Service Fabric —— Stateful Service 概念

作者：潘罡 （Van Pan） @ Microsoft

上节中我们谈到了Service Fabric最底层的两个概念，一个是针对硬件层面而言的Node Type和Node。另一个是Application。

Node Type是Node的集合，Node是对部署机器的概念抽象。对Service Fabric而言，Node可以是物理机，虚拟机，甚至现在最主流的Container。

在Node Type上运行的是Application。它是针对系统软件层面的抽象理解。一个Application中包含了多个Micro Service。甚至Service Fabric的所有基础服务，例如FailoverManager Service，Naming Service，也都是Micro Service。

Service Fabric所有分布式特性都对应于Micro Service展开。我们可以动态调整一个Micro Service需要在多少个Node上运行多少个实例来分摊负载压力，或者进行容灾备份。每一个实例都会监听不同的端口，由负载均衡层将请求分布至不同实例上。

实际场景

Stateful Service是其中的一种Micro Service。

在开始介绍Stateful Service之前，让我们来考虑下面这种很常见的业务场景。

你正在考虑实现网站里面的购物车功能。用户登录后会放置一些商品在自己的购物车中。

用户下次登录，前台页面会调用购物车服务，并需要从这个服务重新读取已经保存的购物车数据并用以显示。

如果是你会怎么实现？

如果在用户量不是特别大的一般情况下，我们会在数据库中添加一张购物车表，和用户表进行关联。该购物车表中会有一个用户ID字段，并且记录大量的用户购物车数据。

那么这样就会带来一些后续问题。

• 如果用户量持续增加，数据库表的性能会持续下降。
• 数据库表数据需要定期备份，以防数据丢失
• 如果数据库性能出现问题，需要将表进行拆表处理，甚至需要将表进行分区
• 购物车系统自身也需要针对数据库的任何调整进行处理，甚至它自身可能也需要做负载均衡

这种问题的根源在于，首先系统本身的设计不是面向可扩展的。另外数据库是一个性能潜在的瓶颈和威胁。

Stateful Service

让我们考虑这样一种全新的架构。

从一开始，购物车系统就由36个子服务来处理所有的请求（36个是因为用户ID的首字母是 0-9 a-z，一共36种）。

用户的请求，会根据用户ID首字母hash至某个特定的子服务来处理。

子服务把购物车数据通过轻量级数据库方式保存在自己内部，并且持久化到自己所在的存储设备上。

每个子服务还有3个备份，这些备份在不停同步保存的数据，同时这些备份永远运行在不同的Node上。

同时只有一个备份作为激活状态来负责处理请求，当激活备份出现问题，另外两个备份根据调度算法激活一个。

容灾子系统再创建一个新的备份，永远保证该子服务有3个健康的备份。

Stateful Service就是这样的一种解决方案。

回到上面的场景，购物车系统就是一个Stateful Service。

36个子系统就是这个Stateful Service的36个实例，我们叫Partition。

每个子系统下的备份就是Replica，一个partition有3个Replica。

当前激活的备份就是Active Replica，两个未激活的待命备份就是Secondary Replica。

同一个Partiion的每个Replica都一定运行在不同的Node上面。

Stateful Service代码通过IReliableCollection<T>，IReliableDictionary<T1, T2>等接口来进行数据保存和内部同步。

此外，Stateful Service还可以实现以下特性。

• 以上所有的数字都可以重新设置，你可以让购物车系统有几百个partition来负载更大的压力。你甚至可以让每个partition有5个甚至更多Replica来保证更多的健壮性。
• 外部系统不关心Stateful Service有多少个partition，它们通过partition key来进行调用。Partition Key和具体的对应Partition之间由Service Fabric的底层Micro Service进行解析。例如在你的业务中，你可能有几百万用户，但是只设置5个partition。当调用购物车Stateful Service时，外部系统只需要告知：用户ID（partition key），保存的数据。这个请求会自动根据用户ID及hash算法固定映射到5个partition中的一个。
• Stateful Service的数据操作支持事务（Transaction）。因此你可以在失败时回滚（Rollback）

希望以上的介绍可以帮助大家更好的理解Stateful Service。

我们会在后面的章节中介绍Stateful Service的代码示例。