微服务架构中的Saga模式详解

1. 引言

在典型的微服务架构中，单个业务用例往往跨越多个微服务，每个服务都有自己的本地数据存储和本地事务。当涉及多个事务且微服务数量庞大时，就需要处理跨服务的事务管理问题。Saga模式正是为解决这类分布式事务问题而生的。该模式最早由Hector Garcia Molina和Kenneth Salems在1987年提出，定义为一系列可相互交织的事务序列。

本文将深入探讨分布式事务管理的挑战、基于编排的Saga模式如何解决这些问题，并使用Spring Boot 3和Orkes Conductor（开源编排平台Conductor OSS的企业版）实现一个Saga模式示例。

2. 分布式事务管理的挑战

如果实现不当，分布式事务会带来诸多挑战。在分布式事务中，每个微服务都有独立的本地数据库，这种模式通常称为"每个服务一个数据库"（Database per Service）。

例如：

某个微服务可能因MySQL的性能特性选择它
另一个微服务可能因PostgreSQL的优势选择它

在这种模型中，每个服务执行自己的本地事务来完成整个应用事务。这个整体事务被称为分布式事务。

分布式事务有多种处理方式，传统方法包括两阶段提交（2PC）和ACID事务（原子性、一致性、隔离性、持久性），但它们都存在多语言持久化、最终一致性、延迟等挑战。

3. 理解Saga模式

Saga模式是一种架构模式，用于实现一系列本地事务，帮助维护不同微服务间的数据一致性。

每个本地事务更新自己的数据库后，通过发布消息或事件触发下一个事务。如果某个本地事务失败，saga会执行一系列补偿事务来回滚之前事务所做的更改。这确保了即使事务失败，系统仍能保持一致性。

以订单管理系统为例，流程包含从下单到配送的多个步骤：

流程包括：

用户下单
库存检查
支付处理
配送服务
通知服务

如果支付失败，系统必须执行补偿事务回滚之前步骤（如撤销支付、取消订单）。Saga模式能在任何阶段处理失败并补偿已完成的事务。

Saga模式有两种实现方式：

编排模式（Choreography）：

各微服务消费事件、执行活动并将事件传递给下一个服务
没有中央协调器，服务间通信更复杂

协同模式（Orchestration）：

所有微服务连接到中央协调器
协调器按预定义顺序协调服务，完成应用流程
便于可见性、监控和错误处理

4. 为什么选择基于协同的Saga模式？

编排模式的去中心化特性使服务交互的管理和监控更具挑战性。缺乏中央协调和可见性会增加复杂性，使应用更难维护。

4.1. 编排模式的局限性

构建分布式应用时，编排模式存在明显缺陷：

✅ 紧耦合：服务直接连接，任何服务变更可能影响所有连接服务
✅ 分布式事实源：跨微服务维护应用状态使流程跟踪复杂化，可能需要额外系统整合状态信息
✅ 故障排查困难：流程分散在不同服务中，定位和修复问题耗时更长
✅ 测试环境复杂：微服务相互连接使开发者测试困难
✅ 维护成本高：服务演进时引入新版本需添加条件逻辑，导致"分布式单体"问题

4.2. 协同模式的优势

协同模式在构建分布式应用时具有显著优势：

✅ 分布式系统内协调事务：中央协调器按预定义方式管理微服务执行，确保应用一致性
✅ 补偿事务：Saga模式在失败时能执行补偿事务，回滚已完成事务
✅ 异步处理：微服务可独立处理活动，协调器管理异步操作的通信和排序
✅ 可扩展性：通过添加或修改服务即可调整应用，不影响整体架构
✅ 增强可见性和监控：提供跨分布式应用的集中可见性，快速识别和解决问题
✅ 加速上市时间：简化服务重连和新流程创建，支持快速适应变化

总结：基于协同的Saga模式为微服务架构提供了协调、一致且可扩展的分布式事务实现方式，通过补偿事务处理故障，是构建健壮分布式应用的强大模式。

5. 使用Orkes Conductor实现Saga协同模式

下面通过一个实际示例展示如何使用Orkes Conductor实现Saga模式。考虑一个包含以下服务的订单管理系统：

OrderService：处理初始订单创建（添加购物车商品、指定数量、初始化结账）
InventoryService：检查并确认商品可用性
PaymentService：安全处理支付流程（支持多种支付方式）
ShipmentService：准备商品配送（打包、生成运单、启动配送）
NotificationService：向用户发送订单更新通知

我们将使用Orkes Conductor和Spring Boot 3复制这个流程。

5.1. 外卖配送应用

使用Saga模式构建的外卖应用在Conductor UI中如下所示：
在Playground中查看

工作流进展：

用户下单触发一系列工作器任务：
- 添加商品到购物车（order_food）
- 检查餐厅商品可用性（check_inventory）
- 支付处理（make_payment）
- 配送处理（ship_food）
进入fork-join任务处理通知服务：
- 通知配送员
- 通知用户

5.2. 运行应用

前置条件：

安装Java 17

Orkes Conductor设置选项：

本示例使用Playground。核心代码片段如下：

@AllArgsConstructor
@Component
@ComponentScan(basePackages = {"io.orkes"})
public class ConductorWorkers {
    
    @WorkerTask(value = "order_food", threadCount = 3, pollingInterval = 300)
    public TaskResult orderFoodTask(OrderRequest orderRequest) {
        String orderId = OrderService.createOrder(orderRequest);
        TaskResult result = new TaskResult();
        Map<String, Object> output = new HashMap<>();

        if(orderId != null) {
            output.put("orderId", orderId);
            result.setOutputData(output);
            result.setStatus(TaskResult.Status.COMPLETED);
        } else {
            output.put("orderId", null);
            result.setStatus(TaskResult.Status.FAILED);
        }

        return result;
    }
}

运行步骤：

克隆项目
更新application.properties文件（使用生成的访问密钥）：
```
conductor.server.url=https://play.orkes.io/api
conductor.security.client.key-id=<key>
conductor.security.client.secret=<secret>
```
- 使用Playground时conductor.server.url保持不变
- 替换key-id和secret为实际密钥
- 为工作器添加访问工作流和任务的权限
- 默认conductor.worker.all.domain为'saga'，建议修改为其他名称避免冲突
运行应用：
```
gradle bootRun
```

调用API创建订单：

curl --location 'http://localhost:8081/triggerFoodDeliveryFlow' \
 --header 'Content-Type: application/json' \
 --data '{
     "customerEmail": "[email protected]",
     "customerName": "Tester QA",
     "customerContact": "+1(605)123-5674",
     "address": "350 East 62nd Street, NY 10065",
     "restaurantId": 2,
     "foodItems": [
         {
             "item": "Chicken with Broccoli",
             "quantity": 1
         },
         {
             "item": "Veggie Fried Rice",
             "quantity": 1
         },
         {
             "item": "Egg Drop Soup",
             "quantity": 2
         }
     ],
     "additionalNotes": [
         "Do not put spice.",
         "Send cutlery."
     ],
     "paymentMethod" : {
         "type": "Credit Card",
         "details": {
             "number": "1234 4567 3325 1345",
             "cvv": "123",
             "expiry": "05/2022"
         }
     },
     "paymentAmount": 45.34,
     "deliveryInstructions": "Leave at the door!"
  }'

成功后返回工作流ID，使用该ID可在Conductor UI中可视化应用流程（导航至"Executions > Workflow"搜索ID）。

示例执行结果：

5.3. 补偿流程

外卖应用的补偿事务可视化：

在Orkes Conductor中定义工作流时，可通过failureWorkflow指定主应用失败时触发的补偿工作流：

"failureWorkflow": "<失败时运行的工作流名称>",

补偿工作流在失败时回滚更改：
在Playground中查看

当主应用中任何服务失败时触发此工作流。例如支付失败（余额不足）时：

系统会：

取消支付
取消订单
向用户发送失败通知

这就是使用Orkes Conductor回滚已完成事务的方式，确保应用一致性。遇到Conductor相关问题可加入Slack社区咨询。

6. 结论

本文成功使用Orkes Conductor和Java Spring Boot 3开发了一个订单管理应用，实现了Saga模式。Orkes Conductor支持所有主流云平台：AWS、Azure和GCP。

本文源代码可在GitHub获取。

Persistence

REST

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