Dekodierung synchroner und asynchroner Kommunikation in Cloud-nativen Anwendungen

Das Entwerfen cloudnativer Anwendungen erfordert die Verwaltung eines komplexen Systems aus Mikrodiensten und serverlosen Komponenten, die effizient miteinander kommunizieren müssen. Die synchrone Kommunikation verwendet HTTP- oder gRPC-Aufrufe, wartet auf eine Antwort innerhalb eines bestimmten Zeitbereichs, liefert Echtzeit-Feedback und eignet sich für Szenarien, die eine sofortige Reaktion erfordern. Die asynchrone Kommunikation nutzt Nachrichtenbroker (wie RabbitMQ oder Kafka), um Nachrichten auszutauschen, ohne dass sofortige Antworten erforderlich sind, wodurch die Skalierbarkeit des Systems verbessert wird. Durch das Verständnis der Vor- und Nachteile jedes Kommunikationsmodus können Architekten Systeme entwerfen, die diese unabhängigen Elemente effektiv koordinieren, um leistungsstarke, skalierbare und zuverlässige Cloud-native Anwendungen bereitzustellen.

Stellen Sie sich vor, Sie bauen eine komplexe Maschine mit vielen unabhängigen Teilen, von denen jedes seine Funktion erfüllt, aber alle effektiv miteinander kommunizieren müssen, um die Aufgabe zu erfüllen. Dies ist die Herausforderung, vor der wir stehen, wenn wir cloudnative Anwendungen entwerfen, die aus miteinander verbundenen Mikrodiensten und serverlosen Komponenten bestehen. In diesem Artikel untersuchen wir die Details des Entwurfs eines robusten und belastbaren Kommunikationssystems, das diese unabhängigen Elemente innerhalb und außerhalb der Anwendungsgrenze effektiv koordinieren kann.

Diese feinkörnigen Dienste nutzen verschiedene synchrone oder asynchrone Kommunikationsmethoden für interne und externe Interaktionen. Bei der synchronen Kommunikation ruft ein Dienst einen anderen Dienst über HTTP oder gRPC auf, wartet innerhalb eines bestimmten Zeitrahmens auf eine Antwort und fährt dann fort. Im Gegensatz dazu beinhaltet die asynchrone Kommunikation den Austausch von Nachrichten, ohne eine sofortige Antwort zu erwarten. Ein Nachrichtenbroker wie RabbitMQ oder Kafka fungiert als Vermittler und puffert Nachrichten, um eine zuverlässige Zustellung zu gewährleisten. In Cloud-nativen Anwendungen ist die Verwendung einer Kombination von Kommunikationsmustern oft ein praktischer Ansatz. Beginnen wir mit der synchronen Kommunikation.

Was ist synchrone Kommunikation?

Synchronisierte Kommunikation ist wie ein Gespräch. Ein Dienst (nennen wir ihn Dienst A) stellt eine Anfrage und wartet dann auf eine Antwort von einem anderen Dienst (Dienst B) oder einer externen API. Dies ähnelt dem Stellen einer Frage und dem Warten auf die Antwort. Dienst A sendet die Anfrage über HTTP und wartet. Es wartet entweder auf eine Antwort von Dienst B oder auf den Ablauf der maximalen Wartezeit. Während dieser Wartezeit ist Dienst A vorübergehend blockiert, genauso wie man seine Aktivität pausiert, um auf eine Antwort zu warten. Dieser Modus wird oft als Anforderungs-Antwort-Modus bezeichnet und ist relativ einfach zu implementieren. Allerdings kann sein weitverbreiteter Einsatz Herausforderungen mit sich bringen, die sorgfältiger Abwägung bedürfen.

Herausforderungen der synchronen Kommunikation

Die synchrone Kommunikation ist zwar ein leistungsstarkes Werkzeug in unserem Cloud-nativen Toolkit, bringt aber auch eigene Herausforderungen mit sich, die sorgfältig abgewogen werden müssen.

Zeitliche Kopplung

Eine übermäßige Abhängigkeit von der synchronen Kommunikation in der gesamten Lösung kann zu Problemen mit der zeitlichen Kopplung führen. Dies geschieht, wenn eine große Anzahl synchroner Aufrufe miteinander verkettet werden, was dazu führt, dass die Clientanwendung länger auf den Empfang einer Antwort wartet.

Verfügbarkeitsabhängigkeiten

Synchronisierte Kommunikation erfordert, dass alle Kommunikationsdienste gleichzeitig verfügbar sind. Wenn der Back-End-Dienst unerwartet ausgelastet ist, können Clientanwendungen mit Zeitüberschreitungsfehlern fehlschlagen, was sich auf die Gesamtleistung auswirkt.

Auswirkungen auf die Netzwerkqualität

Die Netzwerkqualität kann sich direkt auf die Leistung synchroner Kommunikation auswirken, einschließlich der verfügbaren Bandbreite und der Dauer, die für die Übertragung von Antworten zwischen Dienst-Backend-Diensten erforderlich ist.

Trotz dieser Herausforderungen kann synchrone Kommunikation in bestimmten Szenarien von unschätzbarem Wert sein. Lassen Sie uns im nächsten Abschnitt einige Anwendungsfälle untersuchen, in denen synchrone Kommunikation möglicherweise die bessere Wahl ist.

Wann sollte synchrone Kommunikation verwendet werden?

In manchen Fällen kann die Verwendung synchroner Kommunikation eine bessere Option sein.

Echtzeit-Datenzugriff oder garantierte Ergebnisse

Synchrone Kommunikation erhöht die Effizienz, wenn sofortiges oder Echtzeit-Feedback erforderlich ist. Wenn ein Kunde beispielsweise eine Bestellung auf einer E-Commerce-Website aufgibt, muss das E-Commerce-Frontend das Bestandssystem überprüfen, um sicherzustellen, dass der Artikel auf Lager ist. Dies ist ein synchroner Vorgang, da die Anwendung auf eine Antwort vom Lagersystem warten muss, bevor sie mit der Verarbeitung der Bestellung fortfahren kann.

Orchestrieren der Abfolge zusammengehöriger Aufgaben

In Situationen, in denen ein Dienst eine Abfolge von Aufgaben ausführen muss, die jeweils von der vorherigen Aufgabe abhängig sind, kann die Reihenfolge durch synchrone Kommunikation aufrechterhalten werden. Es eignet sich besonders für Arbeitsabläufe, bei denen die Reihenfolge der Aufgaben von entscheidender Bedeutung ist.

Aufrechterhaltung der Transaktionsintegrität

Wenn die Aufrechterhaltung der Datenkonsistenz über mehrere Komponenten hinweg von entscheidender Bedeutung ist, kann synchrone Kommunikation dazu beitragen, atomare Transaktionen aufrechtzuerhalten. Dies ist für Szenarien wie Finanztransaktionen relevant, bei denen die Datenintegrität von entscheidender Bedeutung ist.

Synchronisierte Kommunikation ist ein mächtiges Werkzeug, bringt aber auch Herausforderungen mit sich. Die gute Nachricht ist, dass wir auch die Möglichkeit der asynchronen Kommunikation haben – ein komplementärer Stil, der mit synchronen Methoden arbeiten kann. Lassen Sie uns dies im nächsten Abschnitt genauer untersuchen.

Was ist asynchrone Kommunikation?

Das asynchrone Kommunikationsmuster bietet eine dynamische und effiziente Methode für die Kommunikation zwischen Diensten. Im Gegensatz zur synchronen Kommunikation ermöglicht die asynchrone Kommunikation einem Dienst, eine Anfrage zu initiieren, ohne auf eine sofortige Antwort warten zu müssen. In diesem Modell erfolgen Antworten möglicherweise nicht sofort oder kommen asynchron auf einem separaten Kanal (z. B. einer Rückrufwarteschlange) an. Dieses Kommunikationsmodell basiert auf Protokollen wie dem Advanced Message Queuing Protocol (AMQP) und Messaging-Middleware, einschließlich Nachrichtenbrokern oder Ereignisbrokern.

Diese Messaging-Middleware fungiert als Vermittler mit minimaler Geschäftslogik. Es empfängt Nachrichten von einer Quelle oder einem Produzentendienst und übermittelt sie an den vorgesehenen Verbraucherdienst. Die Integration von Messaging-Middleware kann die Ausfallsicherheit und Fehlertoleranz dieses entkoppelten Ansatzes erheblich verbessern. Asynchrone Kommunikation umfasst verschiedene Implementierungen. Lassen Sie uns diese weiter untersuchen.

Eins-zu-eins-Kommunikation

Bei der Eins-zu-eins-Nachrichtenkommunikation verwendet der Produzent einen Nachrichtenbroker, um die Nachricht gezielt an den Empfänger zu versenden. In der Regel verlassen sich Nachrichtenbroker auf Warteschlangen, um eine zuverlässige Kommunikation sicherzustellen und Zustellungsgarantien bereitzustellen, z. B. „mindestens einmal“. Die Implementierung ähnelt dem Befehlsmuster, bei dem die übergebene Nachricht als Befehl fungiert, der vom Abonnentendienst zum Auslösen von Aktionen verwendet wird.

Betrachten wir ein Beispiel eines Online-Einzelhandelsgeschäfts, um dessen Verwendung zu veranschaulichen. Ein Online-Unternehmen hängt weitgehend von der Zuverlässigkeit seiner Website ab. Dieses Modell bietet Fehlertoleranz und Nachrichtengarantien und stellt sicher, dass das Backend-Fulfillment-System die Bestellung zur Bearbeitung erhält, sobald ein Kunde eine Bestellung auf der Website aufgibt. Der Message Broker behält Nachrichten auch dann, wenn das Backend-System heruntergefahren wird, und stellt sie zu, wenn sie verarbeitet werden können. Wenn beispielsweise in einer E-Commerce-Anwendung ein Kunde eine Bestellung aufgibt, kann ein Nachrichtenbroker verwendet werden, um die Bestelldetails als Nachricht vom Bestelldienst (Produzenten) an den Auftragsabwicklungsdienst (Verbraucher) zu senden. Dies ist ein Beispiel für eine Eins-zu-Eins-Kommunikation.

Asynchrone Eins-zu-Eins-Kommunikation in der Cloud

Die Erweiterung des Eins-zu-Eins-Nachrichtenmodus ist der asynchrone Anfrage-Antwort-Modus. In diesem Fall sendet der Dispatcher die Nachricht, ohne eine Antwort zu erwarten. In einigen spezifischen Szenarien müssen Verbraucher jedoch Warteschlangen in derselben Nachrichtenbroker-Infrastrukturwarteschlange verwenden, um auf Produktionsdienste zu reagieren. Antworten von Verbrauchern können zusätzliche Metadaten enthalten, z. B. eine mit der ursprünglichen Anfrage oder Antwortadresse verknüpfte ID. Da Produzenten keine sofortigen Antworten erwarten, verwaltet ein separater Produzenten-Workflow diese Antworten. Sobald eine Bestellung aufgegeben wurde, antwortet der Fulfillment-Dienst (Verbraucher) dem Front-End-Bestelldienst (Produzent), damit Kunden Aktualisierungen auf der Website vornehmen können.

Asynchrone Eins-zu-Eins-Anfrage-Antwort-Kommunikation in der Cloud

Einzelverbraucherkommunikation ist praktisch, wenn zwei Dienste Punkt-zu-Punkt kommunizieren. Es gibt jedoch Situationen, in denen ein Herausgeber ein bestimmtes Ereignis an mehrere Abonnenten senden muss, was uns zu dem folgenden Muster führt.

Eins-zu-viele-Kommunikation

Diese Kommunikationsmethode ist äußerst wertvoll, wenn eine einzelne Komponente (Herausgeber) Ereignisse an mehrere Komponenten und Dienste (Abonnenten) übertragen muss. Bei der One-to-many-Kommunikation wird das Konzept der Themen verwendet, ähnlich wie bei Online-Foren.

Es ist wie ein Online-Forum, in dem mehrere Benutzer Artikel posten können, die ihre Follower in Ruhe lesen und bei Bedarf beantworten können. Ebenso kann eine Anwendung Themen haben, in die Produzentendienste schreiben und Verbraucherdienste lesen können. Es ist eines der beliebtesten Muster in realen Anwendungen.

Bedenken Sie noch einmal, dass die E-Commerce-Plattform über einen Dienst verfügt, der Produktpreise aktualisiert, und mehrere Dienste diese Informationen benötigen (z. B. Abonnementdienste, Empfehlungsdienste usw.), Preisaktualisierungen können als Nachrichten an Themen im Nachrichtenbroker gesendet werden . Alle interessierten Dienste (Abonnenten) können sich das Thema anhören und Preisaktualisierungen erhalten. Dies ist ein Beispiel für eine Eins-zu-Viele-Kommunikation. Zur Implementierung dieses Musters stehen mehrere Tools zur Verfügung, wobei Apache Kafka, Redis Pub/Sub, Amazon SNS und Azure Event Grid zu den beliebtesten Optionen zählen.

Asynchrone One-to-Many-Kommunikation in der Cloud

Herausforderungen der asynchronen Kommunikation

Asynchrone Kommunikation bietet zwar viele Vorteile, bringt aber auch eigene Herausforderungen mit sich.

Resilienz und Fehlertoleranz

Bei einer großen Anzahl von Microservices und serverlosen Komponenten mit jeweils mehreren Instanzen sind Ausfälle unvermeidlich. Instanzen können abstürzen, überlastet werden oder vorübergehend ausfallen. Darüber hinaus wartet der Absender nicht auf die Verarbeitung der Nachricht, sodass er im Falle eines Fehlers möglicherweise nicht sofort darauf aufmerksam wird. Wir müssen die folgenden Strategien anwenden:

Wiederholungsmechanismus: Wiederholen Sie fehlgeschlagene Netzwerkaufrufe bei vorübergehenden Ausfällen.

Leistungsschaltermuster: Verhindern Sie wiederholte Aufrufe fehlgeschlagener Dienste, um Ressourcenengpässe zu vermeiden.

Verteilte Ablaufverfolgung.

Asynchrone Kommunikation kann mehrere Dienste umfassen. Dies macht die Überwachung der Gesamtsystemleistung zu einer Herausforderung. Die Implementierung einer verteilten Ablaufverfolgung hilft dabei, Protokolle und Metriken miteinander zu verknüpfen, um den Transaktionsfluss zu verstehen.

Komplexes Debuggen und Überwachen

Asynchrone Kommunikation kann schwieriger zu debuggen und zu überwachen sein, da Vorgänge keinem linearen Ablauf folgen. Um diese Systeme effektiv zu debuggen und zu überwachen, sind oft spezielle Tools und Techniken erforderlich.

Ressourcenmanagement

Asynchrone Systeme beinhalten oft langlebige Verbindungen und Hintergrundverarbeitung, was zu Herausforderungen beim Ressourcenmanagement führen kann. Es muss darauf geachtet werden, die Ressourcen effizient zu verwalten, um Speicherverluste oder eine Überlastung der CPU zu verhindern.

Das Verständnis dieser Herausforderungen kann dazu beitragen, robustere und widerstandsfähigere asynchrone Kommunikationssysteme in Cloud-nativen Anwendungen zu entwerfen.

Abschließende Worte

Die Wahl zwischen synchronen und asynchronen Kommunikationsmodi ist nicht binär, sondern eine strategische Entscheidung, die auf den spezifischen Anforderungen der Anwendung basiert.

Synchronisierte Kommunikation ist einfach zu implementieren und bietet sofortiges Feedback, wodurch sie für den Echtzeit-Datenzugriff, die Orchestrierung damit verbundener Aufgaben und die Aufrechterhaltung der Transaktionsintegrität geeignet ist. Allerdings steht es auch vor Herausforderungen wie zeitlicher Kopplung, Verfügbarkeitsabhängigkeit und Auswirkungen auf die Netzwerkqualität.

Andererseits ermöglicht die asynchrone Kommunikation den Diensten, Anfragen zu initiieren, ohne auf eine sofortige Antwort warten zu müssen, wodurch die Reaktionsfähigkeit und Skalierbarkeit des Systems verbessert wird. Es bietet Flexibilität und ist ideal für Szenarien, in denen kein sofortiges Feedback erforderlich ist. Es führt jedoch zu Komplexitäten in Bezug auf Ausfallsicherheit, Fehlertoleranz, verteilte Ablaufverfolgung, Debugging, Überwachung und Ressourcenverwaltung.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Entwurf eines robusten und belastbaren Kommunikationssystems für Cloud-native Anwendungen ein tiefes Verständnis synchroner und asynchroner Kommunikationsmuster erfordert. Indem sie die Vor- und Nachteile jedes Musters sorgfältig abwägen und sie an den Anforderungen ausrichten, können Architekten Systeme entwerfen, die unabhängige Elemente innerhalb und außerhalb der Anwendungsgrenzen effektiv orchestrieren, um leistungsstarke, skalierbare und zuverlässige Cloud-native Anwendungen bereitzustellen.

Das obige ist der detaillierte Inhalt vonDekodierung synchroner und asynchroner Kommunikation in Cloud-nativen Anwendungen. Für weitere Informationen folgen Sie bitte anderen verwandten Artikeln auf der PHP chinesischen Website!