Java 中的指挥者模式：轻松编排复杂命令

约 4 分钟

也称为

分布式事务指挥者
事务协调器

指挥者设计模式的意图

Java 中指挥者模式的意图，尤其是在分布式事务的背景下，是管理和协调跨多个分布式组件或服务的复杂事务。这种模式确保分布式系统中的数据一致性和完整性，使其成为微服务架构的关键。它封装了事务命令和协调逻辑，方便实现两阶段提交或 Saga 等分布式事务协议。

指挥者模式的详细解释及其现实世界示例

现实世界示例

想象一下组织一个大型国际音乐节，来自世界各地的不同乐队都安排了演出。每个乐队的到达、声音检查和演出都类似于分布式系统中的单个事务。这种场景反映了 Java 中的指挥者模式，其中“指挥者”协调分布式事务以保持整体一致性和可靠性。音乐节组织者充当“指挥者”，协调这些事务以确保如果一个乐队的航班延误（类似于事务失败），则有备用计划，例如重新安排时间或与另一个乐队交换时间段（补偿操作），以保持整体时间表完整。这种设置反映了分布式事务中的指挥者模式，其中必须协调各个组件以在出现单个故障的情况下实现成功的结果。

通俗易懂的解释

指挥者模式将请求转换为一个独立的对象，允许对命令进行参数化、对操作进行排队以及实现撤销操作。

Java 中指挥者模式的编程示例

管理分布式系统中不同服务之间的交易，例如具有独立的 `Payment` 和 `Shipping` 微服务的电子商务平台，需要仔细协调。在 Java 中使用指挥者模式进行事务协调有助于确保数据一致性和可靠性，即使服务遇到部分故障。

一种解决方法是使用一个 `Commander` 组件来协调整个过程。首先，订单由可用服务（在本例中为 `Shipping`）处理。然后，`Commander` 尝试通过将订单详细信息存储在数据库中或将其排队以供将来处理来同步订单和当前不可用的服务（`Payment`）。此排队系统还必须考虑将请求添加到队列中可能出现的故障。

`Commander` 不断尝试处理排队的订单，以确保最终所有服务都能反映相同的交易数据。此过程涉及确保幂等性，这意味着即使同一个订单同步请求多次，它也只会执行一次，防止重复交易。目标是在服务之间实现最终一致性，即所有系统随着时间的推移最终同步，尽管存在初始故障或延迟。

以下是如何在 `AppAllCases` 类中使用 `Commander` 类的简化示例

public class AppAllCases {
  // ... other methods ...

  // Shipping Database Fail Cases
  void itemUnavailableCase() {
    var ps = new PaymentService(new PaymentDatabase());
    var ss = new ShippingService(new ShippingDatabase(), new ItemUnavailableException());
    var ms = new MessagingService(new MessagingDatabase());
    var eh = new EmployeeHandle(new EmployeeDatabase());
    var qdb = new QueueDatabase();
    // Create a Commander instance
    var c = new Commander(eh, ps, ss, ms, qdb, retryParams, timeLimits);
    var user = new User("Jim", "ABCD");
    var order = new Order(user, "book", 10f);
    // Use the Commander instance to place an order
    c.placeOrder(order);
  }

  // ... other methods ...
}

在 `itemUnavailableCase` 方法中，使用各自的服务及其数据库创建了一个 `Commander` 实例。然后，创建一个 `User` 和一个 `Order`，并使用订单调用 `Commander` 实例的 `placeOrder` 方法。这将触发订单放置过程并根据指挥者模式处理任何故障。

`Commander` 类封装了处理订单放置和任何潜在故障的逻辑。这种关注点分离使代码更易于理解和维护，并且允许在应用程序的不同部分重用 `Commander` 类。在实际应用中， `Commander` 类将更加复杂，并且将包含用于处理不同类型故障、重试失败操作和协调跨多个服务的交易的附加逻辑。

以下是执行 `itemUnavailableCase` 生成的输出

09:10:13.894 [main] DEBUG com.iluwatar.commander.Commander -- Order YN3V8B7IL2PI: Error in creating shipping request..
09:10:13.896 [main] INFO com.iluwatar.commander.Commander -- This item is currently unavailable. We will inform you as soon as the item becomes available again.
09:10:13.896 [main] INFO com.iluwatar.commander.Commander -- Order YN3V8B7IL2PI: Item book unavailable, trying to add problem to employee handle..
09:10:13.897 [Thread-0] INFO com.iluwatar.commander.Commander -- Order YN3V8B7IL2PI: Added order to employee database

何时在 Java 中使用指挥者模式

在以下情况下，在 Java 中使用指挥者模式进行分布式交易

您需要在发生部分系统故障时确保分布式服务之间的数据一致性。
交易跨越多个微服务或分布式组件，需要协调提交或回滚。
您正在实现需要补偿操作来进行回滚的长生命周期交易。

Java 中指挥者模式的现实世界应用

两阶段提交 (2PC) 协议：协调跨分布式数据库或服务的提交或回滚。
Saga 模式实现：管理跨越多个微服务的长生命周期业务流程，每个步骤都有一个补偿操作用于回滚。
微服务架构中的分布式事务：协调跨微服务的复杂操作，同时保持数据完整性和一致性。

指挥者模式的优缺点

优点

提供了一种明确的机制来管理复杂的分布式事务，从而提高系统可靠性。
支持补偿事务的实现，这对于维护长生命周期事务的一致性至关重要。
促进异构系统在事务上下文中的集成。

权衡

增加了复杂性，尤其是在故障情况下，因为需要协调回滚机制。
由于协调和一致性检查的开销，可能会影响性能。
基于 Saga 的实现会导致理解整体业务流程的复杂性增加。

Saga 模式：通常与分布式事务的指挥者模式一起讨论，重点关注具有补偿操作的长生命周期事务。