Python Microservice with Ease Using "Gaw" Library

การออกแบบระบบหรือโครงสร้างโปรแกรมให้เป็น “ก้อนเดียว” (เรียกว่า Monolithic system) นั้นมีข้อด้อยหลายประการ ยกตัวอย่างก็เช่น หากเราต้องการพัฒนาระบบขนาดใหญ่ ซึ่งที่จริงแล้วต้องทำงานหลาย ๆ อย่าง …​ ซึ่งจะต้องทำให้เราพัฒนาระบบนี้ให้ตอบโจทย์หลาย ๆ ข้อ หากเราตัดสินใจพัฒนารวดเดียวให้เสร็จทั้งหมดแล้วค่อยเปิดให้ใช้บริการ ปัญหาที่จะตามมาก็คือ “ช้า” ไม่ทันการ … หากเรารีบพัฒนาให้ออกมา ปัญหาที่จะตามมาก็คือ “บักเยอะ” เพราะว่าเป็นเรื่องปกติที่ซอฟต์แวร์หรือระบบขนาดใหญ่จะพัฒนาได้ยากกว่าระบบขนาดเล็กอยู่แล้ว

ซ้ำการออกแบบระบบซอฟต์แวร์แบบนั้นยังขัดต่อปรัญชาของระบบ Unix เสียด้วยที่ว่า

ทำเพียงอย่างเดียว และทำสิ่งนั้นให้ดี

หากคุณเชื่อในปรัชญานี้ คุณอาจจะสนใจการออกแบบระบบในแนวทางแบบ “ก้อนย่อย ๆ” มากกว่า ซึ่งก็เรียกแบบเป็นทางการว่า Microservices โดยหวังว่าจะแยกความสามารถที่ต้องอยู่ในระบบ ๆ เดียวออกมาเป็นส่วนย่อย ๆ และให้มันทำงานเป็นระบบแยกไปเลย ราวกับว่าเป็นคนละโปรแกรม แล้วก็ติดต่อกันผ่านช่องทางเดียวนั่นคือ “การรับ-ส่งข้อความ” (Messaging) ด้วยการส่งข้อมูลแบบนี้รับประกันว่าไม่ว่า “ก้อนย่อย ๆ” นั้นจะพัฒนาบนพื้นฐานของเทคโนโลยีใด ก็ยังสามารถคุยกันได้ผ่าน interface บางชนิดซึ่งไม่ขึ้นกับเทคโนโลยีที่ระบบนั้นถูกพัฒนาขึ้น

ในที่นี้สมมติว่าคุณสนใจแล้วนะว่าจะพัฒนาระบบเป็นแบบ “ก้อนย่อย ๆ” ผมจะเสนอวิธีตัวอย่างที่พัฒนาด้วยภาษา Python โดยอาศัยไลบรารีชื่อว่า “กาว” (Gaw) ใช้เป็นตัวช่วยให้เราพัฒนาสิ่งเหล่านี้ได้โดยใช้แรงน้อยลง

เริ่ม

สมมติว่าเราต้องการพัฒนาระบบ “บวกเลข” ซึ่งเมื่อใครก็ต้องที่ต้องการการบวกเลขจะต้องเรียกระบบนี้ขึ้นมา … แล้วสมมติว่าการบวกเลขนี่ใช้พลังงานเยอะมาก เราก็เลยไม่อยากจะบวกเลขบ่อย ๆ โดยไม่จำเป็นเราจะสร้างระบบ “จดจำ” ผลการบวกเลขที่เคยถูกเรียกไว้ก่อนหน้าด้วย ซึ่งหากเคยบวกเลขชุดดังกล่าวมาแล้วก็จะไม่บวกอีก จะเรียกใช้จากแคชมาตอบเลย

ดังนั้นตอนนี้เราจะมี 2 ระบบย่อย ๆ ดังนี้

1. ระบบบวกเลข เรียกว่า MathService แล้วกัน
2. ระบบแคช เรียกว่า CacheService แล้วกัน

ติดตั้งไลบรารี

สามารถติดตั้งไลบรารีด้วยการพิมพ์ pip install gaw ได้เลย

Math Service

เราสามารถเขียนไฟล์ math_service.py ได้ดังนี้

from gaw import entrypoint

class MathService(object):

	name = 'math_service'

	@entrypoint
	def plus(self, a, b):
		return a + b

ซึ่งก็สามารถบวกเลขได้ตามปกติ ตอนนี้เราจะยังไม่ใส่ระบบแคชเข้าไปตอนนี้ แต่เราจะลองใช้ก่อนว่าเราสามารถเรียกใช้ ฟังก์ชันการบวกเลขของระบบ MathService ได้

ทดลองรัน MathService ด้วยคำสั่งผ่าน command-line ดังนี้ ซึ่งจะรัน MathService ไว้บน localhost พอร์ต 5555 โดยหากใครต้องการจะตัดต่อกับ MathService ก็ต้องติดต่อผ่าน TCP socket มาทางที่อยู่ดังกล่าว

$ gaw math_service --port=5555

แล้วเราก็จะเขียนไฟล์ test_math_service.py มาลองยิง request ไปถามดูว่ามันทำงานได้หรือเปล่า ?

from gaw import GawClient
client = GawClient('127.0.0.1', 5555)
rpc = client.math_service
print(rpc.plus(1,2))

ซึ่งก็จะได้ผลลัพธ์ 3 ตามที่เราคาดหวัง ถึงจุดนี้เราก็อาจจะไปต่อเองได้แล้ว แต่เพื่อจะทำให้เรื่องนี้จบอย่างสมบูรณ์ เราก็จะพัฒนาในส่วนของระบบจดจำผลการบวกด้วย

Cache Service

เราจะเขียนไฟล์ cache_service.py ได้ดังนี้

from gaw import entrypoint

class CacheCore(object):

	def __init__(self):
		self.db = dict()

	def get(self, key):
		return self.db[key]

	def set(self, key, val):
		self.db[key] = val


class CacheService(object):

	name = 'cache_service'
	core = CacheCore()

	@entrypoint
	def get(self, key):
		print('reading from cache key:', key)
		return self.db[key]

	@entrypoint
	def set(self, key, val):
		self.core.set(key, val)

จะเห็นว่าเราสร้างคลาสพิเศษขึ้นมาเรียกว่า CacheCore และให้มันผูกกับ CacheService โดยให้มันเป็น attribute ที่ติดอยู่กับ CacheService ทุก ๆ instance ไม่ว่าจะมี CacheService ถูกสร้างขึ้นมากี่ instance ก็ตาม

หาไม่ทำเช่นนี้ ทุก ๆ ครั้งที่มีการเรียก request มายัง Cache Service; Gaw จะทำการสร้าง instance ใหม่ของ class CacheService ขึ้นมา แล้วก็จะทำให้ฐานข้อมูลที่เราเก็บไว้ไม่แชร์กันระหว่าง request ซึ่งไม่ใช่สิ่งที่เราต้องการ

และเราก็ต้องรัน Cache Service ด้วยคำสั่งนี้

$ gaw cache_service --port=5556

และเราจะทดลอบมันด้วยไฟล์ test_cache_service.py ดังนี้

from gaw import GawClient

client = GawClient('127.0.0.1', 5556)
rpc = client.cache_service

rpc.set('a', 10)
print(rpc.get('a'))

ซึ่งก็จะได้ผลลัพธ์ 10 ดังที่หวังไว้ …​ และหากเราลองเรียก rpc.get('b') หรืออันที่เรายังไม่ได้ rpc.set(..) เอาไว้ มันจะโยน Exception กลับมา ซึ่ง Exception ตัวนี้จะมี attribute name ซึ่งจะบอกว่ามันเคยเป็น Exception ชนิดไหนในต้นทาง เช่นในกรณีนี้ก็จะได้ name เป็น KeyError ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อ เรียกใช้คีย์ที่ไม่มีอยู่จริง

Math Service + Cache Service

เราจะเอาสองระบบนี้มารวมกันเพื่อให้มันเป็นระบบที่สมบูรณ์ได้ด้วยการแก้ไขโค้ดของ math_service.py อีกเล็กน้อย เป็นดังนี้

from gaw import entrypoint, GawClient, JsonSocketException

cache_service = GawClient('127.0.0.1', 5556).cache_service

class MathService(object):

	name = 'math_service'

	@entrypoint
	def plus_fresh(self, a, b):
		key = '{}|{}'.format(a, b)
		val = a + b
		cache_service.set(key, val)
		return val

	@entrypoint
	def plus(self, a, b):
		key = '{}|{}'.format(a, b)
		try:
			val = cache_service.get(key)
		except JsonSocketException as err:
			if err.name == 'KeyError':
				val = self.plus_fresh(a, b)
			else:
				raise err
		return val

เราทำให้ Math Service สามารถติดต่อกับ Cache Service ได้ และก็ยังเขียน method ใหม่ชือว่า plus_fresh ซึ่งสำหรับทำการบวกเลขแบบที่ไม่ถาม Cache Service เลย แล้วเราก็เปลี่ยนให้ method plus ถาม Cache Service ก่อนทุกครั้ง หากมีใน Cache แล้วก็ไม่ต้องบวกอีก หากไม่มีก็ค่อยเรียก plus_fresh เพื่อบวกเลข

ทดลองการบวกเลขของเราได้ที่ไฟล์ test_math_service.py

from gaw import GawClient
client = GawClient('127.0.0.1', 5555)
rpc = client.math_service
print(rpc.plus(1,2))
print(rpc.plus(1,2))
print(rpc.plus(2,1))

แล้วเรารันไฟล์นี้ก็จะได้ผลลัพธ์เป็น

3
3
3

อย่างที่เราคาดหวังไว้ หากเราสงสัยว่ามันใช้ Cache Service จริง ๆ หรือเปล่าเราสามารถไปดูที่หน้าที่เรารัน Cache Service ค้างไว้ว่ามี request เข้ามาหรือเปล่า ?​ ซึ่งก็จะเห็นเป็นจริงอย่างนั้นแล

สุดท้ายนี้

ผมได้แสดงตัวอย่างการสร้าง Microservice สองตัวซึ่งทำงานด้วยกันผ่านไลบรารี “กาว” ซึ่งแม้ว่าโจทย์ของการทำจะไม่ค่อยสมจริงเท่าไหร่ เพราะว่าที่จริงแล้วราคาการบวกเลขนั้นน้อยมาก ๆ และไม่จำเป็นต้องใช้ microservice เสียด้วยซ้ำ -_-“

แต่ก็พยายามแสดงให้เห็นแบบสั้น ๆ ว่ามันทำงานอย่างไร มันประกอบเข้าไปด้วยกันได้ อย่างไรก็ดี “กาว” ไม่ได้รองรับการติดต่อผ่านช่องทางที่มีการรักษาความปลอดภัยอย่างดี ดังนั้นก็ควรใช้ในวงจำกัดไม่ควรใช้ผ่าน internet ณ ตอนนี้