Удосконалення предиктивної моделі патерну circuit breaker для підвищення відмовостійкості мікросервісів

Пашко, А., Папроцький, І., Глибовець, А., Теренчук, С. (2026). Improvements to the circuit breaker prediction model for increasing the fault tolerance of microservices. Bulletin of Taras Shevchenko National University of Kyiv. Physics and Mathematics, 82(1), 2218–2055. https://doi.org/10.17721/1812-5409.2026/1.30

У високонавантажених розподілених системах надзвичайно важливо приділяти особливу увагу надійності комунікації між архітектурними компонентами, що робить відмовостійкість однією з базових властивостей мікросервісної архітектури. Попри наявність різноманітних патернів підвищення відмовостійкості, спрямованих на поліпшення стійкості мікросервісів, жоден із них не є універсальним для всього спектра можливих відмов у сервісній взаємодії. З огляду на це зберігається постійна потреба в пошуку ефективніших підходів до досягнення відмовостійкості в розподілених програмних системах.
Спираючись на наше попереднє дослідження, у якому було представлено предиктивну модель Circuit Breaker, пропонована робота детальніше досліджує її застосування для оцінювання ефективності в поєднанні з іншими поширеними патернами відмовостійкості. Центральним принципом предиктивної моделі є обчислення рейтингу комунікації між двома сервісами, визначеного як опукла комбінація різних метрик ефективності. Отримане значення рейтингу використовується для визначення того, чи може взаємодія із цільовим сервісом бути безпечно відновлена після періоду блокування. Подібно до традиційного патерна Circuit Breaker, запропонована модель спрямована на зменшення затримок під час передавання запитів в умовах невизначеного навантаження. Порівняно зі стандартними імплементаціями цього методу модель розроблено з метою скорочення часу блокування викликів між мікросервісами.
Метою статті є вдосконалення моделі Circuit Breaker та перевірка її ефективності в поєднанні з іншими патернами відмовостійкості, зокрема Retry та Timeout. У дослідженні розширено гнучкість Circuit Breaker Prediction Model шляхом опису адаптивного механізму ковзного вікна для метрик, що динамічно змінює розмір контексту залежно від навантаження під час роботи застосунку. Також алгоритм обчислення рейтингу було узагальнено, щоб забезпечити можливість використання довільної кількості метрик ефективності. У межах роботи проведено серію симульованих експериментів із різними конфігураціями комунікації між сервісами та комбінаціями патернів відмовостійкості, використовуючи стандартну реалізацію Circuit Breaker як базову для порівняння.
Отримані результати показують підвищення продуктивності комунікації насамперед шляхом зменшення затримок у передаванні запитів за однакових умов навантаження. Також розглянуто перспективи застосування принципів цієї моделі до інших патернів відмовостійкості, зокрема з акцентом на можливості використання різноманітних методів оптимізації для підтримки динамічного ухвалення рішень.