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Il Manifesto dei Sistemi Reattivi

Enti ed aziende operanti in vari settori stanno sperimentando in modo indipendente dei pattern architetturali similari per forgiare sistemi software. Questi sistemi si dimostrano robusti, resilienti e flessibili, e sono in grado di soddisfare al meglio le esigenze delle applicazioni software moderne.

Questo movimento si verifica perchè i requisiti delle applicazioni software sono cambiati drasticamente negli ultimi anni. Fino a pochi anni fa le applicazione di grandi dimensioni erano ancora caratterizzate dall'impiego di decine di server, dall'avere tempi di risposta nell'ordine dei secondi, dal richiedere ore di manutenzione offline e dal gestire pochi gigabyte di dati. Le applicazioni di oggi sono deployate su ogni genere di device, da quelli mobili ai cluster cloud-based che utilizzano migliaia di processori multi-core; gli utenti di queste applicazioni si aspettano tempi di risposta nell'ordine dei millisecondi e un uptime pari al 100%. L'unità di utilizzo dei dati è il Petabyte. Molto semplicemente, le esigenze delle applicazioni di oggi non possono essere soddisfatte dalle architetture software del passato.

Crediamo che sia necessario un approccio coerente all'architettura dei sistemi software, e crediamo che i suoi elementi chiave siano già individuabili singolarmente: siamo a favore di sistemi che siano Responsivi, Elastici e Orientati ai Messaggi. Li chiamiamo Sistemi Reattivi.

I Sistemi Reattivi sono flessibili, a basso accoppiamento e scalabili: ciò li rende più semplici da sviluppare e malleabili al cambiamento. Tali sistemi sono di gran lunga più tolleranti ai guasti e reagiscono ad essi in modo elegante e non brusco. I Sistemi Reattivi sono altamente responsivi, offrendo agli utenti un feedback concreto e interattivo.

I Sistemi Reattivi sono:

  • Responsivi: Il sistema, se è in generale possible dare una risposta ai client, la dà in maniera tempestiva. La responsività è la pietra miliare dell'usabilità e dell'utilità del sistema; essa presuppone che i problemi vengano identificati velocemente e gestiti in modo efficace. I sistemi responsivi sono focalizzati a minimizzare il tempo di risposta, individuando per esso un limite massimo prestabilito di modo da garantire una qualità del servizio consistente nel tempo. Il comportamento risultante è quindi predicibile, il che semplifica la gestione delle situazioni di errore, genera fiducia negli utenti finali e predispone ad ulteriori interazioni con il sistema.
  • Resilienti: Il sistema resta responsivo anche in caso di guasti. Ciò riguarda non solo i sistemi ad alta disponibilità o mission-critical: infatti, accade che ogni sistema che non è resiliente si dimostrerà anche non responsivo in seguito ad un guasto. La resilienza si acquisisce tramite replica, contenimento, isolamento e delega. I guasti sono relegati all'interno di ogni componente, isolando così ogni componente dagli altri e quindi garantendo che il guasto delle singole porzioni del sistema non comprometta il sistema intero. Il recupero di ogni componente viene delegato ad un altro componente (esterno) e l'alta disponibilità viene assicurata tramite replica laddove necessario. I client di un componente vengono dunque alleviati dal compito di gestirne i guasti.
  • Elastici: Il sistema rimane responsivo sotto carichi di lavoro variabili nel tempo. I Sistemi Reattivi possono adattarsi alle variazioni nella frequenza temporale degli input incrementando o decrementando le risorse allocate al processamento degli stessi. Questo porta ad architetture che non hanno né sezioni contese né colli di bottiglia, favorendo così la distribuibilità o la replica dei componenti e la ripartizione degli input su di essi. I Sistemi Reattivi permettono l'implementazione predittiva, oltre che Reattiva, di algoritmi scalabili perchè fondati sulla misurazione real-time della performance. Tali sistemi, raggiungono l'elasticità in maniera cost-effective su commodity hardware e piattaforme software a basso costo.
  • Orientati ai Messaggi: I Sistemi Reattivi si basano sullo scambio di messaggi asincrono per delineare per ogni componente il giusto confine che possa garantirne il basso accoppiamento con gli altri, l'isolamento e la trasparenza sul dislocamento e permetta di esprimere i guasti del componente sotto forma di messaggi al fine di delegarne la gestione. L'utilizzo di uno scambio esplicito di messaggi permette migliore gestibilità del carico di lavoro, elasticità e controllo dei flussi di messaggi mediante setup e monitoraggio di code di messaggi all'interno del sistema e mediante l'applicazione di feedback di pressione laddove necessari. Uno scambio di messaggi trasparente rispetto al dislocamento rende possibile, ai fini della gestione dei guasti, l'utilizzo degli stessi costrutti e semantiche sia su cluster che su singoli host. Uno stile di comunicazione non bloccante fa sì che l'entità ricevente possa solo consumare le risorse, il che porta ad un minor sovraccarico sul sistema.

I sistemi software di grandi dimensioni si compongono di sistemi più piccoli e dunque dipendono dalle proprietà Reattive dei loro costituenti. Ciò significa che i Sistemi Reattivi si fondano su principi di design che considerano tali proprietà ad ogni livello della scala architetturale, rendendo così componibili i sottosistemi Reattivi. I sistemi software più grandi al mondo hanno architetture basate sui principi Reattivi e riescono ad operare servendo miliardi di utenti ogni giorno: è giunto il momento di utilizzare questi principi con consapevolezza e dall'inizio del processo di design, evitando di riscoprirli nuovamente ogni volta.

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