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Rinha de Backend - 2024/Q1

A Rinha de Backend é um desafio que tem como principal objetivo compartilhar conhecimento em formato de desafio! Esta é a segunda edição. A data limite para enviar sua submissão é 10 de Março de 2024 às 23:59:59 e em 14 de Março de 2024 às 19:00 os resultados serão anunciados numa live no YouTube.

O principal assunto dessa Rinha trata de controle de concorrência com o tema créditos e débitos (crébitos) e foi inspirado pelos colegas @lucascs e @kmyokoyama, nesse e nesse comentário dessa tweet.

arte Se quiser entender mais sobre o espírito das Rinhas, confira o repositório da primeira edição.

Ah! E antes de continuar, é importante dizer que a Cubos Academy disponibilizou o cupom RINHADEV que te dá 20% de desconto PARA QUALQUER CURSO! Vai lá no site deles e dá uma olhada – têm muitos cursos bem legais!

O Que Precisa Ser Feito?

Para participar você precisa desenvolver uma API HTTP com os seguintes endpoints:

Transações

Requisição

POST /clientes/[id]/transacoes

{
    "valor": 1000,
    "tipo" : "c",
    "descricao" : "descricao"
}

Onde

  • [id] (na URL) deve ser um número inteiro representando a identificação do cliente.
  • valor deve ser um número inteiro positivo que representa centavos (não vamos trabalhar com frações de centavos). Por exemplo, R$ 10 são 1000 centavos.
  • tipo deve ser apenas c para crédito ou d para débito.
  • descricao deve ser uma string de 1 a 10 caracteres.

Todos os campos são obrigatórios.

Resposta

HTTP 200 OK

{
    "limite" : 100000,
    "saldo" : -9098
}

Onde

  • limite deve ser o limite cadastrado do cliente.
  • saldo deve ser o novo saldo após a conclusão da transação.

Obrigatoriamente, o http status code de requisições para transações bem sucedidas deve ser 200!

Regras Uma transação de débito nunca pode deixar o saldo do cliente menor que seu limite disponível. Por exemplo, um cliente com limite de 1000 (R$ 10) nunca deverá ter o saldo menor que -1000 (R$ -10). Nesse caso, um saldo de -1001 ou menor significa inconsistência na Rinha de Backend!

Se uma requisição para débito for deixar o saldo inconsistente, a API deve retornar HTTP Status Code 422 sem completar a transação! O corpo da resposta nesse caso não será testado e você pode escolher como o representar. HTTP 422 também deve ser retornado caso os campos do payload estejam fora das especificações como, por exemplo, uma string maior do que 10 caracteres para o campo descricao ou algo diferente de c ou d para o campo tipo. Se para o campo valor um número não inteiro for especificado, você poderá retornar HTTP 422 ou 400.

Se o atributo [id] da URL for de uma identificação não existente de cliente, a API deve retornar HTTP Status Code 404. O corpo da resposta nesse caso não será testado e você pode escolher como o representar. Se a API retornar algo como HTTP 200 informando que o cliente não foi encontrado no corpo da resposta ou HTTP 204 sem corpo, ficarei extremamente deprimido e a Rinha será cancelada para sempre.

Extrato

Requisição

GET /clientes/[id]/extrato

Onde

  • [id] (na URL) deve ser um número inteiro representando a identificação do cliente.

Resposta

HTTP 200 OK

{
  "saldo": {
    "total": -9098,
    "data_extrato": "2024-01-17T02:34:41.217753Z",
    "limite": 100000
  },
  "ultimas_transacoes": [
    {
      "valor": 10,
      "tipo": "c",
      "descricao": "descricao",
      "realizada_em": "2024-01-17T02:34:38.543030Z"
    },
    {
      "valor": 90000,
      "tipo": "d",
      "descricao": "descricao",
      "realizada_em": "2024-01-17T02:34:38.543030Z"
    }
  ]
}

Onde

  • saldo
    • total deve ser o saldo total atual do cliente (não apenas das últimas transações seguintes exibidas).
    • data_extrato deve ser a data/hora da consulta do extrato.
    • limite deve ser o limite cadastrado do cliente.
  • ultimas_transacoes é uma lista ordenada por data/hora das transações de forma decrescente contendo até as 10 últimas transações com o seguinte:
    • valor deve ser o valor da transação.
    • tipo deve ser c para crédito e d para débito.
    • descricao deve ser a descrição informada durante a transação.
    • realizada_em deve ser a data/hora da realização da transação.

Regras Se o atributo [id] da URL for de uma identificação não existente de cliente, a API deve retornar HTTP Status Code 404. O corpo da resposta nesse caso não será testado e você pode escolher como o representar. Já sabe o que acontece se sua API retornar algo na faixa 2XX, né? Agradecido.

Cadastro Inicial de Clientes

Para haver ênfase em concorrência durante o teste, poucos clientes devem ser cadastrados e testados. Por isso, apenas cinco clientes, com os seguintes IDs, limites e saldos iniciais, devem ser previamente cadastrados para o teste – isso é imprescindível!

id limite saldo inicial
1 100000 0
2 80000 0
3 1000000 0
4 10000000 0
5 500000 0

Obs.: Não cadastre um cliente com o ID 6 especificamente, pois parte do teste é verificar se o cliente com o ID 6 realmente não existe e a API retorna HTTP 404!

Como Fazer e Entregar?

Assim como na Rinha de Backend anterior, você precisará conteinerizar sua API e outros componentes usados no formato de docker-compose, obedecer às restrições de recursos de CPU e memória, configuração mínima arquitetural, e estrutura de artefatos e processo de entrega (o que, onde e quando suas coisas precisam ser entregues).

Você pode fazer a submissão de forma individual, dupla de 2, dupla de 3 ou até dupla de 50 pessoas. Não tem limite. E você e/ou seu grupo pode fazer mais de uma submissão desde que a API seja diferente.

Artefato, Processo e Data Limite de Entrega

Para participar, basta fazer um pull request neste repositório incluindo um subdiretório em participantes com os seguintes arquivos:

  • docker-compose.yml - arquivo interpretável por docker-compose contendo a declaração dos serviços que compõe sua API respeitando as restrições de CPU/memória e arquitetura mínima.
  • README.md - incluindo pelo menos seu nome, tecnologias que usou, o link para o repositório do código fonte da sua API, e alguma forma de entrar em contato caso vença. Fique à vontade para incluir informações adicionais como link para site, etc.
  • Inclua aqui também quaisquer outros diretórios/arquivos necessários para que seus contêineres subam corretamente como, por exemplo, nginx.conf, banco.sql, etc.

Aqui tem um exemplo de submissão para te ajudar, caso queira.

Importante! É fundamental que todos os serviços declarados no docker-compose.yml estejam publicamente disponíveis! Caso contrário, não será possível executar os testes. Para isso, você pode criar uma conta em hub.docker.com para disponibilizar suas imagens. Essa imagens geralmente terão o formato <user>/<imagem>:<tag> – por exemplo, zanfranceschi/rinha-api:latest.

Um erro comum na edição anterior da Rinha foi a declaração de imagens como se estivessem presentes localmente. Isso pode ser verdade para quem as construiu (realizou o build localmente), mas não será verdadeiro para o servidor que executará os testes!

Importante! É obrigatório deixar o repositório contendo o código fonte da sua API publicamente acessível e informado no arquivo README.md entregue na submissão. Afinal, a Rinha de Backend tem como principal objetivo compartilhar conhecimento!

Um exemplo de submissão/pull request da Ana, poderia ter os seguintes arquivos:

├─ participantes/
|  ├─ ana-01/
|  |  ├─ docker-compose.yml
|  |  ├─ nginx.config
|  |  ├─ sql/
|  |  |  ├─ ddl.sql
|  |  |  ├─ dml.sql
|  |  ├─ README.md

A data/hora limite para fazer pull requests para sua submissão é até 2024-03-10T23:59:59-03:00. Após esse dia/hora, qualquer pull request será automaticamente rejeitado.

Note que você poderá fazer quantos pull requests desejar até essa data/hora limite!

Arquitetura Mínima da API

Por "API" aqui, me refiro a todos os serviços envolvidos para que o serviço que atenderá às requisições HTTP funcione, tais como o load balancer, banco de dados e servidor HTTP.

A sua API precisa ter, no mínimo, os seguintes serviços:

  • Um load balancer que faça a distribuição de tráfego usando o algoritmo round robin. Diferentemente da edição anterior, você não precisa usar o Nginx – pode escolher (ou até fazer) qualquer um como p.ex. o HAProxy. O load balancer será o serviço que receberá as requisições do teste e ele precisa aceitar requisições na porta 9999!
  • 2 instâncias de servidores web que atenderão às requisições HTTP (distribuídas pelo load balancer).
  • Um banco de dados relacional ou não relacional (exceto bancos de dados que têm como principal característica o armazenamento de dados em memória, tal como Redis, por exemplo).
flowchart TD
    G(Stress Test - Gatling) -.-> LB(Load Balancer / porta 9999)
    subgraph Sua Aplicação
        LB -.-> API1(API - instância 01)
        LB -.-> API2(API - instância 02)
        API1 -.-> Db[(Database)]
        API2 -.-> Db[(Database)]
    end
Loading

Nota: Você pode usar componentes adicionais se quiser. Mas lembre-se de que as restrições de CPU e memória devem obedecer a regra de que a soma dos limites (que devem ser declarados para todos os serviços) não poderá ultrapassar 1.5 unidades de CPU e 550MB de memória! Use o bom senso e boa fé, não adicione um banco relacional e um Redis, por exemplo, e use apenas o Redis como armazenamento – afinal, a Rinha é apenas uma brincadeira que fomenta o aprendizado e não a competição desleal.

Restrições de CPU/Memória

Dentro do seu arquivo docker-compose.yml, você deverá limitar todos os serviços para que a soma deles não ultrapasse os seguintes limites:

  • deploy.resources.limits.cpu 1.5 – uma unidade e meia de CPU distribuída entre todos os seus serviços
  • deploy.resources.limits.memory 550MB – 550 mega bytes de memória distribuídos entre todos os seus serviços

Obs.: Por favor, use MB para unidade de medida de memória; isso facilita as verificações de restrições.

# exemplo de parte de configuração de um serviço dentro do um arquivo docker-compose.yml
...
  nginx:
    image: nginx:latest
    volumes:
      - ./nginx.conf:/etc/nginx/nginx.conf:ro
    depends_on:
      - api01
      - api02
    ports:
      - "9999:9999"
    deploy:
      resources:
        limits:
          cpus: "0.17"
          memory: "10MB"
...

Arquivos de exemplo para te ajudar

O seguinte são apenas arquivos de exemplo para que você não saia do zero, caso tenha alguma dificuldade ou apenas queira acelerar a construção da sua API. Obviamente, modifique como quiser respeitando todos as restrições anteriormente explicadas aqui. Novamente, você não precisa usar especificamente um banco de dados relacional – o exemplo seguinte é apenas ilustrativo.

docker-compose.yml

version: "3.5"

services:
  api01: &api
    # Lembre-se de que seu serviço HTTP deve estar hospedado num repositório
    # publicamente acessível! Ex.: hub.docker.com
    image: ana/minha-api-matadora:latest
    hostname: api01
    environment:
      - DB_HOSTNAME=db
    
    # Não é necessário expor qualquer porta além da porta do load balancer,
    # mas é comum as pessoas o fazerem para testarem suas APIs e conectarem
    # ao banco de dados na fase de desenvolvimento.
    ports:
      - "8081:8080"
    depends_on:
      - db
    deploy:
      resources:
        limits:
          cpus: "0.6"
          memory: "200MB"

  api02:
    # Essa sintaxe reusa o que foi declarado em 'api01'.
    <<: *api 
    hostname: api02
    environment:
      - DB_HOSTNAME=db
    ports:
      - "8082:8080"
 
  nginx:
    image: nginx:latest
    volumes:
      - ./nginx.conf:/etc/nginx/nginx.conf:ro
    depends_on:
      - api01
      - api02
    ports:
        # Obrigatório expor/usar a porta 9999 no load balancer!
      - "9999:9999" 
    deploy:
      resources:
        limits:
          cpus: "0.17"
          memory: "10MB"

  db:
    image: postgres:latest
    hostname: db
    environment:
      - POSTGRES_PASSWORD=123
      - POSTGRES_USER=admin
      - POSTGRES_DB=rinha
    ports:
      - "5432:5432"
    volumes:
      - ./script.sql:/docker-entrypoint-initdb.d/script.sql
    deploy:
      resources:
        limits:
          # Note que a soma de todos os limites dos serviços
          # aqui declarados é de 1.5 unidades de CPU e 550MB
          # de memória. A distribuição feita aqui é apenas
          # um exemplo – distribua como quiser.
          cpus: "0.13"
          memory: "140MB"

# O uso do modo `bridge` deve ser adequado à carga que será usada no teste.
# A edição anterior se beneficiou do modo host pois o volume de requisições
# era relativamente alto e a virtualização da rede se tornou um gargalo, mas
# este modo é mais complexo de ser configurado. Fique à vontade para usar o
# modo que quiser desde que não conflite com portas trivialmente usadas em um
# SO.
networks:
  default:
    driver: bridge
    name: rinha-nginx-2024q1

script.sql

-- Coloque scripts iniciais aqui
CREATE TABLE...

DO $$
BEGIN
  INSERT INTO clientes (nome, limite)
  VALUES
    ('o barato sai caro', 1000 * 100),
    ('zan corp ltda', 800 * 100),
    ('les cruders', 10000 * 100),
    ('padaria joia de cocaia', 100000 * 100),
    ('kid mais', 5000 * 100);
END; $$

nginx.conf

events {
    worker_connections 1000;
}

http {
    access_log off;
    sendfile   on;
    
    upstream api {
        server api01:8080;
        server api02:8080;
    }

    server {
        listen 9999; # Lembra da porta 9999 obrigatória?
        
        location / {
            proxy_pass http://api;
        }
    }
}

Ferramenta de Teste

Como na edição anterior, a ferramenta Gatling será usada novamente para realizar o teste de performance. Pode fazer muita diferença você executar os testes durante a fase de desenvolvimento para detectar possíveis problemas e gargalos. O teste está disponível nesse repositório em load-test.

Ambiente de Testes

Para saber os detalhes sobre o ambiente (SO e versões de software) acesse Especificações do Ambiente de Testes.

Note que o ambiente em que os testes serão executados é Linux x64. Portanto, se seu ambiente de desenvolvimento possui outra arquitetura, você precisará fazer o build do docker da seguinte forma: $ docker buildx build --platform linux/amd64

Por exemplo: $ docker buildx build --platform linux/amd64 -t ana/minha-api-matadora:latest .

Para executar os testes

Aqui estão instruções rápidas para você poder executar os testes:

  1. Baixe o Gatling em https://gatling.io/open-source/
  2. Certifique-se de que tenha o JDK instalado (64bits OpenJDK LTS (Long Term Support) versions: 11, 17 e 21) https://gatling.io/docs/gatling/tutorials/installation/
  3. Certifique-se de configurar a variável de ambiente GATLING_HOME para o diretório da instalação do Gatling. Para se certificar de que a variável está correta, os seguinte caminhos precisam ser válidos: $GATLING_HOME/bin/gatling.sh no Linux e %GATLING_HOME%\bin\gatling.bat no Windows.
  4. Configure o script ./executar-teste-local.sh (ou ./executar-teste-local.ps1 se estiver no Windows)
  5. Suba sua API (ou load balancer) na porta 9999
  6. Execute ./executar-teste-local.sh (ou ./executar-teste-local.ps1 se estiver no Windows)
  7. Agora é só aguardar o teste terminar e abrir o relatório O caminho do relatório é exibido ao término da simulação. Os resultados/relatórios são salvos em ./load-test/user-files/results.

Fique à vontade para alterar a simulação para testar diferentes aspectos e cenários. Não inclua essas alterações no pull request de submissão!

De nada :)

Pré teste

Na edição anterior da Rinha, o teste começava poucos segundos após a subida dos contêineres e, devido as restrições de CPU e memória, nem todos os serviços estavam prontos para receber requisições em tão pouco tempo. Nessa edição, antes do teste iniciar, um script verificará se a API está respondendo corretamente (via GET /clientes/1/extrato) por até 40 segundos em intervalos de 2 segundos a cada tentativa. Por isso, certifique-se de que todos seus serviços não demorem mais do que 40 segundos para estarem aptos a receberem requisições!

Nota importante sobre o teste escrito!

A simulação contém um teste de lógica de saldo/limite que extrapola o que é comumente feito em testes de performance. O escrevi assim apenas por causa da natureza da Rinha de Backend. Evite fazer esse tipo de coisa em testes de performance, pois não é uma prática recomendada normalmente. Testes de lógica devem ficar junto ao código fonte em formato de testes de unidade ou integração!

Critérios para Vencer A Rinha de Backend

Surpresa! :)

Acompanhamento do Status das Execuções dos Testes

Link do status parcial da Rinha de Backend.