Асинхронное взаимодействие

Асинхронное взаимодействие — это способ организации взаимодействия между компонентами программной системы, при котором отправитель не блокируется и может продолжать выполнение других задач, в то время как операция выполняется или ожидает ответа от получателя. В асинхронной модели отправитель и получатель не ожидают непосредственного завершения операции, а вместо этого используют механизмы обратного вызова или уведомлений для обработки результатов операции, когда они станут доступны.

Асинхронное взаимодействие

Варианты обмена информацией

При синхронном взаимодействии:

• Request-Response (Запрос-Ответ)

• One-Way (Односторонний) или Fire and Forget (Отправил и забыл)

При асинхронном взаимодействии:

• Publish-Subscribe (Публикация-Подписка) или сокращённо Pub-Sub

• Point-to-Point (Точка-Точка)

В паттернах Pub-Sub и Point-to-Point происходит асинхронное общение через посредника. При реализации таких паттернов у программ появляются возможности:

• осуществлять асинхронный обмен данными (отправитель не блокируется)

• отделять отправителя от получателя (отправитель ничего не знает о получателе)

• выполнять отложенную обработку сообщений. Получателю не нужно быть постоянно активным, можно читать сообщения в удобное время

• делегировать ответственность за маршрутизацию и доставку сообщений третьей стороне

• легко интегрироваться с системами, использующими различные платформы, языки и протоколы связи

Брокеры сообщений

Message broker (брокер сообщений) — это промежуточное программное обеспечение, которое обеспечивает асинхронную коммуникацию между различными компонентами системы, позволяя им обмениваться сообщениями. Он служит посредником между отправителем (producer) и получателем (consumer) сообщений, обеспечивая надежную доставку сообщений даже в условиях различных технологических и временных ограничений.

Основные компоненты и функции, которые предоставляет message broker:

1. Очередь сообщений и топик: Брокер сообщений обеспечивает создание и управление очередью сообщений, где отправители помещают сообщения для последующей обработки или доставки получателям. Очередь гарантирует, что сообщения обрабатываются в порядке их поступления.

2. Гарантия доставки: Брокер сообщений обеспечивает надежную доставку сообщений получателям. Он может использовать различные механизмы, такие как подтверждения, переотправка и повторная обработка сообщений, чтобы убедиться, что сообщение будет доставлено, даже если получатель временно недоступен или система перегружена.

3. Маршрутизация сообщений: Брокер сообщений может выполнять функцию маршрутизации, определяя, какие сообщения должны быть доставлены конкретным получателям или группам получателей. Это позволяет гибко настраивать и управлять потоком сообщений.

4. Преобразование сообщений: Брокер сообщений может выполнять преобразование сообщений между различными форматами данных или протоколами, позволяя отправителям и получателям использовать разные форматы или интерфейсы.

5. Управление подписками: Брокер сообщений позволяет компонентам системы подписываться на определенные типы сообщений или каналы коммуникации. Это позволяет гибко настраивать поток сообщений и контролировать, какие компоненты получают какие сообщения.

Очередь сообщений и топик

Брокер, реализующий шаблон Point-to-Point, ассоциируется с термином Queue (Очередь). Сообщения отправителя попадают в очередь, получатель извлекает сообщения из очереди. После извлечения сообщение становится больше никому не доступными. Данные в очереди хранятся, пока они не будут прочитаны или не истечёт срок их действия.

В Pub-Sub ассоциируется с темой, топиком (Topic). Сообщения попадают в топик. Система распределяет каждое сообщение между всеми подписчиками топика (Broadcast, вещание). Сообщения могут храниться в топике, до тех пор, пока это необходимо для распространения данных между всеми подписчиками.

Гарантия доставки

Брокер берёт на себя ответственность за доставку сообщений получателям. При этом в цепочке передачи данных возможны сбои, приводящие к потере данных. В зависимости от того, как ведёт себя система при возникновении сбоев, определяются типы гарантий доставки:

• At most once (Не более одного раза)

  Самый простой вариант — отправка в стиле Fire and Forget (Отправил и забыл). Большая часть сообщений доходит до получателя, но часть теряется из-за сбоев.

• At least once (Хотя бы один раз)

  Чтобы все данные достигли цели, могут предприниматься повторные отправки. Хотя бы одна попытка будет успешной. В таком случае сообщения не теряются, но могут дублироваться.

• Exactly once (Строго один раз)

  Самый труднодостижимый вариант —максимальная гарантия доставки. Сообщения никогда не теряются и не дублируются, каждое доставляется ровно один раз.

Когда использовать брокеры?

• существуют задачи, выполнение которых требует много времени и ресурсов

• не нужен немедленный результат

• необходима координация работы большого количества сервисов (событийная модель общения)

• требуется повысить масштабируемость и отказоустойчивость системы. Даже если получатель недоступен, то продюсер всё равно сможет опубликовать сообщение (но в топик)

Источники:

• https://testengineer.ru/message-broker/
• https://habr.com/ru/companies/innotech/articles/698838/