Vă aflați în căutarea unui sistem de coadă de așteptare? Sau poate doriți să găsiți o soluție mai performantă? Aici veți descoperi toate informațiile esențiale de care aveți nevoie!
Sistemele de coadă reprezintă un element esențial, dar adesea trecut cu vederea, al dezvoltării backend.
Fără a exagera în laude, aș putea spune că un dezvoltator backend junior devine un specialist de nivel mediu atunci când învață să integreze cozile în sistemul său. Cozile îmbunătățesc experiența utilizatorilor (vom vedea cum), reduc complexitatea și cresc fiabilitatea unei aplicații.
Desigur, pentru aplicații web foarte simple, cu trafic redus sau site-uri de prezentare, cozile pot fi opționale (sau chiar dificil de implementat pe un mediu de găzduire partajată). Totuși, orice aplicație care depășește nivelul de bază va beneficia de utilizarea cozilor, iar aplicațiile complexe sunt practic imposibile fără ele.
Înainte de a începe, o mică precizare: dacă sunteți familiarizat cu sistemele de coadă și doriți doar să comparați opțiunile, următoarele secțiuni introductive s-ar putea să vi se pară plictisitoare. 🙂 Nu ezitați să treceți direct la secțiunile care vă interesează. Introducerea este destinată celor care au doar o idee vagă despre sistemele de coadă sau care au auzit despre ele tangențial.
Ce reprezintă un sistem de coadă?
Haideți să începem prin a înțelege ce este o coadă.
O coadă este o structură de date folosită în informatică, care imită cozile din viața de zi cu zi. De exemplu, la un ghișeu, veți aștepta la coadă, iar persoana aflată la începutul acesteia va fi servită prima. Acest principiu se numește „primul venit, primul servit”. În programare, putem crea programe care stochează sarcinile într-o coadă și le procesează în ordinea sosirii.
Este important de reținut că o coadă nu procesează date. Ea este doar o zonă de stocare temporară unde sarcinile așteaptă să fie preluate. Dacă acest concept pare prea abstract, nu vă îngrijorați. Vom vedea exemple concrete în următoarea secțiune. 🙂
De ce avem nevoie de sisteme de coadă?
Fără a intra în detalii excesive, aș putea spune că nevoia principală de sisteme de coadă derivă din necesitatea procesării în fundal, a execuției paralele și a recuperării după erori. Vom analiza aceste aspecte prin exemple:
Procesare în fundal
Să presupunem că gestionați o campanie de marketing pentru un magazin online, unde timpul este esențial. Aplicația dvs. trimite un e-mail de confirmare imediat după ce clientul finalizează plata, înainte ca acesta să vadă pagina de mulțumire. Dacă serverul de e-mail este indisponibil, pagina web va da eroare, afectând experiența utilizatorului.
Vă imaginați numărul de solicitări de asistență pe care le-ați primi? În acest caz, este preferabil să trimiteți sarcina de trimitere a e-mailului într-o coadă și să afișați clientului pagina de succes.
Execuție paralelă
Mulți dezvoltatori, mai ales cei care lucrează cu aplicații simple, cu trafic redus, folosesc job-uri cron pentru procesarea în fundal. Această abordare funcționează bine până când volumul de date devine prea mare. De exemplu, să presupunem că aveți un job cron care generează rapoarte analitice și le trimite prin e-mail, iar sistemul dvs. poate procesa 100 de rapoarte pe minut.
Pe măsură ce aplicația dvs. crește și primește, în medie, peste 100 de solicitări pe minut, sistemul nu va mai reuși să țină pasul, nefinalizând toate sarcinile.
Un sistem de coadă poate evita această situație prin utilizarea mai multor procese de lucru care preiau câte o sarcină (de exemplu, 100 de rapoarte) și le procesează în paralel, finalizând sarcina mult mai rapid.
Recuperare după erori
De obicei, dezvoltatorii web nu se gândesc la erori. Considerăm ca fiind normale funcționarea serverelor și a API-urilor. Însă realitatea este alta – problemele de rețea apar frecvent, iar API-urile pe care ne bazăm pot fi oprite din cauza unor defecțiuni ale infrastructurii (înainte de a spune „nu mi se întâmplă mie!”, amintiți-vă de căderea masivă a Amazon S3). Revenind la exemplul cu rapoartele, dacă generarea unui raport necesită conectarea la un API de plăți și conexiunea este întreruptă timp de 2 minute, ce se întâmplă cu cele 200 de rapoarte care nu au putut fi generate?
Sistemele de coadă introduc o complexitate suplimentară. Curba de învățare este abruptă, crește complexitatea aplicației și implementării, iar sarcinile aflate în coadă nu pot fi întotdeauna controlate cu precizie de 100%. Totuși, există situații în care crearea unei aplicații fără cozi este imposibilă.
Acum, să aruncăm o privire la câteva dintre opțiunile populare de backend/sisteme de coadă disponibile astăzi.
Redis
Redis este cunoscut ca un magazin cheie-valoare care stochează, actualizează și preia șiruri de date, fără a ține cont de structura datelor. Deși acest lucru era adevărat în trecut, Redis dispune acum de structuri de date utile, precum liste, seturi sortate și un sistem Pub-Sub, ceea ce îl face foarte atractiv pentru implementările de coadă.
Avantajele Redis sunt:
- Bază de date în memorie, ceea ce duce la operații de citire/scriere foarte rapide.
- Foarte eficient, suportând cu ușurință peste 100.000 de operații de citire/scriere pe secundă.
- Mecanism de persistență flexibil. Puteți opta pentru performanțe maxime cu riscul pierderii datelor în caz de erori, sau puteți configura un mod mai conservator, care sacrifică performanța pentru consistență.
- Suport pentru clustere.
Rețineți că Redis nu oferă abstracții de mesagerie/coadă/recuperare, deci va trebui să utilizați un pachet terț sau să vă creați propriul sistem. De exemplu, Redis este backend-ul implicit pentru coadă în framework-ul Laravel PHP, unde un planificator a fost implementat de către creatorii framework-ului.
Învățarea Redis este ușoară.
RabbitMQ
Există câteva diferențe subtile între Redis și RabbitMQ, pe care le vom clarifica în continuare.
În primul rând, RabbitMQ are un rol mai specializat, fiind creat special pentru mesagerie. Altfel spus, scopul său este de a acționa ca un intermediar între două sisteme, spre deosebire de Redis, care funcționează ca o bază de date. Prin urmare, RabbitMQ oferă funcționalități suplimentare, precum rutarea mesajelor, reîncercări și distribuția sarcinilor.
Dacă privim mai atent, cozile de sarcini pot fi considerate un sistem de mesagerie, în care planificatorul, lucrătorii și cei care adaugă sarcinile sunt entitățile care participă la transmiterea mesajelor.
RabbitMQ oferă următoarele avantaje:
- Abstracții mai bune pentru transmiterea mesajelor, reducând efortul la nivelul aplicației dacă aceasta este principala nevoie.
- Rezistență mai bună la întreruperi (în comparație cu Redis, cel puțin în mod implicit).
- Suport pentru clustere și federații pentru implementări distribuite.
- Instrumente utile pentru gestionarea și monitorizarea implementărilor.
- Compatibilitate cu majoritatea limbajelor de programare.
- Implementare simplă cu instrumente precum Docker, Chef sau Puppet.
Când ar trebui să utilizați RabbitMQ? Aș spune că este o alegere excelentă atunci când aveți nevoie de transmitere asincronă de mesaje, dar nu sunteți pregătit pentru complexitatea opțiunilor mai avansate din această listă (vom vorbi despre ele mai jos).
ActiveMQ
Dacă sunteți interesat de soluții enterprise (sau construiți o aplicație distribuită, la scară largă) și doriți să evitați să reinventați roata (și să faceți greșeli costisitoare), ActiveMQ este o opțiune demnă de luat în considerare.
ActiveMQ excelează la următoarele:
- Este implementat în Java, având o integrare bună cu aplicațiile Java (respectă standardul JMS).
- Suportă mai multe protocoale: AMQP, MQTT, STOMP, OpenWire, etc.
- Oferă funcționalități pentru securitate, rutare, expirarea mesajelor, analiză, etc.
- Suport integrat pentru modele populare de mesagerie distribuită, economisind timp și efort.
ActiveMQ nu este disponibil doar pentru Java. Există clienți pentru Python, C/C++, Node, .Net și alte ecosisteme, așa că nu ar trebui să vă faceți griji în privința compatibilității viitoare. În plus, ActiveMQ se bazează pe standarde deschise, fiind simplu să creați clienți noi.
Cu toate acestea, ActiveMQ este doar un broker și nu include un backend pentru stocarea mesajelor. Va trebui să utilizați unul dintre backend-urile compatibile pentru a stoca mesajele. L-am inclus aici pentru că nu este specific unui anumit limbaj de programare (spre deosebire de alte soluții populare, precum Celery sau Sidekiq).
Amazon MQ
Amazon MQ merită menționat aici. Dacă considerați ActiveMQ soluția ideală, dar nu doriți să vă ocupați de infrastructură, Amazon MQ oferă un serviciu gestionat în acest sens. Suportă aceleași protocoale ca ActiveMQ – nu există diferențe de funcționalitate – deoarece folosește ActiveMQ sub capotă.
Avantajul principal este că este un serviciu gestionat, deci nu trebuie să vă faceți griji decât pentru utilizarea lui. Este o soluție mai convenabilă pentru implementările pe AWS, deoarece puteți integra ușor alte servicii (transfer de date mai rapid, de exemplu).
Amazon SQS
Nu ne putem aștepta ca Amazon să nu ofere soluții pentru infrastructura critică. 🙂
Așa a apărut Amazon SQS, un serviciu de coadă simplu, gestionat în totalitate de Amazon. Este important de reținut că SQS nu oferă funcționalitatea de mesagerie. Similar cu Redis, este un backend simplu pentru primirea și distribuirea sarcinilor.
Când ar trebui să utilizați Amazon SQS? Iată câteva motive:
- Sunteți un utilizator AWS convins și nu sunteți interesat de alte soluții.
- Aveți nevoie de o soluție găzduită, cu o rată de eșec zero și fără pierderi de sarcini.
- Nu doriți să construiți și să monitorizați un cluster. Sau mai rău, să creați instrumente de monitorizare când ați putea folosi timpul pentru dezvoltare.
- Ați investit deja în platforma AWS și o abordare integrată are sens din punct de vedere economic.
- Căutați un sistem de coadă simplu, fără complexitatea asociată cu transmiterea de mesaje, protocoale etc.
În concluzie, Amazon SQS este o alegere bună pentru cei care vor să integreze cozile în sistemul lor, fără a se preocupa de instalarea și monitorizarea acestora.
Beanstalkd
Beanstalkd este o soluție testată, rapidă și ușoară pentru implementarea cozilor de așteptare. Diferă de Redis prin câteva caracteristici:
- Este strict un sistem de coadă pentru sarcini și nimic altceva. Adăugați sarcinile, iar lucrătorii le preiau mai târziu. Dacă aplicația dvs. are nevoie de mesagerie, ar trebui să evitați Beanstalkd.
- Nu oferă structuri de date avansate, precum seturi sau cozi de prioritate.
- Beanstalkd este o coadă „primul venit, primul servit” (FIFO). Nu există posibilitatea de a sorta sarcinile în funcție de prioritate.
- Nu oferă opțiuni de grupare a sarcinilor.
Cu toate acestea, Beanstalkd este un sistem elegant și rapid pentru proiecte simple care rulează pe un singur server. Pentru mulți, este mai rapid și mai stabil decât Redis. Dacă aveți probleme cu Redis și nevoile dvs. sunt simple, Beanstalkd merită încercat.
Concluzie
Dacă ați ajuns până aici (sau ați sărit direct aici 😉), este foarte probabil să fiți interesat de sistemele de coadă. Dacă da, lista de pe această pagină vă va fi utilă, cu excepția cazului în care căutați un sistem specific unui limbaj sau framework.
Mi-aș dori să vă pot spune că implementarea cozilor este simplă și 100% fiabilă, dar nu este cazul. Este un proces complex, mai ales că totul se întâmplă în fundal și foarte rapid (erorile pot trece neobservate și pot deveni costisitoare). Totuși, dincolo de un anumit punct, cozile sunt esențiale și vor deveni o armă puternică (poate cea mai puternică) din arsenalul dvs. Mult succes! 🙂