатори завантаження, індикатори прогресу та інформативні повідомлення про стан, щоб інформувати користувача. Уникайте відображення порожнього екрана або відображення чогось, доки транзакція не завершиться.

Чіткі повідомлення про помилки: Відображайте чіткі та стислі повідомлення про помилки, які пояснюють проблему та надають практичні інструкції користувачеві. Уникайте технічного жаргону та пояснюйте проблему простою мовою. Розгляньте можливість надання користувачеві варіантів повторної спроби, скасування або звернення до служби підтримки.

Управління станом транзакції: Підтримуйте чітке розуміння стану транзакції. Це має вирішальне значення для повторних спроб, відкатів і надання точного зворотного зв’язку. Використовуйте кінцевий автомат або інші методи управління станом, щоб відстежувати хід транзакції. Переконайтеся, що фронтенд точно відображає поточний стан.

Враховуйте найкращі практики UI/UX для глобальної аудиторії: Під час розробки свого фронтенду пам’ятайте про культурні відмінності та мовні бар’єри. Переконайтеся, що ваш інтерфейс локалізовано та доступний для користувачів з усіх регіонів. Використовуйте загальнозрозумілі значки та візуальні підказки для покращення зручності використання. Враховуйте різницю в часових поясах під час планування оновлень або надання кінцевих термінів.

3. Фронтенд технології та інструменти

Бібліотеки управління станом: Використовуйте бібліотеки управління станом (наприклад, Redux, Zustand, Vuex) для ефективного управління станом транзакції. Це гарантує, що всі частини фронтенду мають доступ до поточного стану.

Бібліотеки оркестрації API: Розгляньте можливість використання бібліотек або фреймворків оркестрації API (наприклад, Apollo Federation, AWS AppSync), щоб спростити процес здійснення викликів API до кількох сервісів і керування потоком даних. Ці інструменти можуть допомогти оптимізувати взаємодію між сервісами фронтенду та бекенду.

Асинхронні операції: Використовуйте асинхронні операції (наприклад, Promises, async/await), щоб уникнути блокування інтерфейсу користувача. Це забезпечує чуйний і зручний досвід.

Тестування та моніторинг: Реалізуйте ретельне тестування, включаючи модульні тести, інтеграційні тести та наскрізні тести, щоб забезпечити надійність фронтенду. Використовуйте інструменти моніторингу, щоб відстежувати продуктивність фронтенду та виявляти потенційні проблеми.

4. Міркування бекенду

Хоча основна увага тут приділяється фронтенду, дизайн бекенду має значні наслідки для управління транзакціями фронтенду. Бекенд повинен:

• Забезпечувати узгоджені API: API повинні бути чітко визначені, задокументовані та узгоджені.
• Реалізувати ідемпотентність: Сервіси повинні бути розроблені для обробки потенційно дубльованих запитів.
• Пропонувати можливості відкату: Сервіси повинні мати можливість скасовувати операції, якщо потрібна компенсуюча транзакція.
• Прийняти остаточну узгодженість: У багатьох розподілених сценаріях сувора негайна узгодженість не завжди можлива. Переконайтеся, що дані врешті-решт узгоджені, і відповідно розробіть свій фронтенд. Розгляньте можливість використання таких методів, як оптимістичне блокування, щоб зменшити ризик конфліктів даних.
• Реалізувати координаторів/оркестраторів транзакцій: Використовуйте координаторів транзакцій на бекенді, особливо коли фронтенд оркеструє транзакцію.

Практичний приклад: розміщення замовлення в електронній комерції

Давайте розглянемо практичний приклад розміщення замовлення на платформі електронної комерції, демонструючи взаємодію з фронтендом і координацію сервісів за допомогою патерну Saga (на основі оркестрації):

1. Дія користувача: Користувач натискає кнопку «Розмістити замовлення».
2. Ініціація фронтенду: Фронтенд, після взаємодії з користувачем, ініціює транзакцію, викликаючи кінцеву точку API сервісу, який виступає в ролі оркестратора.
3. Логіка оркестратора: Оркестратор, що знаходиться в бекенді, виконує наперед визначену послідовність дій:
1. Сервіс оплати: Оркестратор викликає Сервіс оплати для обробки платежу. Запит може містити інформацію про кредитну картку, платіжну адресу та загальну суму замовлення.
2. Сервіс інвентаризації: Потім оркестратор викликає Сервіс інвентаризації, щоб перевірити наявність продукту та зменшити доступну кількість. Цей виклик API може містити список продуктів і кількостей у замовленні.
3. Сервіс доставки: Оркестратор продовжує викликати Сервіс доставки, щоб створити етикетку доставки та запланувати доставку. Це може включати адресу доставки, варіанти доставки та деталі замовлення.
4. Сервіс замовлень: Нарешті, оркестратор викликає Сервіс замовлень, щоб створити запис замовлення в базі даних, пов’язуючи замовлення з клієнтом, продуктами та інформацією про доставку.
4. Обробка помилок і компенсація: Якщо будь-який із сервісів виходить з ладу під час цієї послідовності:
   • Оркестратор визначає збій і починає компенсуючі транзакції.
   • Сервіс оплати може бути викликаний для повернення платежу, якщо операції інвентаризації або доставки не вдалися.
   • Сервіс інвентаризації викликається для поповнення запасу, якщо платіж не пройшов.
5. Зворотний зв’язок з фронтенду: Фронтенд отримує оновлення від оркестратора про стан кожного виклику сервісу та відповідно оновлює інтерфейс користувача.
   • Індикатори завантаження показуються під час виконання запитів.
   • Якщо сервіс успішно завершено, фронтенд вказує на успішний крок.
   • Якщо виникає помилка, фронтенд відображає повідомлення про помилку, надаючи користувачеві такі параметри, як повторна спроба або скасування замовлення.
6. Взаємодія з користувачем: Користувач отримує візуальний зворотний зв’язок протягом усього процесу замовлення та отримує інформацію про хід транзакції. Після завершення відображається повідомлення про успіх разом із підтвердженням замовлення та деталями доставки (наприклад, «Замовлення підтверджено. Ваше замовлення буде відправлено протягом 2-3 робочих днів.»)

У цьому сценарії фронтенд є ініціатором транзакції. Він взаємодіє з API, який знаходиться в бекенді, який, у свою чергу, використовує визначений патерн Saga для взаємодії з іншими мікросервісами.

Найкращі практики управління розподіленими транзакціями на фронтенді

Ось кілька найкращих практик, які слід пам’ятати під час розробки та впровадження координації розподілених транзакцій на фронтенді:

• Виберіть правильний патерн: Ретельно оцініть складність транзакцій і ступінь автономії, необхідну кожному сервісу. Виберіть хореографію або оркестрацію відповідно.
• Використовуйте ідемпотентність: Розробляйте сервіси для коректної обробки дублікатів запитів.
• Реалізуйте надійні механізми повторних спроб: Включіть експоненційне відкладення та переривники ланцюга для забезпечення стійкості.
• Надавайте пріоритет взаємодії з користувачем (UX): Надавайте користувачеві чіткий та інформативний зворотний зв’язок.
• Використовуйте управління станом: Ефективно керуйте станом транзакції за допомогою відповідних бібліотек.
• Ретельно тестуйте: Реалізуйте комплексні модульні, інтеграційні та наскрізні тести.
• Моніторинг і сповіщення: Налаштуйте комплексний моніторинг і сповіщення для активного виявлення потенційних проблем.
• Безпека насамперед: Захистіть усі виклики API за допомогою відповідних механізмів аутентифікації та авторизації. Використовуйте TLS/SSL для шифрування зв’язку. Перевіряйте всі дані, отримані з бекенду, і санітизуйте вхідні дані, щоб запобігти вразливостям системи безпеки.
• Документація: Документуйте всі кінцеві точки API, взаємодії з сервісами та потоки транзакцій для полегшення підтримки та майбутньої розробки.
• Враховуйте остаточну узгодженість: Розробляйте з розумінням того, що негайна узгодженість не завжди може бути можливою.
• Плануйте відкати: Переконайтеся, що компенсуючі транзакції є, щоб скасувати будь-які зміни у випадку збою кроку транзакції.

Розширені теми

1. Розподілене трасування

Оскільки транзакції охоплюють кілька сервісів, розподілене трасування стає критичним для налагодження та усунення несправностей. Такі інструменти, як Jaeger або Zipkin, дозволяють відстежувати потік запиту між усіма сервісами, задіяними в транзакції, полегшуючи виявлення вузьких місць продуктивності та помилок. Реалізуйте послідовні заголовки трасування, щоб зіставити журнали та запити між межами сервісів.

2. Остаточна узгодженість і синхронізація даних

У розподілених системах досягнення сильної узгодженості між усіма сервісами часто є дорогим і впливає на продуктивність. Використовуйте остаточну узгодженість, розробивши систему для асинхронної обробки синхронізації даних. Використовуйте архітектури, керовані подіями, і черги повідомлень (наприклад, Kafka, RabbitMQ) для поширення змін даних між сервісами. Розгляньте можливість використання таких методів, як оптимістичне блокування, для обробки паралельних оновлень.

3. Ключі ідемпотентності

Щоб гарантувати ідемпотентність, сервіси повинні генерувати та використовувати ключі ідемпотентності для кожної транзакції. Ці ключі використовуються для запобігання дублюванню обробки запитів. Фронтенд може згенерувати унікальний ключ ідемпотентності та передати його бекенду з кожним запитом. Бекенд використовує ключ, щоб забезпечити обробку кожного запиту лише один раз, навіть якщо він отриманий кілька разів.

4. Моніторинг і сповіщення

Створіть надійну систему моніторингу та сповіщення для відстеження продуктивності та справності розподілених транзакцій. Контролюйте ключові показники, такі як кількість невдалих транзакцій, затримка та рівень успішності кожного сервісу. Налаштуйте сповіщення, щоб сповіщати команду про будь-які проблеми або аномалії. Використовуйте інформаційні панелі для візуалізації потоків транзакцій і виявлення вузьких місць продуктивності.

5. Стратегія міграції даних

Під час міграції з монолітної програми до архітектури мікросервісів необхідна особлива увага до обробки розподілених транзакцій під час перехідного етапу. Одним із підходів є використання «патерну задушливої фіги», де нові сервіси поступово вводяться, тоді як моноліт все ще на місці. Інша техніка передбачає використання розподілених транзакцій для координації змін між монолітом і новими мікросервісами під час міграції. Ретельно розробіть свою стратегію міграції, щоб мінімізувати час простою та неузгодженості даних.

Висновок

Управління розподіленими транзакціями в архітектурах фронтенду — це складний, але важливий аспект створення надійних і масштабованих додатків. Ретельно враховуючи проблеми, застосовуючи відповідні архітектурні патерни, такі як патерн Saga, приділяючи пріоритет взаємодії з користувачем і реалізовуючи найкращі практики обробки помилок, механізмів повторних спроб і моніторингу, ви можете створити стійку систему, яка забезпечує надійний і послідовний досвід для ваших користувачів, незалежно від їхнього місцезнаходження. З ретельним плануванням і впровадженням координація розподілених транзакцій на фронтенді дає змогу розробникам створювати системи, які масштабуються з постійно зростаючими вимогами сучасних додатків.