Transaktionen und Resilienzstrategie in Microservices-Architekturen

Abstract

Die Umsetzung von Transaktionen in Microservices-Architekturen ist herausfordernd. Das traditionelle Konzept der ACID-Eigenschaften wird in diesem Kontext in Frage gestellt, da Services unabhängig voneinander agieren, ihre eigenen Daten verwalten und hauptsächlich über Netzwerke kommunizieren. Die Arbeit behandelt das Problem, dass Transaktionen in Microservices-Architekturen aus verschiedenen Perspektiven betrachtet werden können. Jeder Microservice verwaltet seine eigenen lokalen Transaktionen. Manchmal müssen auch serviceübergreifende Transaktionen durchgeführt werden. Bei der Umsetzung solcher Transaktionen werden die traditionellen ACID-Eigenschaften herausgefordert. Man soll dabei auch mögliche Probleme mit Netzwerkstörungen und Systemausfällen in Betracht ziehen, um die Systemstabilität sicherzustellen. In dieser Arbeit haben wir auch untersucht, wie wir stabile, skalierbare und resiliente Systeme entwickeln können, die serviceübergreifende Transaktionen durchführen können. Um all diese Herausforderungen anzugehen, wird zuerst nach vorhandenen Strategien und Mustern recherchiert. Danach wird ein Prototyp konzipiert und umgesetzt, um zu zeigen, wie durch den Einsatz passender Muster Koordination und Fehlertoleranz in einer tatsächlichen Microservice-Architektur umgesetzt werden können. Im Anschluss wird der Prototyp auch evaluiert. Die Ergebnisse zeigen, dass gewisse Muster eine Umsetzung von stabilen Abläufen über verschiedene Services hinweg ermöglichen. Es wäre dabei ratsam, nicht nur blind strenge Konsistenz anzustreben, sondern bei Bedarf bereit zu sein, Konsistenzgarantien abzuschwächen. Im Endeffekt verlassen wir uns darauf, dass unser System irgendwann später konsistent sein wird. Zum Schluss werden die praktischen Ergebnisse besprochen und Möglichkeiten für zukünftige Experimente genannt.

Implementing transactions in microservice architectures could be viewed as a non-trivial task. The traditional ACID concept is called into question because services act independently, manage their data, and communicate mainly over networks. This thesis addresses the problem that transactions in microservice architectures can be viewed from several angles. Each individual microservice is capable of managing its own local transactions; however, cross-service transactions are occasionally required. Implementing such transactions challenges the classical ACID guarantees. To maintain system stability, we must consider potential issues caused by network disruptions and system failures. We therefore investigate how to build stable, scalable, and resilient systems that can execute cross-service transactions. To tackle these challenges, we first survey existing strategies and patterns. Next, we design and implement a prototype that demonstrates how appropriate patterns can deliver coordination and fault tolerance in a real microservice architecture. The prototype is then evaluated. The results indicate that certain patterns enable reliable workflows across services. Rather than blindly pursuing strict consistency, it is advisable to weaken consistency guarantees when necessary and rely on the system to become eventually consistent. Finally, we discuss the practical outcomes and propose ideas for future experiments.