单一世界【5】系统重演

系统重演是服务系统一个很重要的特性，但基本上很难。除了某些对系统可靠性要求很高的系统，比如交易系统。系统重演就像魔法时光回溯那样，将所有的过程不失真的完全执行一遍。这是个理想状态，但最大可能性的重演具有很高的意义，我希望能在单一世界中，实践这个特性。

我们首先界定下，什么是系统重演。我们认为对于系统，任何时间，任何环境下，只要相同的输入，都会得到相同的结果，那么，这个过程就是系统重演。这个定义借用了视频的概念，就像一个视频一样，任何时候播放，都是一样的画面和声音。

我们知道，最容易重演的情况发生一个线性执行的序列里面，而且这个序列完成功能所需要的资源，都是自包含的。比如一个C函数：

    int max(int a , int b)

    {

        return a > b ? a : b ;

    }

 

只要指定A和B，那么任何时候执行这个函数的结果都是一样的。如果MAX函数引用了全局变量C，那么情况就会发生改变，比如：

    int c = 0;

    int max(int a , int b)

    {

        int tmp = a > b ? a : b ;

        return c > tmp ? c :  tmp ;

    }

 

如果C发生了变化，那么相同的输入就会面临发生改变。虽然，在服务系统中的情况远比这个要复杂很多，但是归根到底，原理还是一样。

我们将一个超大规模的系统分解为多个子系统，每个子系统又可以分析成更小的单位。当粒度达到了函数这个层次，那么重演就容易多了。可实际上，这只是理论上。因为，当粒度越小，那么要记录各个单位之间的数据流几乎是不可能的，那么重演也就成为不可能的。因此，首先确定一个最小的可重演的粒度，至关重要。

我们要决定这个粒度的时候要满足2个条件：1、重演单元之间数据量传输最小；2、划分出来的单元的数量最少。第二个条件是优先考虑的要素，因为系统重演是个庞大的工程，单元太多，基本上很难完成。

 

显然，一个系统可以由多个子系统构成的，如果每个子系统都是可重演的，那么整个系统就是可重演的。当然，并不是每个子系统都需要重演，不过，我们在探讨这个论题时，依然要假设每个子系统都需要重演。从重演的定义可以看出，影响一个系统不可重演的因素，主要包括几个因素：

1、系统对时间有依赖，导致在不同时间重演时，发生不同的结果。

2、系统对环境有依赖，导致在不同环境重演时，发生不同的结果。

我们知道，系统对时间依赖导致的不可重演的情况比较好理解，我们可以时钟当作一种外部资源，系统对时间的依赖实际上就是对时钟这种外部资源的依赖，那么，我们通过模拟时钟，依然可以完成系统重演。

而对环境的依赖则比较复杂，一种是外部环境，另外一种是内部环境。外部环境引起系统无法重演的因素很多，比如磁盘错误，比如网络失败，或者其他种种，往往是不可预测以及不可枚举的。对于这些因素我们可以通过分析日志，以及设置相应的触发条件来尽可能重现这种环境。

而内部环境引起不可重演的因素相对较少，但也同样不可预测。比如随机数，比如锁，等无法准备判断结果的因素。

对于一个可重演的系统，从设计角度来看，我们只需要将那些不可重演的子系统割裂出来，作为外部模块就可以了。那么串行化请求，以及记录结果日志这2个手段，就能实现系统重演。对内部环境的锁引起不可重演的情况，第一方式，就是割裂子模块的之间的依赖程度，尽量的并行化，从而避免资源竞争。将资源统一化管理，就能有序的控制和重现资源输出记录。

 

如果是一个高性能的系统，那么串行化请求，显然是不可取的。这又给我们提出另外一个问题，如何应对海量的请求呢？如果是无状态的请求，本身并没有系统依赖，难度相对要低很多，关键是具有上下文依赖的请求，在时序上，对结果存在影响，是考察的关键。一个上下文环境主要可以区分为3种，一个是由请求本身引起的局部变量，这个没啥关系。一个是全局变量，不算配置，配置的全局变量是静态的，没什么影响。另外一种是其他请求引起的局部变量，这种情况是最复杂的。比如A玩家攻击B玩家，那么最终的伤害，要依赖于B玩家本身的状态。这种情况，必须割裂A对B状态的依赖，因此设计上需要一个仲裁机制的存在。