Thiết kế và triển khai hệ thống sử dụng Spring Boot

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

THIẾT KẾ HỆ THỐNG

• Triển khai bộ cân bằng tải

- Tính mở rộng theo chiều dọc (Vertical scaling/ Scaling Up): là cách mở rộng server hiện tại bằng cách nâng cấp độ mạnh (power) bằng cách nâng cấp CPU, Ram, Storage, v.v… Vertical-scaling cho phép chúng ta mở rộng năng xuất của phần cứng và phần mềm, nhưng thường bị giới hạn bởi giới hạn về cấu hình vật lý hiện đại hay độ trễ khi “chẳng may” Server bị downtime để nâng cấp hay triển khai hệ thống. 12 Lỗi Byzantine (Byzantine fault), hay còn gọi là Vấn đề các vị tướng Byzantine, là một tình trạng của một hệ thống, đặc biệt là hệ thống phân tán, trong đó các thành phần có thể bị lỗi và không có thông tin chính xác về việc liệu thành phần đó có bị lỗi hay không.

CƠ SỞ DỮ LIỆU

Các loại cơ sở dữ liệu

Cơ sở dữ liệu đồ thị “Graph” sử dụng cấu trúc dữ liệu đồ thị để lưu trữ dữ liệu, trong đó các nút (nodes) đại diện cho các thực thể (entities), và các cạnh (edges) biểu thị mối quan hệ giữa các thực thể. Trường hợp sử dụng: Cơ sở dữ liệu đồ thị cho phép biểu diễn dữ liệu theo các mối quan hệ phức tạp, như mô hình hóa mạng xã hội, quan hệ tương tác giữa người dùng trên mạng, và nhiều ứng dụng khác. Không yêu cầu ACID (Atomicity, Consistency, Isolation, Durability) Không thường cần tích hợp dữ liệu Không thường cần tích hợp dữ liệu Thích hợp cho dữ liệu có kích thước tương đối nhỏ.

GIAO DỊCH PHÂN TÁN

• Xác nhận 2 pha “2-Phase Commit” (2PC)
• Xác nhận 3 pha “3-Phase Commit”

Một vấn đề quan trọng trong Saga là đảm bảo bước thực hiện local transaction và bước gửi message được thực hiện một cách đơn nhất (atomic), để không có tình trạng service ngừng hoạt động sau khi thực hiện local transaction nhưng lại trước khi gửi message, dẫn tới mất nhất quán giữa service đó - cũng như các service đã thực hiện local transaction trước nó - và các service còn lại trong saga. - Transactional outbox: ghi message vào một table trong database (table outbox), table này dùng để ghi nhớ các message được phát đi bởi service; khi này, ta hoàn toàn có thể gói gọn các thao tác của local transaction và thao tác ghi message trong cùng một database transaction. Đồng thời, saga cũng đảm bảo availability cao hơn so với 2PC/3PC do client chỉ cần đợi service đang thực hiện local transaction mà không cần phải chờ tất cả các service tham gia transaction - các service khác vẫn có thể xử lý yêu cầu trên các dữ liệu transaction, cũng như không cần phải áp dụng các cơ chế khóa đọc - ghi trong cả thời gian thực hiện transaction.

BỘ NHỚ ĐỆM

• Nguyên lý xóa bỏ

- Xác định máy chủ bộ đệm trong một hệ thống bộ đệm phân tán để lưu trữ và truy xuất dữ liệu: Trong tình huống này, ta thường sử dụng các thuật toán băm khác nhau để xác định máy chủ bộ đệm cụ thể mà dữ liệu nên được lưu trữ và truy xuất. - Most recently used (MRU): loại bỏ các dữ liệu được sử dụng gần đây nhất, ưu tiên các dữ liệu chưa được sử dụng; thuật toán này thường được ứng dụng trong các hệ thống gợi ý dữ liệu mới, chẳng hạn như Tinder. Chương trình luôn đọc dữ liệu từ bộ nhớ đệm trước, nếu bộ nhớ đệm không có dữ liệu đó thì chương trình sẽ đọc từ cơ sở dữ liệt rồi ghi vào bộ nhớ đệm để hỗ trợ những lần đọc sau; ngược lại, bộ nhớ đệm sẽ trả kết quả ngay lập tức cho chương trình.

SERVICE DISCOVERY & API GATEWAY

Phân loại Service Discovery

- Cần có sự chặt chẽ của client với registry dịch vụ, điều này có nghĩa là service discovery phải được triển khai cho mỗi ngôn ngữ lập trình và framework được sử dụng bởi các service clients. - Nó làm cho quản lý ứng dụng phức tạp khi kiến trúc microservices làm việc với các công nghệ, framework và công cụ đa dạng của các ngôn ngữ khác nhau. - Server side Service Discovery cần được thiết lập và quản lý trừ khi được cung cấp sẵn một giải pháp hoặc công cụ service discovery Server side.

Thuật toán Raft

Bất kỳ người điều phối từ các nhiệm kỳ trước đây sẽ không thể sao chép các mục nhật ký (log entries) mới đến các nhóm vì những người bỏ phiếu cho người điều phối mới sẽ từ chối các yêu cầu của người điều phối cũ, và cuối cùng nó sẽ phát hiện mình đã bị thay thế. - Khi người điều phối nhận được một lệnh mới, nó ghi thêm mục vào nhật ký riêng của mình và sau đó gửi một yêu cầu AppendEntries đồng thời đến các nút khác, nó sẽ lặp lại khi nó không nhận được phản hồi trong một khoảng thời gian từ một trong số các node chưa phản hồi. Nói cách khác, nhiệm kỳ của entry cuối trong log của candidate phải lớn hơn nhiệm kỳ của entry cuối trong log của follower - nếu nhiệm kỳ của 2 entry này bằng nhau thì index của entry của candidate phải lớn hơn; thỏa mãn được điều kiện này thì candidate sẽ có được phiếu bầu của follower.

Các mẫu triển khai

- Monitoring: Khi triển khai hệ thống microservices thì ta sẽ phải triển khai thêm một hệ thống monitoring phức tạp để có thể thu thập đủ các metrics cần thiết cho việc vận hành hệ thống. - Nếu nhiều instance được triển khai trong cựng một quỏ trỡnh, việc theo dừi việc tiêu thụ tài nguyên của mỗi instance là khó khăn. - Hạn chế và ràng buộc đáng kể - Môi trường triển khai serverless thường có nhiều hạn chế hơn so với cơ sở hạ tầng dựa trên máy ảo hoặc container.

Kubernetes & Helm

- Kho lưu trữ chart: Helm cung cấp một kho lưu trữ trực tuyến để chia sẻ và tìm kiếm các charts có sẵn, giúp cộng đồng Kubernetes chia sẻ các mô hình triển khai ứng dụng tiện lợi và dễ dàng hơn. Spring Boot là một trong số những module của Spring Framework chuyên cung cấp các tính năng Rapid Application Development (RAD) để tạo ra và phát triển nhanh các ứng dụng độc lập dựa trên Spring. Bằng cách này, các nhà phát triển Spring Boot bắt đầu xây dựng ứng dụng của họ ngay lập tức, tập trung nhiều hơn vào logic nghiệp vụ vì phần lớn công việc được thực hiện bởi chính framework.

Sping Cloud Gateway

- Global Filters: Là các lọc được áp dụng trên tất cả các routes, giúp thực hiện các chức năng chung như đăng nhập, quản lý lỗi, và đo lường thời gian xử lý. Trong hệ thống, Discovery Service giải quyết vấn đề đặt tên cho các dịch vụ thay vì hardcode địa chỉ IP của chúng. 80 Để sử dụng Spring Cloud Gateway, bạn cần thêm dependency tương ứng vào file pom.xml (cho Maven) hoặc build.gradle (cho Gradle) của dự án.

Tổng kết

Mặc dù nhóm nhận thấy vẫn còn một số điểm cần cải thiện, nhưng quá trình tìm hiểu về thiết kế và xây dựng hệ thống đã mang lại cho nhóm rất nhiều kiến thức quý báu. Nhóm đã áp dụng các công nghệ phức tạp vào việc phát triển demo một hệ thống đặt đồ ăn, đồng thời tiếp tục khỏm phỏ và nghiờn cứu sõu hơn để hiểu rừ hơn về cỏch xõy dựng hệ thống. Những kiến thức cơ bản này sẽ là nền tảng vững chắc, sẽ giúp nhóm áp dụng chúng một cách hiệu quả trong các dự án thực tế tiếp theo.