Чи замислюєтеся над впровадженням системи черг? Можливо, ви прагнете знайти оптимальне рішення для своїх потреб? У цьому матеріалі ви знайдете вичерпну інформацію, яка допоможе вам зорієнтуватися.
Системи управління чергами є одним із найцінніших, хоч і не завжди очевидних, інструментів у розробці серверних застосунків.
Не претендуючи на поетичне оспівування черг, зазначимо, що опанування інтеграції систем черг є важливим кроком у професійному зростанні бекенд-розробника. Черги сприяють покращенню взаємодії з користувачами, зменшують складність системи та підвищують її надійність.
Звичайно, для елементарних веб-застосунків з мінімальним трафіком або для сайтів-візиток черги можуть бути зайвими. Однак, для більш складних проектів, а тим більше для масштабних систем, використання черг є необхідністю.
Перш ніж ми перейдемо до деталей, варто зазначити: якщо ви вже знайомі з чергами та шукаєте порівняння різних варіантів, вступні розділи можуть здатися вам надто простими. 🙂 Тому не соромтеся переходити одразу до цікавої для вас інформації. Вступ призначений для тих, хто лише починає знайомитися з концепцією систем черг.
Що ж таке система черг?
Розпочнемо з визначення поняття “черга”.
У контексті інформатики, черга – це структура даних, яка імітує реальні черги, з якими ми стикаємося у повсякденному житті. Наприклад, у касі кінотеатру ви стаєте в кінець черги, а той, хто стоїть першим, отримує квиток раніше. Це принцип “перший прийшов – перший обслужений”. У програмуванні ми можемо створювати програми, які зберігають завдання в черзі, обробляючи їх у порядку надходження.
Важливо розуміти, що сама черга не обробляє завдання. Це лише тимчасове сховище, де завдання очікують на свою обробку. Якщо ця концепція здається вам дещо абстрактною, не хвилюйтеся. У наступному розділі ми розглянемо конкретні приклади. 🙂
Для чого потрібні системи черг?
Якщо говорити коротко, основні переваги систем черг полягають у фоновій обробці, паралельному виконанні та забезпеченні стійкості до збоїв. Розглянемо ці аспекти на прикладах:
Фонова обробка
Уявімо, що ви проводите маркетингову кампанію в інтернет-магазині, де час має вирішальне значення. Ваша програма надсилає підтвердження електронною поштою одразу після того, як клієнт здійснив оплату та побачив сторінку подяки. Якщо поштовий сервер недоступний, веб-сторінка може не завантажитися, що негативно вплине на досвід користувача.
Уявіть собі, скільки звернень до служби підтримки ви отримаєте! Тому, краще відправити завдання надсилання електронного листа в чергу та показати клієнту сторінку успішної оплати.
Паралельне виконання
Багато розробників, особливо тих, хто працює над невеликими проектами з низьким трафіком, часто використовують cron-завдання для фонової обробки. Це працює добре, поки обсяг даних не стає занадто великим. Наприклад, якщо ваше cron-завдання створює аналітичні звіти та розсилає їх користувачам електронною поштою, і система може обробляти 100 звітів за хвилину.
Зі зростанням популярності вашого проекту, кількість запитів може перевищити 100 за хвилину, і система не буде встигати обробляти усі завдання.
Системи черг дозволяють вирішити цю проблему, використовуючи кілька виконавців, кожен з яких може вибирати завдання (наприклад, набір із 100 звітів) і виконувати їх паралельно, значно прискорюючи процес обробки.
Відновлення після збоїв
Розробники часто покладаються на стабільну роботу серверів та API, але збої трапляються. Проблеми з мережею, недоступність API – це реальність. Знову ж таки, припустимо, що під час створення звіту ви звертаєтеся до платіжного API, і з’єднання з ним розривається на кілька хвилин. Що станеться із завданнями на створення звітів, які не вдалося виконати?
Варто зазначити, що впровадження систем черг вимагає додаткових зусиль. Навчання може бути непростим, складність програми та процесу її розгортання зростає, а виконання завдань у черзі не завжди можна контролювати на 100%. Однак, у багатьох випадках, створити повноцінний застосунок без використання черг просто неможливо.
Тепер, коли ми розібралися з необхідністю черг, розглянемо популярні системи, які використовуються розробниками.
Redis
Redis відомий як сховище даних типу “ключ-значення”, яке може зберігати, оновлювати та отримувати рядки даних без аналізу їх структури. Хоча раніше це було справедливо, зараз Redis пропонує ефективні структури даних, як списки, відсортовані набори, та навіть систему Pub-Sub, що робить його вдалим варіантом для впровадження черг.
Перевагами Redis є:
- Повністю in-memory база даних, що забезпечує швидке читання та запис.
- Висока продуктивність: може легко обробляти понад 100 000 операцій читання/запису в секунду.
- Гнучкі налаштування збереження даних. Можна вибрати максимальну продуктивність, пожертвувавши можливістю втрати даних у разі збоїв, або консервативний режим, щоб зберегти консистентність даних.
- Підтримка кластеризації “з коробки”.
Варто зазначити, що Redis не має вбудованої підтримки абстракцій обміну повідомленнями, черг та відновлення після збоїв. Тому, вам потрібно буде використовувати сторонню бібліотеку або створити власну систему. Прикладом є використання Redis як бекенду черги за замовчуванням у Laravel PHP, де планувальник завдань реалізовано авторами фреймворку.
Вивчити Redis досить просто.
RabbitMQ
Існують певні відмінності між Redis і RabbitMQ, які варто прояснити.
По-перше, RabbitMQ має більш спеціалізовану роль – це система обміну повідомленнями. Іншими словами, його основна функція – виступати посередником між двома системами, на відміну від Redis, який є базою даних. Як наслідок, RabbitMQ пропонує додаткові можливості, як маршрутизація повідомлень, повторні спроби, розподіл навантаження.
Якщо подумати, то чергу завдань також можна розглядати як систему обміну повідомленнями, де планувальник, виконавці та джерела завдань є суб’єктами, які обмінюються повідомленнями.
Переваги RabbitMQ:
- Краща абстракція для передачі повідомлень, зменшує навантаження на рівні програми.
- Більш стійкий до збоїв і відключень живлення (порівняно з Redis, принаймні, за замовчуванням).
- Підтримка кластерів та об’єднань для розподілених розгортань.
- Корисні інструменти для управління та моніторингу розгортань.
- Підтримка майже всіх популярних мов програмування.
- Можливість розгортання за допомогою обраного інструменту (Docker, Chef, Puppet тощо).
Коли варто використовувати RabbitMQ? Це чудовий вибір, якщо ви точно знаєте, що вам потрібен асинхронний обмін повідомленнями, але ви не готові до складнощів інших систем черг.
ActiveMQ
Якщо ви працюєте у корпоративному середовищі (або створюєте великий масштабований проект) та не бажаєте постійно винаходити колесо (і допускати помилки), зверніть увагу на ActiveMQ.
Переваги ActiveMQ:
- Розроблений на Java, має гарну інтеграцію з Java (відповідає стандарту JMS).
- Підтримка декількох протоколів: AMQP, MQTT, STOMP, OpenWire тощо.
- Керування безпекою, маршрутизацією, терміном дії повідомлень, аналітикою тощо.
- Вбудована підтримка популярних шаблонів розподілених повідомлень, що заощаджує ваш час та мінімізує помилки.
ActiveMQ підтримується не лише Java. Він має клієнти для Python, C/C++, Node, .Net та інших екосистем, тому не варто хвилюватися про обмеження. ActiveMQ базується на відкритих стандартах, тому створити власні спрощені клієнти не буде складно.
Варто зазначити, що ActiveMQ є лише посередником та не має власного бекенду. Для зберігання повідомлень вам потрібно використовувати один з підтримуваних серверних модулів. ActiveMQ включений до цього списку, оскільки він не залежить від певної мови програмування (як, наприклад, Celery чи Sidekiq).
Amazon MQ
Amazon MQ заслуговує на окрему згадку. Якщо ви вважаєте ActiveMQ ідеальним рішенням, але не хочете витрачати час на створення та обслуговування інфраструктури, Amazon MQ пропонує керовану послугу. Вона підтримує усі протоколи ActiveMQ, оскільки побудована на його основі.
Перевага полягає у тому, що це керована послуга. Вам не потрібно хвилюватися про інфраструктуру, а лише про її використання. Це особливо корисно для розгортань на AWS, оскільки ви можете використовувати інші сервіси та пропозиції безпосередньо з вашої інфраструктури.
Amazon SQS
Звичайно, Amazon не міг залишитися осторонь, коли мова йде про критичні компоненти інфраструктури. 🙂
Тому у нас є Amazon SQS – повністю розміщена проста служба черг. Важливо відзначити, що SQS не має концепції обміну повідомленнями. Подібно до Redis, це простий бекенд для прийому та розподілу завдань у черзі.
Коли варто використовувати Amazon SQS? Ось кілька причин:
- Ви віддаєте перевагу AWS та не бажаєте використовувати інші рішення.
- Вам потрібне розміщене рішення з гарантованим нульовим рівнем відмов та відсутністю втрачених завдань.
- Ви не хочете створювати кластер та самостійно його контролювати. Або ще гірше, створювати інструменти моніторингу.
- Ви вже інвестували значні кошти у платформу AWS, і використання її сервісів є вигідним рішенням для вашого бізнесу.
- Вам потрібна проста система черг без додаткових складнощів.
Загалом, Amazon SQS є надійним вибором для тих, хто хоче використовувати черги у своїй системі, але не хоче турбуватися про встановлення та адміністрування.
Beanstalkd
Beanstalkd – це перевірений часом швидкий та простий сервер черг. Він відрізняється від Redis за кількома ключовими характеристиками:
- Це виключно система черг завдань. Ви відправляєте завдання до черги, а виконавці їх забирають. Якщо вам потрібен обмін повідомленнями, вам краще обрати інше рішення.
- Немає розширених структур даних, таких як множини чи черги з пріоритетом.
- Beanstalkd використовує принцип черги FIFO (перший прийшов – перший обслужений). Немає можливості встановити пріоритетність завдань.
- Відсутня підтримка кластеризації.
Beanstalkd є зручною та швидкою системою черг для простих проектів, які працюють на одному сервері. Для багатьох він швидший та стабільніший за Redis. Тому, якщо у вас виникли проблеми з Redis, і вам не вдається їх вирішити, а ваші потреби досить прості, спробуйте Beanstalkd.
Висновок
Якщо ви дочитали до цього місця, ймовірно, ви зацікавлені у системах черг або вже їх потребуєте. Сподіваємося, цей огляд буде вам корисним, якщо ви шукаєте рішення, яке не прив’язане до певної мови програмування.
Варто зазначити, що робота з чергами не завжди є простою та надійною на 100%. У фоновому режимі можуть виникати помилки, які не відразу помітні і можуть дорого коштувати. Тим не менш, черги є важливим інструментом і потужною зброєю у вашому арсеналі. Бажаємо успіхів! 🙂