微服务架构设计模式 | 第4章 使用Saga管理事务

2021-08-17  本文已影响0人  多氯环己烷

前言

传统的分布式事务管理方法对于现代应用程序来说不是一个好的选择，跨服务的操作必须使用所谓的Saga（一种消息驱动的本地事务序列）来维护数据一致性，而不是ACID事务（原子性、一致性、隔离性和持久性）。

Saga的一个挑战在于只满足ACD（原子性、一致性和持久性）特性，而缺乏ACID事务的隔离性。因此应用程序必须使用所谓的对策（countermeasure），找到办法来防止或减少由于缺少隔离而导致的并发异常

这是一本关于微服务架构设计方面的书，这是本人阅读的学习笔记。以下对一些符号做些说明：

（）为补充，一般是书本里的内容；
[]符号为笔者笔注；

1. 微服务架构下的事务管理

微服务架构下的事务往往需要横跨多个服务，每个服务都有属于自己的私有数据库。在这种情况下，应用程序必须使用一些更为高级的事务管理机制来管理事务。

1.1 分布式事务的挑战

在多个服务、数据库和消息代理之间为此数据一致性的传统方法是采用分布式事务。

分布式事务管理的事实标准是XA标准：

其存在的挑战有：

1.2 一个Saga的示例

Sage模式：通过使用异步消息来协调一系列本地事务，从而维护多个服务之间的数据一致性。

Create Order Saga示例

当本地事务完成时，服务会发布消息。然后，此消息将触发Saga中的下一个步骤。

1.3 Saga使用补偿事务来回滚所作出的改变

Saga无法自动回滚事务，因为每个步骤都会将其更改提交到本地数据库。

Saga补偿事务

需要注意不是所有步骤都需要事务补偿，如只读步骤、当某步骤之后的操作总会成功时等。

2. Saga的协调模式

Saga的实现包含协调Saga步骤的逻辑。

2.1 两种Saga协调模式

2.2 实现协同式的Create Order Saga

参与方通过交换事件进行沟通，每个参与方从Order Service开始，更新其数据库并发布触发下一个参与方事件。

实现协同式的Create Order Saga
图解：
  1. Order Service创建一个处于APPROVAL_PENDING状态的Order并发布OrderCreated事件；
  2. Consumer Service消费OrderCreated事件，验证消费者是否可以下订单，并发布ConsumerVerified事件；
  3. Kitchen Service消费OrderCreated事件，验证Order，创建一个处于CREATE_PENDING状态的后厨工单Ticket，并发布TicketCreated事件；
  4. Accounting Service消费OrderCreated事件并创建一个处于PENDING状态的CreditCardAuthorization；
  5. Accounting Service消费TicketCreated和ConsumerVerified事件，向消费者的信用卡收费，并发布CreditCardAuthorized事件；
    • 如果失败，则发布CreditCardAuthorizationFailed事件；
  6. Kitchen Service消费CreditCardAuthorized事件，将Ticket的状态更改为AWAITING_ACCEPTANCE；
    • 如果失败，则消费CreditCardAuthorizationFailed事件，将Ticket的状态更改为REJECTED；
  7. Order Service接收CreditCardAuthorized事件，将Order的状态改为APPROVED，并发布OrderApproved事件；
    • 如果失败，则消费CreditCardAuthorizationFailed事件，将Order的状态更改为REJECTED；

2.3 协同式Sage服务间通信相关的问题

在实现基于协同的Saga时，需要考虑一些与服务间通信相关的问题：

2.4 协同式Sage的优缺点

好处：

弊端：

2.5 实现编排式的Create Order Saga

开发人员定义一个编排器类，该类唯一的职责是告诉Saga的参与方该做什么事清。Saga编排器使用命令 / 异步响应方式与Saga参与方服务通信。
基于编排式是Saga的每个步骤都包括一个更新数据库和发布消息的服务。

实现编排式的Create Order Saga

图解：

Order Service首先创建（实例化）一个Order对象和一个Create Order Saga编排器对象，一切正常后流程如下：

  1. Saga编排器向Consumer Service发送Verify Consumer命令；
  2. Consumer Service回复Consumer Verified消息；
  3. Saga编排器向Kitchen Service发送Create Ticket命令；
  4. Kitchen Service回复Ticket Created消息；
  5. Saga编排器向Accounting Service发送Authorize Card消息；
  6. Accounting Service使用Card Authorized消息回复；
  7. Saga编排器向Kitchen Service发送Approve Ticket命令；
  8. Saga编排器向Order Service发送Approve Ordere命令（命令式消息）；

2.6 把Saga编排器视为一个状态机

状态机是由一组状态和一组由事件触发的状态之间的转换组成。每个转换都可以有一个动作，对Saga来说动作就是对某个参与方对调用。

将Saga建模成状态机非常有用，因为它描述了所有可能的场景（可能成功也可能失败）。

Create Order Saga的状态机模型

2.7 编排式Saga的优缺点

好处：

弊端：

3. 解决隔离问题

ACID事务的隔离性可确保同时执行多个事务的结果与顺序执行它们的结果相同。而Saga只满足ACD（原子性、一致性、持久性），不满足隔离性。

3.1 Saga只满足ACD

3.2 缺乏隔离导致的问题

缺乏隔离将导致以下三个异常。

3.3 Saga的结构模型术语

一个Saga包含三个类型的事务。

一个Saga包含三个类型的事务.png

3.4 解决隔离问题的对策

4. Order Service和Create Order Saga的设计

示例：使用语义锁对策的Create Order Saga的详细设计和实现。

4.1 Order Service的设计及其Saga

Order Service的设计及其Saga

4.2 OrderService类

一个由服务的API层调用的领域服务，负责创建和管理订单。

OrderService的UML类图：

OrderService的UML类图
OrderService类及其createOrder()方法： 在这里插入图片描述

4.3 Create Order Saga的实现

使用Eventuate Tram Saga框架编写，它提供了一种特定于领域的语言（DSL），用于定义Saga的状态。

OrderService的Saga UML类图：

OrderService的Saga

4.4 CreateOrderSaga编排器

CreateOrderSaga类实现了2.6点的状态机；它使用Eventuate Tram Saga框架提供的DSL来定义Create Order Saga的步骤；核心代码为Saga的定义，如下：

CreateOrderSaga类的定义

4.5 CreateOrderSagaState类

CreateOrderSagaState类表示Saga实例状态；此类由OrderService创建，并由Eventuate Tram Saga框架持久化保存在数据库中；其职责为创建发送给Saga参与方的消息；

CreateOrderSagaState保存Saga实例的状态

4.6 KitchenServiceProxy类

代理类不是必要的，使用代理类的好处有两个：代理类定义静态类型端点，这减少了Saga向服务发送错误消息的可能性；代理类是一个定义良好的调用服务的API，使服务代码更易于理解和测试；

KitchenServiceProxy类

4.7 Eventuate Tram Saga框架

Eventuate Tram Saga是一个用于编写Saga编排器和Saga参与方的框架；它使用Eventuate Tram的事务性消息能力。

Eventuate Tram Saga框架：

Eventuate Tram Saga框架

OrderService创建Create Order Saga实例时的事件序列：

OrderService创建Create Order Saga实例时的事件序列

当SagaManager收到来自Saga参与方的回复消息时的事件序列：

当SagaManager收到来自Saga参与方的回复消息时的事件序列

4.8 OrderCommandHandlers类

Order Service参与其自己的Saga；OrderCommandHandlers类定义了这些Saga发起命令式消息的处理程序方法。

OrderCommandHandlers UML类图：

OrderCommandHandlers UML类图

Order Service的命令处理程序：

image
Order Service的命令处理程序

4.9 OrderServiceConfiguration类

Order Service使用Spring框架；OrderServiceConfiguration是一个@Configuration类，使用Spring @Bean实例化并组装在一起。

image OrderServiceConfiguration类

5. 本章小结

最后

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