Построение надежных систем: решение сложностей распределенных микросервисов

Введение

У распределенных сервисов есть ряд специфических сложностей, несвойственных традиционным монолитным архитектурам. Компоненты распределенных микросервисов находятся на нескольких серверах или даже в разных географических точках, а такая сложная структура требует тщательной проработки и проектирования. Микросервисы выгодно отличаются масштабируемостью и гибкостью, в них проще локализовать неисправность, но зато их сложнее проектировать и эксплуатировать.

Задержка и надежность сети

В распределенных системах сервисы часто взаимодействуют через вызовы по сети, и это становится причиной задержки. Проблемы с сетью могут стать причиной тайм-аутов или невыполнения запросов.

Последствия

• Время отклика увеличивается.

• Сервис перестает реагировать.

Пример

На одной из платформ для онлайн-торговли микросервисная архитектура используется для управления такими функциями, как администрирование пользователей, работа с каталогом товаров, обработка заказов и платежей, и для каждой из них нужен свой микросервис.

Сложности

• Когда пользователь добавляет товар в корзину, front-end service связывается с сервисом продуктов, чтобы собрать подробную информацию, и с сервисом корзины (cart service), чтобы обновить корзину пользователя. Каждый вызов сервиса может выполняться с задержкой, особенно если сервисы находятся в разных географических регионах или сеть перегружена.

• Если сервис инвентаризации работает медленно из-за высокой нагрузки или проблем с сетью, то весь процесс оформления заказа может затянуться, в результате чего сервис интерфейса может прервать работу, не получив ответ вовремя, или выдать пользователю сообщение об ошибке.

Стратегии устранения последствий

• Внедрить асинхронную связь, чтобы уменьшить количество блокирующих вызовов.

• Встроить автоматические выключатели (circuit breaker) для предотвращения каскадных сбоев.

• Оптимизировать вызовы сервисов, сократив количество межсервисных взаимодействий.

Согласованность и целостность данных

В распределенных сервисах бывает сложно поддерживать согласованность данных из-за различий в моделях согласованности и нарушений связности сети.

Последствия

• Приложение функционирует некорректно из-за несогласованности данных.

• Сервисы могут отображать устаревшие данные, если в них не предусмотрена модель согласованности.

Стратегии устранения последствий

• Обеспечить согласованность данных между сервисами с помощью распределенных транзакций или паттернов Saga.

• Внедрить стратегии управления версиями данных и разрешения конфликтов.

Обнаружение сервисов

Если среда непрерывно меняется (а сервисы в ней постоянно добавляются, удаляются и масштабируются), то обнаружить актуальный экземпляр сервиса довольно сложно.

Последствия

• Жестко запрограммированные адреса сервисов могут привести к увеличению затрат на техническое обслуживание.

• Из-за простоя сервисов запросы могут оказаться не выполнены, если клиенты не смогут обнаружить доступные экземпляры сервисов.

Стратегии устранения последствий

• Использовать для обнаружения сервисов такие инструменты, как Consul, Eureka или встроенные средства Kubernetes.

• Использовать балансировщики нагрузки, которые могут в динамическом режиме направлять запросы к доступным экземплярам.

Балансировка нагрузки и управление трафиком

Эффективно распределять входящие запросы между несколькими экземплярами сервисов бывает сложно, особенно в условиях переменной нагрузки.

Последствия

• При неравномерном распределении нагрузки одни экземпляры будут перегружены, а другие — недогружены.

• Неоптимизированное управление трафиком может привести к проблемам с производительностью.

Стратегии устранения последствий

• С помощью интеллектуальных балансировщиков нагрузки перераспределять трафик, исходя из текущей нагрузки, состояния сервисов и географического расстояния до них.

• Внедрить автоматическое масштабирование на основе паттернов трафика, чтобы добавлять или удалять экземпляры по мере необходимости.

Вопросы безопасности

Обеспечение безопасности связи между распределенными сервисами может оказаться сложнее, чем в монолитных архитектурах, ведь чем больше точек доступа, тем больше поверхность атаки.

Последствия

• Повышенный риск утечки данных и несанкционированного доступа.

• Сложности с внедрением согласованных механизмов аутентификации и авторизации.

Стратегии устранения последствий

• Использовать HTTPS для безопасного обмена данными между сервисами.

• Внедрить OAuth2 или JWT для надежной аутентификации и авторизации.

• Использовать шлюзы API для централизации политик безопасности.

Мониторинг и отладка

Из-за большого количества задействованных компонентов отслеживать производительность и состояние распределенных сервисов может оказаться сложнее, чем отдельного приложения.

Последствия

• Проблематичность отслеживания запросов между несколькими сервисами может затруднить отладку сложных проблем.

• Из-за неполноты картины работы системы некоторые проблемы могут остаться незамеченными.

Стратегии устранения последствий

• Внедрить распределенные инструменты трассировки, например, Jaeger или Zipkin, чтобы отслеживать запросы между серверами.

• Использовать решения для централизованного журналирования, чтобы объединять журналы из нескольких сервисов (например, ELK Stack).

• Отслеживать ключевые показатели производительности с помощью таких инструментов, как Prometheus и Grafana.

Управление конфигурацией

Управлять настройками конфигурации нескольких сервисов может быть трудно, особенно сразу в нескольких средах (dev, pre-prod, prod).

Последствия

• Рассогласованные настройки могут повлечь проблемы с развертыванием и неожиданное поведение сервисов.

• Ручное управление конфигурацией повышает риск ошибок, вызванных человеческим фактором.

Стратегии устранения последствий

• Управлять конфигурациями централизованно с помощью таких инструментов, как Consul или Spring Cloud Config.

• Ввести переменные среды или функциональные флаги для динамической настройки.

Переменные среды для динамической настройки:

Настройка переменных среды:

Сложности межсервисных взаимодействий

Выбор протоколов взаимодействия (например, HTTP, gRPC, очереди сообщений) и форматов сериализации (например, JSON, Protobuf) усложняет межсервисное взаимодействие.

Последствия

• Несогласованные паттерны взаимодействия могут привести к проблемам интеграции.

• Ради выбора конкретного протокола и формата сериализации придется, возможно, поступиться производительностью.

Стратегии устранения последствий

• В целях упрощения стандартизировать протоколы взаимодействия между сервисами.

• Оценить производительность и избыточные затраты ресурсов на разные форматы сериализации и выбрать наиболее эффективный вариант.

Управление версиями сервисов

С развитием сервиса усложняется управление множеством его версий с одновременным сохранением обратной совместимости.

Последствия

• Внезапные изменения могут привести к сбоям в обслуживании клиентов.

• Координировать развертывание нескольких сервисов становится сложнее.

Стратегии устранения последствий

• Внедрить семантическое управление версиями для четкой передачи информации об изменениях.

• Применять сине-зеленое и канареечное развертывания для безопасного релиза новых версий.

Заключение

Работа с распределенными сервисами — это нетривиальная задача, которая требует тщательного планирования, новых внедрений и непрерывного управления, чтобы система работала эффективно и надежно. Применяя лучшие практики и стратегии для решения каждой отдельной задачи, компании смогут создавать надежные и масштабируемые распределенные системы, которые отвечают их бизнес-потребностям. Если спланировать действия заранее, можно повысить отказоустойчивость и производительность распределенных микросервисных архитектур.