Wdrażanie wzorców odporności w mikrousługach

Wprowadzenie do odporności mikrousług

Architektura mikrousług zyskała znaczną popularność w ciągu ostatnich kilku lat, ponieważ została przyjęta przez organizacje ze względu na jej zdolność do zapewnienia zwinności, skalowalności i łatwości konserwacji w tworzeniu oprogramowania. Ponieważ jednak aplikacje mikrousługowe w dużym stopniu opierają się na systemach rozproszonych, odporność staje się krytyczna dla ich projektu i wydajności.

Odporność mikrousług to zdolność aplikacji do wytrzymywania awarii, utrzymywania dostępności i zapewniania spójnej wydajności w środowiskach rozproszonych. Wzorce odporności w mikrousługach to zestaw ustalonych mechanizmów, które umożliwiają aplikacjom sprawne zarządzanie awariami, zapewniając stabilność w obliczu złożonych, rozproszonych systemów. Wdrażając wzorce odporności, deweloperzy mogą zminimalizować wpływ nieoczekiwanych błędów lub nadmiernego obciążenia systemu, ograniczając przestoje i poprawiając ogólną charakterystykę wydajności aplikacji.

Dlaczego warto wdrażać wzorce odporności w mikrousługach?

W środowisku rozproszonym awarie są nieuniknione ze względu na opóźnienia w sieci, brak reakcji usług, awarie sprzętu lub inne nieprzewidywalne zdarzenia. Kluczowe jest uwzględnienie tych niepewności i opracowanie strategii skutecznego radzenia sobie z nimi. W tym miejscu do gry wkraczają wzorce odporności, które pomagają stworzyć system odporny na błędy, który skutecznie reaguje na awarie, zapewniając dostępność i funkcjonalność aplikacji. Wykorzystanie wzorców odporności w mikrousługach zapewnia kilka kluczowych korzyści:

1. Skrócenie czasu przestoju usługi: Wzorce odporności pomagają aplikacji szybko odzyskać sprawność po awarii, minimalizując przerwy w świadczeniu usług i zapewniając wysoką dostępność dla użytkowników końcowych.
2. Lepsza izolacja błędów: Włączając wzorce odporności, deweloperzy mogą skutecznie izolować awarie, zapobiegając rozprzestrzenianiu się problemów w całym systemie i powodowaniu kaskadowych zakłóceń.
3. Zwiększona wydajność systemu: Odporna aplikacja mikrousługowa może lepiej utrzymywać stałą wydajność, efektywnie radząc sobie z różnymi problemami, takimi jak zwiększone obciążenie i opóźnienia sieciowe.
4. Większa satysfakcja użytkowników: Niezawodna i spójna wydajność poprawia wrażenia użytkownika, zwiększając zaufanie i lojalność klientów.

Włączając wzorce odporności, deweloperzy mogą tworzyć aplikacje, które mogą wytrzymać awarie oraz uczyć się i dostosowywać na ich podstawie, zapewniając ewoluujący i odporny system.

Popularne wzorce odporności

Kilka wzorców odporności pojawiło się jako najlepsze praktyki radzenia sobie z awariami w architekturze mikrousług. Każdy wzorzec odnosi się do konkretnych wyzwań, zapewnia, że aplikacja pozostaje sprawna i działa konsekwentnie w obliczu nieprzewidzianych zdarzeń. Programiści mogą łączyć i dopasowywać te wzorce, aby dostosować strategię odporności, która najlepiej odpowiada unikalnym wymaganiom ich aplikacji. Niektóre z najczęstszych wzorców odporności obejmują:

1. Circuit Breaker Pattern
2. Wzorzec grodzi
3. Wzorzec limitu czasu i ponawiania prób
4. Wzorzec ogranicznika szybkości
5. Wzorzec awaryjny
6. Wzorzec Health Check API

Zrozumienie tych wzorców i ich praktyczna implementacja może dać programistom przewagę, której potrzebują do tworzenia aplikacji mikrousługowych, które wykazują wysoką odporność, dostępność i wydajność.

Wzorzec Circuit Breaker

Wzorzec Circuit Breaker jest podstawowym mechanizmem odporności wykorzystywanym w architekturze mikrousług w celu zapobiegania kaskadowym awariom usług w systemie rozproszonym. Inspirowany koncepcją wyłączników elektrycznych, wzorzec ten zapewnia podejście odporne na awarie, umożliwiając łagodną obsługę nieoczekiwanych błędów bez powodowania awarii całego systemu.

Typowa architektura mikrousług składa się z wielu usług komunikujących się ze sobą. Gdy jedna z usług napotyka na problemy, takie jak niedostępność lub zwiększone opóźnienia, usługi zależne mogą również napotkać opóźnienia lub przestać odpowiadać. W tym miejscu do gry wkracza wzorzec Circuit Breaker. Wykrywa on, kiedy usługa znajduje się w niebezpiecznym stanie i przekierowuje z niej ruch, utrzymując stabilność systemu.

Wzorzec Circuit Breaker działa w trzech stanach: zamkniętym, otwartym i półotwartym.

Stan zamknięty

Jest to normalny stan operacyjny, w którym nie występują żadne błędy. W tym stanie wszystkie żądania od klienta są przekazywane do usługi podrzędnej.

Stan otwarty

W przypadku napotkania określonej liczby błędów lub ciągłej niedostępności usługi, wyłącznik przełącza się w stan otwarty. W tym stanie Circuit Breaker przestaje wysyłać żądania do wadliwej usługi, zwracając natychmiastową odpowiedź na awarię i zapobiegając kaskadowaniu problemu w całym systemie. Daje to również usłudze czas na odzyskanie sprawności.

Stan połowicznego otwarcia

Po upływie określonego czasu (znanego jako limit czasu resetowania) wyłącznik automatyczny przechodzi w stan półotwarty. Zezwala on na ograniczoną liczbę żądań do zagrożonej usługi w celu przetestowania jej odzyskiwania. Jeśli usługa odzyskała sprawność i obsługuje żądania bez błędów, wyłącznik powraca do stanu zamkniętego. W przeciwnym razie powraca do stanu otwartego, dając więcej czasu na odzyskanie sprawności.

Try AppMaster no-code today!

Platform can build any web, mobile or backend application 10x faster and 3x cheaper

Start Free

Aby zaimplementować wzorzec Circuit Breaker, programiści mogą korzystać z różnych bibliotek i frameworków, takich jak Hystrix, Resilience4j lub Polly dla różnych języków programowania. Alternatywnie, dzięki narzędziom no-code, takim jak AppMaster, można budować odporne mikrousługi bez martwienia się o zawiłości implementacji wzorca.

Wzorzec Bulkhead

W architekturze mikrousług izolowanie zasobów i komponentów ma kluczowe znaczenie dla zapobiegania awariom usług, które mogłyby doprowadzić do awarii całego systemu. Wzorzec Bulkhead, wywodzący się z projektu podziału statku na przedziały, osiąga tę izolację poprzez segregację zasobów w celu utrzymania stabilności i dostępności.

Pomyśl o statku z wieloma wodoszczelnymi przedziałami; nawet jeśli jeden z przedziałów zostanie uszkodzony i zalany, pozostałe przedziały pozostaną nienaruszone, utrzymując statek na powierzchni. Podobnie, wzorzec Bulkhead dzieli zasoby na oddzielne partycje, takie jak wątki, procesy i pule połączeń. Jeśli jedna partycja napotka problem, pozostałe mogą nadal działać, zapobiegając kaskadowemu rozprzestrzenianiu się awarii w całym systemie.

Istnieją dwa główne typy izolacji przegrody:

• Izolacja na poziomie zasobów: Ten typ izolacji zarządza alokacją zasobów, takich jak wątki i pule połączeń, pomiędzy różnymi usługami, zapewniając, że konflikt w jednej usłudze nie wpłynie na inne.
• Izolacja na poziomie procesów: Ta strategia koncentruje się na segregowaniu usług w oddzielne procesy lub kontenery. Jeśli jedna usługa ulegnie awarii, pozostałe będą nadal funkcjonować bez wpływu na inne.

Wybór odpowiedniego typu izolacji we wzorcu Bulkhead zależy od wymagań aplikacji, infrastruktury i ograniczeń zasobów. Narzędzia No-code, takie jak AppMaster, mogą pomóc w tworzeniu wydajnego partycjonowania w ramach mikroserwisów, znacznie poprawiając odporność na awarie i odporność.

Timeout i Retry Pattern

W systemie rozproszonym różne czynniki zewnętrzne, takie jak opóźnienia sieciowe lub niedostępność, mogą prowadzić do tego, że żądania trwają dłużej niż oczekiwano. Długotrwałe opóźnienia mogą powodować powstawanie wąskich gardeł, przez co system przestaje odpowiadać. Wzorzec Timeout and Retry jest stosowany jako mechanizm odpornościowy, aby sprostać temu wyzwaniu.

Wzorzec Timeout and Retry polega na ustawieniu określonego limitu czasu (lub limitu czasu) dla operacji. Jeśli operacja nie zostanie ukończona w wyznaczonym progu, jest uznawana za niepowodzenie. Dzięki logice ponawiania, operacja może być następnie ponowiona określoną liczbę razy, zanim całkowicie się podda i zwróci błąd.

Oto kilka wskazówek dotyczących efektywnego korzystania z wzorca Timeout i Retry:

• Wybierz odpowiednie limity czasu: Limity czasu powinny być starannie ustawione w oparciu o oczekiwane opóźnienia usługi i wymagania aplikacji dotyczące szybkości reakcji. Ustawienie zbyt niskich limitów czasu może wywołać niepotrzebne ponowienia, podczas gdy zbyt wysokie wartości mogą zwiększyć obciążenie systemu i zmniejszyć szybkość reakcji.
• Ogranicz liczbę ponawianych prób: Należy ustalić stałą liczbę ponownych prób, aby zapobiec nieokreślonemu zapętleniu operacji. Maksymalna liczba ponownych prób powinna być ustawiona w oparciu o możliwości obsługi błędów aplikacji i wymagania dotyczące wydajności.
• Należy stosować wykładniczy backoff: Zwiększenie opóźnienia między próbami ponowienia (znane jako wykładniczy backoff) może zmniejszyć presję na usługę i zaoferować zwiększoną szansę na odzyskanie.
• Obsługa idempotencji: Upewnij się, że ponowne próby nie mają niezamierzonych skutków ubocznych dla danych. Użyj operacji idempotentnych, aby zagwarantować, że wiele wywołań z tymi samymi parametrami wejściowymi przyniesie te same wyniki, nawet jeśli jedno żądanie nie powiedzie się i operacja zostanie ponowiona.

Platformy no-code, takie jak AppMaster, mogą pomóc w skutecznym wdrożeniu wzorca Timeout and Retry, zapewniając przyjazne dla użytkownika interfejsy do ustawiania odpowiednich limitów czasu i zarządzania ponownymi próbami bez konieczności pisania złożonego kodu.

Wzorzec Rate Limiter

Wzorzec Rate Limiter jest powszechnym wzorcem odporności w systemach rozproszonych, zaprojektowanym w celu ochrony usług przed nadmiernym obciążeniem poprzez kontrolowanie szybkości przychodzących żądań. Ograniczając liczbę żądań przetwarzanych w danym okresie czasu, wzorzec ten zapewnia, że usługa pozostaje stabilna, responsywna i dostępna dla użytkowników w zmiennych warunkach obciążenia. Istnieje kilka strategii ograniczania szybkości powszechnie stosowanych w mikrousługach:

Try AppMaster no-code today!

Platform can build any web, mobile or backend application 10x faster and 3x cheaper

Start Free

1. Fixed Window: W tej strategii ustalona liczba żądań jest dozwolona w określonym oknie czasowym. Po osiągnięciu limitu, żądania są odrzucane do następnego okna czasowego. Podejście to może jednak niesprawiedliwie blokować żądania w okresach dużego natężenia ruchu.
2. Przesuwane okno: Podejście okna przesuwnego, znane również jako algorytm token bucket, działa poprzez ciągłe uzupełnianie zasobnika tokenów, które reprezentują dozwoloną liczbę żądań w danym okresie czasu. Po nadejściu żądania zużywany jest token. Jeśli wiadro jest puste, żądanie jest odrzucane. Metoda ta pozwala na bardziej elastyczną obsługę zmiennych warunków ruchu.
3. Leaky Bucket: Podobnie jak w przypadku token bucket, algorytm leaky bucket nakłada limity szybkości poprzez opróżnianie bucket ze stałą szybkością. Przychodzące żądania są dodawane do kubła, a jeśli kubeł się przepełni, żądania są odrzucane. Strategia ta wymusza stałe tempo przetwarzania w usłudze.

Implementacja wzorca Rate Limiter obejmuje zazwyczaj następujące kroki:

1. Wybór odpowiedniej strategii ograniczania szybkości w oparciu o potrzeby usługi.
2. Skonfigurowanie oprogramowania pośredniczącego lub składnika ogranicznika szybkości, który stosuje wybraną strategię.
3. Zastosowanie oprogramowania pośredniczącego ograniczającego szybkość do żądanej mikrousługi endpoints.
4. Monitoruj i dostosuj ustawienia limitu szybkości zgodnie z obciążeniem systemu i wymaganiami dotyczącymi wydajności.

Wzorzec awaryjny

Wzorzec Fallback pomaga utrzymać stabilność i dostępność aplikacji opartej na mikrousługach, gdy wystąpią awarie lub gdy usługa zostanie tymczasowo przeciążona. Umożliwia on zwrócenie alternatywnej odpowiedzi, znanej jako odpowiedź awaryjna, gdy usługa nie może przetworzyć żądania. W ten sposób wzorzec Fallback zapewnia, że użytkownicy nadal otrzymują znaczące informacje zwrotne, nawet jeśli główna usługa nie może zapewnić pożądanego rezultatu. Aby skutecznie wdrożyć wzorzec Fallback, należy rozważyć następujące kroki:

1. Zidentyfikuj potencjalne scenariusze awarii lub sytuacje, w których usługa może zostać przeciążona.
2. Określenie odpowiednich odpowiedzi awaryjnych lub działań dla każdego scenariusza, takich jak zwracanie danych z pamięci podręcznej, wartości domyślnych lub prezentowanie przyjaznego dla użytkownika komunikatu o błędzie.
3. Wdrożenie oprogramowania pośredniczącego lub komponentów opakowujących, które wykrywają warunki awarii i wykonują odpowiednie akcje awaryjne.
4. Okresowo zmieniaj odpowiedzi i akcje awaryjne, aby zapewnić ich trafność i skuteczność.

Wzorzec Fallback może być łączony z innymi wzorcami odporności, takimi jak Circuit Breaker i Retry, w celu dalszego zwiększenia dostępności aplikacji opartych na mikrousługach.

Wzorzec Health Check API

Jednym z kluczowych aspektów utrzymania wysokiej dostępności i odporności systemu rozproszonego jest monitorowanie stanu jego usług. Wzorzec Health Check API wprowadza mechanizm monitorowania, który dostarcza w czasie rzeczywistym informacji na temat stanu poszczególnych usług w ramach aplikacji opartej na mikrousługach. Wdrożenie wzorca Health Check API umożliwia wczesne wykrywanie problemów, pozwalając na podejmowanie działań zapobiegawczych zanim dojdzie do ich eskalacji i wpływu na ogólną wydajność systemu. Aby wdrożyć wzorzec Health Check API, wykonaj następujące kroki:

1. Zidentyfikuj krytyczne wskaźniki kondycji dla każdej usługi, takie jak czas odpowiedzi, wskaźnik błędów, wykorzystanie zasobów lub wszelkie niestandardowe metryki istotne dla funkcjonalności usługi.
2. Opracuj wspólną umowę lub specyfikację Health Check API, która zawiera wymagane wskaźniki kondycji wraz z oczekiwanymi formatami odpowiedzi i typami danych.
3. Wdrożenie Health Check endpoints w każdej usłudze zgodnie ze wspólną umową, zapewniając, że dostarczają one dokładnych i aktualnych informacji o kondycji.
4. Zintegruj interfejs API Health Check z systemami monitorowania i alertów, aby umożliwić automatyczne wykrywanie problemów, powiadomienia i potencjalne strategie łagodzenia skutków.

Skuteczny wzorzec Health Check API wspiera proaktywne monitorowanie stanu usług i upraszcza mechanizmy wykrywania usług, równoważenia obciążenia i automatycznego skalowania w aplikacji opartej na mikrousługach.

Wraz z rosnącą popularnością platform low-code i no-code, takich jak AppMaster, wdrażanie wzorców odporności w mikrousługach staje się jeszcze bardziej wydajne. Korzystając z wizualnego interfejsu tych narzędzi i możliwości przeciągania i upuszczania, programiści mogą skupić się na projektowaniu i aktualizowaniu swoich mikrousług, nie martwiąc się o zawiłe szczegóły kodowania.

Wdrażanie wzorców odporności za pomocą narzędzi No-Code

Przyjęcie wzorców odporności w architekturze mikrousług może być skomplikowane, zwłaszcza biorąc pod uwagę zawiłości techniczne i wymagany wysiłek programistyczny. Narzędzia No-code skutecznie rozwiązują to wyzwanie, umożliwiając nietechnicznym programistom tworzenie, aktualizowanie i utrzymywanie skalowalnych mikrousług bez martwienia się o zawiłości kodowania.

Try AppMaster no-code today!

Platform can build any web, mobile or backend application 10x faster and 3x cheaper

Start Free

Narzędzia te zapewniają wizualny interfejs i warstwę abstrakcji, która upraszcza proces projektowania, budowania i wdrażania mikrousług, umożliwiając programistom skupienie się na logice aplikacji, a nie na niskopoziomowych szczegółach implementacji. Dzięki rozwiązaniom no-code wdrażanie wzorców odporności staje się bardziej usprawnionym i opłacalnym procesem, umożliwiając zespołom tworzenie wysoce odpornych aplikacji, które mogą wytrzymać awarie i utrzymać wysoką dostępność.

Niektóre kluczowe zalety korzystania z narzędzi no-code do wdrażania wzorców odporności w mikrousługach obejmują:

• Prostota: Platformy No-code zapewniają prosty sposób tworzenia i wdrażania wzorców odporności przy użyciu narzędzi wizualnych i gotowych komponentów, eliminując potrzebę dogłębnej znajomości kodowania i zawiłości systemów rozproszonych.
• Skalowalność: Rozwiązania No-code umożliwiają programistom tworzenie wysoce skalowalnych aplikacji, które mogą z łatwością zaspokoić zwiększone zapotrzebowanie. Abstrahując od złożoności technik skalowania, platformy te ułatwiają obsługę wzrostu wykorzystania i użytkowników.
• Opłacalność: Korzystanie z narzędzi no-code do wdrażania wzorców odporności skraca czas rozwoju, koszty oraz późniejszą konserwację i aktualizacje. Ta wydajność przekłada się na niższe wydatki i szybsze dostarczanie rozwiązań dla firm.
• Zmniejszony dług techniczny: Platformy No-code zapewniają spójność poprzez automatyczne generowanie kodu na podstawie planów, eliminując możliwość powielania kodu lub przestarzałych zależności, minimalizując w ten sposób dług techniczny i zapewniając łatwość utrzymania aplikacji.

AppMasterPodejście do odporności mikrousług

AppMaster.io, wiodąca platforma programistyczna no-code, przyjmuje kompleksowe podejście do wdrażania wzorców odporności w mikrousługach. AppMaster umożliwia użytkownikom szybkie tworzenie i wdrażanie wysoce odpornych, skalowalnych aplikacji poprzez zapewnienie zintegrowanego środowiska do tworzenia aplikacji backendowych, internetowych i mobilnych.

Oto jak AppMaster pomaga wdrożyć wzorce odporności w mikrousługach:

• Projektowanie wizualne: Narzędzia do projektowania wizualnego AppMaster umożliwiają tworzenie modeli danych, logiki biznesowej, REST API i WSS endpoints z prostotą drag-and-drop. Takie podejście umożliwia projektowanie mikrousług i wdrażanie wzorców odporności bez pisania złożonego kodu.
• Blueprint-Based: AppMaster generuje aplikacje na podstawie planów, gwarantując spójność i eliminując dług techniczny. Za każdym razem, gdy wprowadzasz zmiany w projekcie aplikacji, AppMaster regeneruje wymagane komponenty, zapewniając, że aplikacja pozostaje aktualna i łatwa w utrzymaniu.
• Wysoka wydajność: Aplikacje zbudowane za pomocą AppMaster są generowane przy użyciu języka programowania Go dla usług zaplecza oraz Vue.js, Kotlin lub SwiftUI dla aplikacji frontendowych, zapewniając wysoką wydajność i skalowalność całego stosu.
• Wdrażanielokalne lub w chmurze: platforma AppMaster obsługuje wdrażanie za pośrednictwem kontenerów Docker, umożliwiając hostowanie aplikacji lokalnie lub w chmurze w celu uzyskania maksymalnej elastyczności i kontroli nad infrastrukturą.
• Kompatybilność z otwartymi interfejsami API: AppMaster automatycznie generuje dokumentację Swagger (OpenAPI) dla serwera endpoints, ułatwiając integrację aplikacji z innymi systemami lub umożliwiając zewnętrznym programistom korzystanie z interfejsów API.
• Skalowalność klasy korporacyjnej: Dzięki skompilowanym bezstanowym aplikacjom zaplecza i obsłudze dowolnej bazy danych zgodnej z Postgresql, AppMaster zapewnia imponującą skalowalność dla przedsiębiorstw i przypadków użycia o dużym obciążeniu, zapewniając, że aplikacje mogą obsługiwać duże ilości ruchu i użytkowania bez uszczerbku dla wydajności lub niezawodności.

AppMasterMożliwości w zakresie odporności i potężna platforma no-code stanowią odpowiednie rozwiązanie dla firm do tworzenia i utrzymywania odpornej architektury mikrousług w różnych przypadkach użycia. Przyjmując podejście AppMaster, organizacje mogą tworzyć aplikacje z niezbędną odpornością na awarie wymaganą w dzisiejszym konkurencyjnym i szybko ewoluującym ekosystemie cyfrowym.

Podsumowanie

Wdrożenie wzorców odporności w architekturze mikrousług jest niezbędne do tworzenia aplikacji, które mogą wytrzymać nieprzewidziane błędy i utrzymać wysoką dostępność. Platformy programistyczne No-code, takie jak AppMaster, oferują wydajne i opłacalne podejście do osiągnięcia tych celów poprzez abstrakcję złożoności kodowania i systemów rozproszonych, umożliwiając w ten sposób firmom tworzenie skalowalnych i odpornych aplikacji.

Wykorzystując moc platformy AppMaster's no-code, organizacje mogą skupić się na swoich podstawowych kompetencjach i wymaganiach biznesowych, jednocześnie zyskując przewagę niezawodnej i wysoce dostępnej architektury mikrousług, która może dostosowywać się do stale zmieniających się wymagań i warunków rynkowych.