Подходы к обеспечению согласованности данных в высоконагруженных DDD-системах

Введение

Методология Domain-Driven Design (DDD) активно применяется при разработке и эволюции сложных информационных систем с высокой нагрузкой. Одной из ключевых проблем в подобных архитектурах является обеспечение согласованности данных и управление конкурентным доступом.

Системы, основанные на DDD, как правило, строятся по многоуровневой архитектуре, включающей:

• Client Code – фреймворк, контроллеры внешнего API, представления;
• Application Layer – внутренний API для работы с доменом;
• Domain – вся бизнес-логика приложения, изолированная от остальных слоев;
• Infrastructure – вспомогательный код для обеспечения работы слоев выше: постоянное хранение данных, очереди, интеграционные события.

Такое разделение позволяет концентрировать бизнес-правила в доменной области и выносить технические детали за её пределы.

Управление конкурентным доступом

В высоконагруженных предметно-ориентированных системах необходимо учитывать риск параллельных изменений одних и тех же сущностей. Конфликты могут возникать в разных сценариях:

• одновременное изменение одного объекта несколькими пользователями или процессами;
• модификация объекта в момент, когда другие операции полагаются на его состояние;
• конкурентная обработка событий, влияющих на одно и то же агрегированное состояние.

Для минимизации подобных рисков применяется механизм блокировок (locks). Блокировка накладывается на сущность или группу связанных сущностей в момент выполнения критически важной операции. Таким образом предотвращается одновременное выполнение действий, способных нарушить согласованность данных.

Первым шагом является определение интерфейса для работы с блокировками на уровне домена:

Рис. 1

Реализация этого интерфейса располагается на уровне инфраструктуры. В одном из вариантов может использоваться механизм блокировок СУБД.

Рис. 2

Для целей модульного тестирования может использоваться Null-реализация:

Рис. 3

Далее создаётся сервис на уровне домена, определяющий правила блокировки сущностей:

Рис. 4

Здесь блокировка накладывается на сущность или её контейнер. Таймаут ожидания блокировки ограничен пятью секундами.

Следующим шагом является интеграция сервиса блокировок в прикладные команды. Для этого может использоваться декоратор команд:

Рис. 5

При необходимости декоратор можно использовать в других командах, добавив статический конструктор:

Рис. 6

Таким образом, каждая команда проверяет возможность получения блокировки. При неудаче выбрасывается исключение, при успехе выполняется операция, а затем блокировка освобождается.

Версионирование сущностей

Несмотря на эффективность блокировок, они не исключают полностью риск работы с устаревшими данными. Возможна ситуация, когда два процесса поочерёдно берут блокировку, но используют разные версии сущности. В результате изменения одного из них могут быть перезаписаны другим.

Для решения этой проблемы применяется контроль версий. Каждая сущность получает версионный атрибут:

Рис. 7

Версия назначается при маппинге из базы данных в доменную сущность. Пользовательский код прикладного уровня её изменить не может.

В репозитории выполняется проверка версии при сохранении:

Рис. 8

Если версия в базе данных не совпадает с версией, в сущности, выбрасывается исключение. При успешной записи версия увеличивается.

Выводы

В высоконагруженных предметно-ориентированных системах обеспечение согласованности данных требует сочетания нескольких подходов:

• использование механизма блокировок для предотвращения одновременного изменения одних и тех же сущностей;
• внедрение версионирования для защиты от перезаписи данных устаревшими состояниями;
• вынос технических аспектов синхронизации на инфраструктурный уровень с сохранением чистоты предметной модели.

Эти решения повышают надёжность систем и минимизируют риски коллизий при конкурентной работе множества пользователей или процессов. Их внедрение оправдано в условиях высокой нагрузки, где параллельный доступ представляет значительную угрозу для согласованности данных.

Таким образом, интеграция механизмов блокировок и версионирования в архитектуру, построенную на принципах DDD, является эффективным подходом к поддержанию согласованности данных в масштабируемых и сложных информационных системах.