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Continuous delivery: cambiando nuestro código sin dejar de ofrecer un servicio

En este artículo presentamos un ejemplo práctico de cómo llevar a cabo cambios importantes tanto en nuestro código como en la base de datos utilizada para mantener la persistencia de la informació sin dejar de proporcionar servicio. De esta forma, podemos hacer efectivo el paradigma de continuous delivery sin que los usuarios de nuestro sistema sufran paradas en el servicio debido a las actualizaciones que llevamos a cabo.

Presentación del ejemplo utilizado

Para mostrar de una forma efectiva las técnicas aqui expuestas, vamos a utilizar un servicio que gestiona información relativa a clientes expuesto a través de un API REST. Dicho servicio guarda la siguiente información sobre los clientes:
  • Nombre
  • Apellidos
  • Calle
  • Número
  • Código postal
  • Ciudad
Estos datos son almacenados en una única tabla dentro de una base de datos relacional con la siguiente estructura:


Este servicio ha sido completamente implementado en Java, utilizando JPA para la gestión del almacenamiento persistente y Jersey para la creación de la interfaz REST. Existe una clase que modela a nuestros clientes:

Un repositorio de clientes:

Y un servicio de clientes:

Con objeto de mantener el código lo más sencillo posible, he optado por no usar Spring (las principales dependencias siguen siendo inyectadas aunque esto lo hago de forma manual sin ayuda de ningún framework):

Puedes ver el detalle de cómo se ha implementado la persistencia con JPA echándole un vistazo al código de las classes CustomerRepositoryImpl y PersistenceManager. También puedes descargar el código inicial de este proyecto aquí (utiliza la rama master).

El diseño de nuestra solución está lejos de ser perfecto por muchos motivos pero digamos que, hasta el momento, ha sido adecuado para nuestro propósito y lo estamos utilizando en producción. El código puede echarse a correr utilizando un servidor Jetty embebido arrancado con Maven:

mvn jetty:run -Djetty.port=[puerto donde queremos escuchar]

Si queremos que este servicio sea altamente disponible necesitaremos varias réplicas ejecutándose al mismo tiempo para que así un balanceador de carga pueda enviar las peticiones entrantes a cualquiera de las instancias en ejecución que considere oportuna (cómo configurar dicho balanceador de carga está fuera del alcance de esta entrada, aunque no es difícil).

Evolución del servicio de clientes

Una de las desventajas de esta solución es que solamente podemos conocer la dirección actual de un cliente, pero no las distintas direcciones que ha tenido a lo largo del tiempo.  Así que decidimos que, de ahora en adelante, nuestro sistema va a almacenar un registro de todas las direcciones que ha usado un cliente junto con la fecha en que cada dirección ha sido proporcionada.

Esto va a requerir modificar tanto nuestra aplicación como el esquema de la base de datos relacional que usa. Existen varias formas de hacer esto. Por ejemplo, podemos pensar en un modelo de datos nuevo que dé soporte a los nuevos requisitos:

Con una nueva tabla para direcciones (address) que tenga todos los campos actualmente contenidos en la tabla de cliente más una referencia (clave ajena) al cliente al que pertenece, modificamos nuestra aplicación y creamos un script de migración que cree la nueva tabla para direcciones con su correspondiente clave ajena a la tabla de clientes y migre los datos existentes, eliminando los campos de direcciones de la tabla de clientes ya que no son necesarios de ahora en adelante. Entonces paramos nuestros dos servidores en ejecución, actualizamos el código que ejecutan, actualizamos nuestra base de datos (cambio de esquema y migración de datos de clientes existentes) y volvemos a arrancar los servidores.

El principal inconveniente de esto es que nuestro servicio dejará de estar operativo el tiempo que dure la actualización de código y la migración de nuestra base de datos. Esto puede ser un gran inconveniente ya que, mientras la actualización del código tardará poco, la migración de los datos tendrá una duración variable, a menudo no conocida de antemano, y que dependerá en gran medida del volumen de datos que maneja nuestro servicio. Es decir, cuanto más datos tengamos en nuestra base de datos más tardaremos en migrarlos a la nueva estructura que le da soporte a los nuevos requisitos.

Es importante resaltar que, debido a la naturaleza del cambio que se quiere hacer, no es posible actualizar uno de los dos servidores y dejar el otro funcionando para mantener el servicio operativo durante la migración de datos. Sencillamente, el código nuevo no puede funcionar con el antiguo esquema de datos porque necesita la nueva tabla de direcciones, del mismo modo que el código antiguo no es compatible con el nuevo esquema porque necesita los campos de direcciones que hay en la tabla de clientes.

Por lo tanto, tenemos que adoptar un enfoque diferente si queremos hacer este cambio si queremos que siempre haya, al menos, un servidor en ejecución para poder garantizar que nuestro servicio está disponible. Para ello, debemos construir una secuencia de cambios compatibles que nos permitan mantener una versión antigua y otra actualizada de nuestro código en ejecución al mismo tiempo.

Cambiando nuestro código de forma compatible

Vamos a empezar añadiendo a la tabla de clientes una nueva columna para guardar la fecha de cambio de la dirección. Vamos a hacer que dicha columna pueda contener valores nulos y ni siquiera vamos a usarla desde nuestro código todavía. Simplemente, vamos a preparar nuestra base de datos para cuando queramos empezar a utilizarla. El cambio sería muy sencillo (y pequeño):

Una de las utilidades que hemos añadido a nuestro código para hacer los cambios más rápidos es la capacidad de actualizar el esquema de datos a través del plugin de liquibase para Maven.

De forma, nuestro proceso de actualización de servidores consistirá en:

  1. Parar un servidor
  2. Actualizar el código (git pull)
  3. Ejecutar el comando para migrar nuestra base de datos (mvn liquibase:update)
  4. Arrancar el servidor (mvn jetty:run -Djetty.port=7070)
  5. Parar el segundo servidor
  6. Actualizar el código (git pull)
  7. Arrancar el servidor (mvn jetty:run -Djetty.port=9090)

Cuando solamente hemos actualizado un servidor, podemos hacer varias llamadas a cada uno de los servidores (el que ya ha sido actualizado y el que todavía no lo ha sido) para comprobar que ambos funcionan correctamente, es decir, que el cambio es compatible con la versión antigua del código. Esto no es ninguna sorpresa ya que, hasta ahora, no hemos cambiado nada en el código, solamente hemos añadido una nueva columna a una tabla en nuestra base de datos.

curl http://localhost:7070/api/customers/1

{"currentAddress":{"city":null,"postalCode":null,"streetName":null,"streetNumber":null},"firstName":"Frank","lastName":"Freundlich"}

curl http://localhost:9090/api/customers/1

{"currentAddress":{"city":null,"postalCode":null,"streetName":null,"streetNumber":null},"firstName":"Frank","lastName":"Freundlich"}

A continuación, modificamos nuestra clase de clientes para, ahora sí empezar a utilizar el nuevo campo que habíamos creado en la tabla de clientes:

El servicio que actualiza los datos de clientes también es adaptado:

Volvemos a actualizar nuestros dos servidores de forma secuencial, siempre dejando, al menos, uno en ejecución. Podemos probar, por ejemplo, que los dos servidores siguien funcionando cuando uno ya ha sido actualizado y el otro todavía no (obviamente, sólo uno de ellos almacenará la fecha y hora de cambio de la dirección de un cliente, pero los dos funcionarán).

Lo siguiente que haremos es publicar los datos acerca de cuándo ha cambiado una dirección en nuestro servicio REST. Este cambio no debería representar ningún problema, ya que consiste en añadir un nuevo campo en nuestro objecto DTO que transporta la información relativa a direcciones y hacer un pequeño ajuste en la clase que hace las transformaciones entre nuestras entidades y nuestro DTO:

Ahora sí podemos empezar a hacer los grandes cambios que requiere el mantenimiento de un historial de direcciones. Será bastante complicado hacer esto manteniendo toda la información relativa a las direcciones en la misma clase que modela a cliente y almacenando dicha información en la misma tabla en nuestra base de datos.

Vamos a optar por crear una nueva clase que modele direcciones (Address) y persistirla en nuestra base de datos en una tabla independiente, distinta de la tabla de clientes. Sin embargo, como ya vimos antes, no podemos hacer todos los cambios al mismo tiempo si queremos mantener la compatibilidad entre distintas versiones que se estén ejecutando en nuestros servidores al mismo tiempo (recordemos que, durante el proceso de actualización de nuestros servidores, habrá un periodo de tiempo en el que un servidor ya ha sido actualizado y el otro todavia no, por lo que ambas versiones deben ser compatibles). Por ello, vamos a proceder del siguiente modo: primero haremos los cambios necesarios en nuestras clases (objetos en memoria) y, a continuación, los cambios necesarios en nuestras tablas (datos persistentes).

Así que vamos a crear una nueva clase para direcciones y vamos a hacer que la clase de clientes empiece a a trabajar con dichas direcciones manteniendo un historial de las mismas:

Como podemos ver, el cambio todavía no es completo, pues el historial de direcciones no se está guardando realmente de forma persistente, pero nuestro modelo en memoria ya está preparado para gestionar un historial de direcciones correctamente y, aún más importante, es totalmente compatible con el modelo que tenemos en nuestra base de datos.


Ahora vamos a crear la estructura necesaria en nuestra base de datos para persistir el historial de direcciones con una nueva tabla:

También necesitamos adaptar nuestro código:

Como queremos que los cambios sean compatibles entre distintas versiones, debemos aún mantener la antigua estructura conviviendo con la nueva al mismo tiempo. Esto lo conseguimos gracias a la implementación que hemos hecho del método updateAddress:

Esto significa que cuando una dirección cambia, dicho cambio se guarda en dos sitios al mismo tiempo:
  • En la nueva tabla de direcciones que guarda nuestro historial
  • En los antiguos campos para direcciones que había en la tabla de clientes
¿Por qué hacemos esto? Porque es la forma en que garantizamos que dos versiones de nuestra aplicación podrán acceder a la base de datos para consultar la dirección de un cliente y que siempre podrán encontrar dicha información.

Imaginemos qué pasaría si no lo hiciéramos así. Supongamos que no tenemos ninguna dirección almacenada para un cliente y recibimos una llamada al servicio que actualiza los datos de un cliente proporcionando una dirección. Si esta llamada fuera atendida por la versión nueva del sistema y únicamente almacenara la dirección en la nueva tabla, ¿qué pasaría si la siguiente consulta sobre dicho cliente fuera atendida por la versión antigua del sistema? Pues que buscaría la dirección del cliente en los campos dentro de la tabla de clientes y no encontraría nada. Por ello, la versión nueva del código debe preocuparse de guardar las direcciones en los dos sitios a la vez.

Otro aspecto importante que debemos destacar es que el sistema empezará a guardar las direcciones en la nueva tabla, pero seguirá utilizando como fuente de datos primaria para la consulta de direcciones los campos que hay en la tabla de clientes. Es decir, la nueva versión que estamos preparando guarda los datos en el antiguo formato y en el nuevo, pero los devuelve utilizando el antiguo método. Esta forma de hacer cambios corresponde a una técnica más general que podemos aplicar cuando queremos sustituir un sistema (o subsistema) minimizando riesgos. El procedimiento, de forma general, sería:
  1. Implantar el nuevo sistema que va a sustituir a uno ya existente
  2. Empezar a utilizar el nuevo sistema al mismo tiempo que seguimos usando el antiguo. Usar el antiguo sistema como fuente primaria (el nuevo sistema se mantiene en la sombra)
  3. Hacer el nuevo sistema nuestra fuente primaria. Seguimos utilizando el antiguo sistema, siendo éste el que ahora está en la sombra.
  4. Cuando estamos seguros de que el nuevo sistema funciona correctamente y ya no necesitamos el antiguo, prescindimos de él y eliminamos todas las referencias al mismo.

Podemos hacer la prueba de que todo funciona correctamente, manteniendo la compatilibidad entre versiones parando uno de los servidores, actualizando el esquema de nuestra base de datos y arrancando el servidor de nuevo. Las peticiones que se hagan a servidor con el nuevo código que actualicen la dirección de un cliente guardarán los nuevos datos tanto en las columnas de la tabla de clientes como en la nueva tabla de direcciones que hemos creado. Las que se dirijan al servidor con el antiguo código guardarán las nuevas direcciones únicamente en los campos de la tabla de clientes. Ambos servidores devolverán la información más actual que exista de la dirección de un cliente utilizando los campos de la tabla de clientes.

Después de esta comprobación, podemos actualizar el segundo servidor para completar el despliegue de la nueva versión. Como resultado, ahora nuestro sistema siempre guarda las direcciones nuevas en la tabla de direcciones, manteniendo un registros histórico de las direcciones utilizadas por un cliente (también almacena, por motivos de compatibilidad, dicha información en los antiguos campos existentes en la tabla de clientes).

Todo esto está muy bien, pero todavía existen direcciones que únicamente están almacenadas en los campos de la tabla de clientes (se crearon antes de que la nueva versión se pusiera en producción y no han sido actualizados desde entonces). Éste es el motivo por el que debemos seguir tomando los campos en la tabla de clientes como la fuente primaria cuando atendemos una consulta de datos sobre un cliente. Ahora debemos migrar la información acerca de direcciones a la nueva tabla. Dependiendo de con cuánta frecuencia se hayan actualizado las direcciones de clientes desde que la nueva versión que usa la nueva tabla de direcciones, el número de direcciones almacenadas únicamente en el antiguo formato será mayor o menor y, por lo tanto, el proceso de migración tardará más o menos. Nuestro objetivo, en todo caso, es que dicho proceso se haga, como siempre de una forma que no implique dejar de prestar nuestro servicio.

Podemos distinguir dos casos:
  • clientes con direcciones almacenadas únicamente en los antiguos campos exisistentes en la tabla de clientes
  • clientes con direcciones almacenadas tanto en los campos de la tabla de clientes como en la nueva tabla de direccciones
En el primer caso, basta con crear una nueva entrada en la tabla de direcciones con la misma información que teníamos en los campos de la tabla de clientes. Esto se puede hacer fácilmente con el siguiente script SQL:

¿Qué problema podemos tener con los clientes que ya tengan datos en la nueva tabla de direcciones? En principio, podría parecer que, si esto es así, dicha información tiene que ser la más actual, ya que ha sido creada por una versión del sistema más nueva. Sin embargo, debemos recordar que, durante un tiempo, hemos mantenido dos versiones de nuestro sistema en ejecución al mismo tiempo. Por lo tanto, es posible (y, dependiendo del tráfico que recibamos, puede que incluso probable) que haya habido casos como el siguiente:
  1. un cliente no tiene ninguna dirección
  2. recibimos una petición para actualizar su dirección
  3. dicha petición es atendida por una versión actualizada del sistema
  4. la dirección se guarda en la nueva tabla de direcciones así como en los campos existentes en la tabla de clientes
  5. recibimos una nueva petición para actualizar la dirección del mismo cliente
  6. dicha petición es atendida por la versión antigua del sistema
  7. la dirección se guarda únicamente en los campos existentes en la tabla de clientes
  8. la dirección del cliente no vuelve a actualizarse más
Como vemos, es posible que haya direcciones en los campos de la tabla de clientes que sean más actuales que los datos existentes en la tabla de direcciones. ¿Cómo podemos migrar los datos en estos casos? En este caso es donde se muestra realmente útil el haber introducido, con nuestro primer cambio, el campo con la fecha de actualización de la dirección en la tabla de clientes. Gracias a que tenemos las fechas en las que una dirección ha sido actualizada en ambas tablas (clientes y direcciones), es sencillo determinar cuál de ellas es la más actual en caso de que sean distintas. Basta comparar la fecha de cambio de dirección en la tabla de clientes con la fecha de cambio de dirección de la más reciente entrada en la tabla de direcciones:

Ahora tenemos todos nuestros servidores ejecutando la última versión, que guarda las direcciones en la tabla de direcciones, y hemos migrado los datos de direcciones a la tabla address, incluso aquellos que, estando únicamente en la tabla customer, pudieran ser más actuales. Este es el momento en el que podemos tomar la información de la tabla de direcciones como fuente primaria cuando atendemos consultas de datos de clientes.

Podemos ver cómo ahora devolvemos las direcciones utilizando únicamente la información de la tabla de direcciones. Aún así, seguimos almacenando las direcciones tanto en la tabla de direcciones como en las columnas de la tabla de clientes. Podemos decir que ahora es el antiguo sistema que almacenaba las direcciones en la tabla de clientes el que ha pasado a estar en la sombra (aunque sigue funcinando). No es una mala idea mantener el sistema antiguo en la sombra durante un tiempo antes de eliminarlo definitivamente. Algunas ventajas de hacerlo así son:
  • podemos comparar los resultados con ambos sistemas (si vemos discrepancias podría ser síntoma de que algo no funciona bien)
  • si algo sale muy mal con el nuevo sistema, resulta fácil volver a utilizar el sistema antiguo
  • puede haber otros equipos utilizando el sistema antiguo que necesiten algún tiempo hasta que se adapten al nuevo (de esta forma, tienen más tiempo para llevar a cabo su migración particular)
Por supuesto, en nuestro caso, el precio que tiene mantener los datos de direcciones tanto en la tabla de clientes como en la nueva tabla de direcciones es que nuestro código será más complejo, además de la duplicidad innecesaria de datos en la base de datos. Se trata, en todo caso, de un estado temporal que nos proporciona el beneficio de poder construir la funcionalidad del historial de direcciones, que requería de una refactorización grande en nuestro código y modelo de datos, sin haber dejado de prestar el servicio ni un solo minuto.

Ahora sí podemos dejar de usar las columnas de la tabla de clientes. Con objeto de hacer el cambio compatible entre distintas versiones para poder tener siempre, al menos, un servidor en ejecución, empezamos eliminando las referencias a dichas columnas en nuestro código:

Y después, cuando este cambio haya sido implantado en todos los servidores, podemos definitivamente eliminar las columnas relativas a direcciones de la tabla de clientes.

Ahora sí los cambios necesarios para mantener un historial de direcciones han sido completados. Hemos visto cómo podemos conseguir hacer cambios grandes en nuestro código sin necesidad de parar nuestro servicio, lo que ayuda a conseguir una alta disponibilidad.

Reflexión final

¿Merece la pena dar tantas vueltas para hacer un cambio que podríamos haber implementado en un único paso? La respuesta, como casi siempre, es "depende". Se trata de valorar qué es más importante para nosotros en cada momento. Posiblemente si estamos trabajando con un sistema todavía inmaduro en el que experimentamos constantemente con nuevas funcionaliades que requieren cambios muy grandes, quizá lo que más nos interese es que los cambios estén completamente implementados y en producción lo antes posible, aunque eso signifique que el sistema esté indisponible por algún tiempo cada vez que implantamos un cambio nuevo. Por otro lado, si no queremos que nuestros usuarios experimienten ninguna caída del servicio, o no nos los podemos permitir (por ejemplo, si es un API pública que ofrecemos a terceros y tiene que estar siempre disponible), posiblemente sea una buena idea tomar el camino no tan directo pero siempre compatible que nos garantiza que podemos actualizar nuestros servidores de forma escalonada.

Referencias

Puedes encontrar el código utilizado como ejemplo en este artículo aquí.

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