Monolityczne do mikrousług: kiedy, dlaczego i jak przejść

Zanim podejmiesz decyzję o migracji monolitycznej aplikacji do jej odpowiednika w mikroserwisach, musisz się dobrze zastanowić. Przeoczenie odpowiedniego momentu na podjęcie migracji może spowodować, że będziesz daleko w tyle za konkurencją.

W ostatnich latach popularnym trendem w tworzeniu oprogramowania stało się przechodzenie z architektury monolitycznej na architekturę mikroserwisową. Ponieważ organizacje dążą do poprawy skalowalności i elastyczności swoich aplikacji, przejście z architektury monolitycznej na architekturę mikrousług staje się coraz bardziej popularną opcją. Ale czym dokładnie jest to przejście i dlaczego może być właściwym wyborem dla Twojej organizacji?

W tym artykule opisano różnice między architekturami monolitycznymi, n-warstwowymi i mikrousługami. Omówiono również, kiedy i jak przeprowadzić migrację do architektury mikrousług.

Zanurzmy się!

Czym jest architektura monolityczna?

Architektura monolityczna to wzorzec projektowy oprogramowania, w którym cała aplikacja jest budowana jako pojedyncza, samodzielna jednostka. W architekturze monolitycznej wszystkie komponenty aplikacji, w tym interfejs użytkownika, logika biznesowa i przechowywanie danych, są połączone w jedną bazę kodu.

Zalety

• Prostota: architektura monolityczna jest łatwa do zrozumienia i pracy z nią.
• Łatwe wdrażanie: aplikacja monolityczna to pojedyncza jednostka, co ułatwia jej wdrożenie.
• Poprawiona wydajność: komunikacja między komponentami w aplikacji monolitycznej jest szybsza, co prowadzi do poprawy wydajności.
• Oszczędność kosztów: opracowanie architektury monolitycznej może być tańsze niż w przypadku innych architektur.
• Znajomość: Wielu programistów jest zaznajomionych z architekturami monolitycznymi i może preferować to podejście.

Cons

• Kwestie elastyczności: Zmiana jednego komponentu może mieć wpływ na cały system w architekturze monolitycznej.
• Trudności ze skalowaniem: skalowanie aplikacji monolitycznej wymaga skalowania całego systemu.
• Wyższe koszty utrzymania: Utrzymanie monolitycznej architektury może być kosztowne i czasochłonne, ponieważ aplikacja rośnie i staje się bardziej złożona.
• Ograniczone ponowne użycie kodu: Ponowne użycie kodu w różnych częściach aplikacji w architekturze monolitycznej może nie być łatwe.

Czym jest architektura wielowarstwowa?

W architekturze wielowarstwowej dzielimy system na kilka warstw lub warstw. Warstwy te współpracują ze sobą, aby wykonać określoną funkcję. Po pierwsze, każda warstwa odpowiada za jeden konkretny aspekt systemu. Następnie komunikują się ze sobą, aby wykonać zadanie.

Ogólnie rzecz biorąc, ta architektura działa na oddzieleniu problemów i używa warstw dla każdego konkretnego zadania. Na przykład poniższy obraz przedstawia architekturę 3-warstwową dla typowej aplikacji MVC. Warstwa modelu obsługuje źródła danych, a Widok służy jako warstwa prezentacji. Kontroler działa jako moduł obsługi między modelem a warstwami widoku.

Zalety

• Większe bezpieczeństwo: różne poziomy aplikacji utrudniają atakującym dostęp do poufnych danych lub funkcji.
• Lepsza skalowalność: warstwy można skalować niezależnie, co ułatwia obsługę wzrostu użycia lub obciążenia systemu.
• Ulepszona konserwacja: Rozdzielenie problemów w architekturze wielowarstwowej upraszcza konserwację i aktualizacje różnych części aplikacji.
• Większa elastyczność: Modułowa architektura zapewnia większą elastyczność w dodawaniu lub zmienianiu funkcjonalności. Dodatkowo łatwiejsze są również integracje z innymi systemami.
• Ulepszone ponowne wykorzystanie kodu: warstwowa konstrukcja obsługuje modułowość. Tej samej warstwy logiki biznesowej można używać z różnymi warstwami prezentacji.

Cons

• Zwiększona złożoność: korzystanie z wielu warstw może zwiększyć złożoność systemu, utrudniając jego zrozumienie i utrzymanie.
• Wydłużony czas programowania: budowanie architektury wielowarstwowej może zająć więcej czasu niż architektury jednowarstwowej ze względu na dodatkowe warstwy i komunikację między nimi.
• Większe nakłady na wdrażanie i konfigurowanie: wdrażanie i konfigurowanie systemu wielowarstwowego może być bardziej czasochłonne i złożone niż w przypadku systemu jednowarstwowego.
• Zwiększone wymagania sprzętowe i infrastrukturalne : architektura wielowarstwowa może wymagać więcej zasobów sprzętowych i infrastrukturalnych do prawidłowego działania.
• Większe nakłady na testowanie: Testowanie systemu wielowarstwowego może być bardziej złożone i czasochłonne ze względu na dodatkowe warstwy i komunikację między nimi.

Czym jest architektura mikrousług?

Architektura mikrousług dzieli aplikację na małe, niezależne usługi, które komunikują się za pośrednictwem interfejsów API.

Takie podejście zapewnia większą elastyczność i skalowalność, ponieważ każdą usługę można rozwijać i wdrażać niezależnie. Ponadto skalowanie w górę lub w dół zgodnie z zapotrzebowaniem staje się łatwiejsze. Dlatego architektura mikroserwisów jest szczególnie dobrze dopasowana do środowisk opartych na chmurze, w których zasoby można szybko przydzielać i zwalniać w razie potrzeby.

Zalety

• Skalowalność: Mikrousługi mogą skalować się niezależnie, co umożliwia skalowanie określonych części aplikacji zgodnie z potrzebami.
• Odporność: jeśli jedna mikrousługa ulegnie awarii, inne usługi mogą nadal działać. Poprawia to ogólną odporność aplikacji.
• Modułowość: możesz niezależnie opracowywać, testować i wdrażać każdą mikrousługę. Dlatego modyfikacja lub aktualizacja poszczególnych usług staje się łatwiejsza w zarządzaniu.
• Elastyczność: dzięki mikrousługom masz swobodę wyboru różnych technologii dla różnych usług. Tym samym pozwala na wykorzystanie najlepszych narzędzi do każdego zadania.
• Łatwość wdrażania: możesz niezależnie wdrażać mikrousługi, co ułatwia wdrażanie nowych wersji aplikacji.

Cons

• Zwiększona złożoność : Zarządzanie wieloma niezależnymi usługami może być bardziej złożone.
• Wyższe wymagania dotyczące zasobów : uruchomienie wielu usług może wymagać więcej zasobów i infrastruktury.
• Zwiększone koszty komunikacji : komunikacja między usługami wymaga interfejsów API.
• Zwiększona złożoność testowania i wdrażania : testowanie i wdrażanie wielu usług może być skomplikowane.

Monolityczny vs. wielowarstwowy vs. mikrousługi

Poniższa tabela podsumowuje wszystkie główne różnice: –

Monolityczne do mikroserwisów: jaki jest właściwy czas na przejście

Nie ma jednej uniwersalnej odpowiedzi na to pytanie, ponieważ decyzja o migracji z architektury monolitycznej do architektury mikrousług będzie zależała od konkretnych potrzeb i celów aplikacji. Oto kilka czynników, które należy wziąć pod uwagę przy podejmowaniu decyzji o przeprowadzeniu przejścia:

• Rozmiar i złożoność aplikacji: architektura mikrousług może ułatwić tworzenie i konserwację, jeśli aplikacja jest duża i złożona, z wieloma połączonymi ze sobą składnikami. Jednak architektura monolityczna może być wystarczająca, jeśli aplikacja jest stosunkowo mała i prosta.
• Wymagany poziom skalowalności: jeśli aplikacja wymaga szybkiego i łatwego skalowania w celu sprostania zmieniającym się wymaganiom, lepszym wyborem może być architektura mikrousług. Ponieważ mikrousługi mogą skalować się niezależnie, możesz skalować określone części aplikacji zgodnie ze swoimi potrzebami.
• Wymagany poziom elastyczności: jeśli potrzebujesz mieć możliwość modyfikowania lub aktualizowania poszczególnych składników aplikacji bez wpływu na całą aplikację, lepszym wyborem może być architektura mikrousług. Wynika to z faktu, że każdą mikrousługę można opracowywać, testować i wdrażać niezależnie.
• Zasoby dostępne do opracowywania i konserwacji: jeśli masz duży zespół z umiejętnościami i zasobami do opracowywania i utrzymywania architektury mikrousług, może to być dobry wybór dla Twojej aplikacji. Jednak architektura monolityczna może być łatwiejsza w zarządzaniu, jeśli Twój zespół jest mały lub brakuje mu niezbędnych umiejętności.

Od monolitu do mikroserwisów: udane podróże

Ostatecznie decyzja o przejściu z architektury monolitycznej na architekturę mikrousług będzie zależała od konkretnych potrzeb i celów aplikacji. Bardzo ważne jest, aby dokładnie ocenić zalety i wady każdego stylu architektonicznego i wybrać ten, który najlepiej odpowiada potrzebom Twojej aplikacji.

Można oczekiwać, że praktyczne studia przypadków pozwolą ocenić, w jaki sposób duże firmy podejmują decyzje migracyjne. Omówmy studia przypadków Amazon i Netflix, aby dowiedzieć się, w jaki sposób zidentyfikowali odpowiedni czas na migrację.

Studium przypadku Amazona

Amazon to znany gigant handlu detalicznego, który pierwotnie wykorzystywał architekturę monolityczną w swojej witrynie internetowej. Jednak wraz ze wzrostem bazy kodu i wzrostem liczby programistów pracujących nad platformą coraz trudniej było rozplątać zależności i wprowadzać zmiany lub aktualizacje platformy. Doprowadziło to do opóźnień w rozwoju i wyzwań związanych z kodowaniem, a także utrudniło firmie skalowanie platformy w celu zaspokojenia potrzeb szybko rosnącej bazy klientów.

Aby sprostać tym wyzwaniom, Amazon podzielił swoje monolityczne aplikacje na mniejsze, niezależnie działające aplikacje specyficzne dla usług. Wymagało to przeanalizowania kodu źródłowego i wyodrębnienia jednostek kodu, które służyły jednemu celowi funkcjonalnemu, zapakowania ich w interfejs usługi sieciowej i przypisania własności każdej usługi zespołowi programistów.

Podejście oparte na mikroserwisach umożliwiło Amazonowi łatwe wprowadzanie zmian i aktualizacji na swojej platformie. Dodatkowo pozwoliło na skalowanie na żądanie poszczególnych komponentów. Pomimo wyzwań związanych z przejściem, korzyści płynące z architektury mikrousług były znaczące. Platforma e-commerce Amazon obsługuje obecnie ponad 2,5 miliarda wyszukiwań produktów dziennie i obejmuje miliony produktów od setek tysięcy sprzedawców.

Studium przypadku Netflixa

Netflix to obecnie bardzo popularna i znana firma. Jest dostępny w 190 krajach i ma ponad 223 miliony płatnych użytkowników od 2022 roku.

W 2008 roku Netflix stanął w obliczu poważnego uszkodzenia bazy danych, a problem utrzymywał się przez 3 długie dni. To był punkt, w którym firma zdała sobie sprawę z problemów jednopunktowych awarii konstrukcji monolitycznej. Tak więc Netflix stopniowo migrował z architektury monolitycznej do architektury mikrousług w chmurze, korzystając z usług internetowych Amazon.

Netflix potrzebował lat, aby przeprowadzić migrację swoich aplikacji przeznaczonych dla klientów i tych, które nie są przeznaczone dla klientów. Jednak korzyści są ogromne. W latach 2008-2015 miesięczny czas oglądania firmy wzrósł gwałtownie 1000 razy ~, co przełożyło się na wysokie przychody i zyski.

Jak ręcznie przeprowadzić migrację aplikacji z architektury monolitycznej do architektury mikrousług

Istnieje wiele kroków, które można wykonać w celu migracji (ręcznej) aplikacji z architektury monolitycznej do architektury mikrousług:

1. Zidentyfikuj możliwości biznesowe aplikacji: Pierwszym krokiem w procesie migracji jest zidentyfikowanie różnych możliwości biznesowych aplikacji. Ten krok obejmuje analizę, czy te możliwości można zaimplementować jako niezależne mikrousługi.
2. Podziel aplikację na mikrousługi: Po zidentyfikowaniu możliwości biznesowych aplikacji możesz rozpocząć dzielenie aplikacji na mikrousługi. Może to obejmować refaktoryzację bazy kodu w celu rozdzielenia różnych możliwości na niezależne usługi.
3. Zaprojektuj interfejsy między mikrousługami: każda mikrousługa powinna komunikować się z innymi mikrousługami za pośrednictwem dobrze zdefiniowanych interfejsów lub interfejsów API. Ważne jest staranne zaprojektowanie tych interfejsów, aby były łatwe w użyciu i utrzymaniu.
4. Zaimplementuj mikrousługi: Po podzieleniu aplikacji na mikrousługi i zaprojektowaniu interfejsów między nimi możesz rozpocząć ich wdrażanie. Może to obejmować budowanie nowych usług lub refaktoryzację istniejącego kodu w celu dopasowania go do architektury mikrousług.
5. Przetestuj i wdróż mikrousługi: po zaimplementowaniu mikrousług należy je dokładnie przetestować, aby upewnić się, że działają zgodnie z oczekiwaniami. Następnie możesz wdrożyć mikrousługi w środowisku produkcyjnym, pojedynczo lub jako grupa.
6. Migruj dane: jeśli Twoja aplikacja korzysta z bazy danych lub innego systemu przechowywania danych, musisz przeprowadzić migrację danych z aplikacji monolitycznej do mikrousług. Ponadto może być konieczne zaprojektowanie nowych modeli danych lub refaktoryzacja istniejących danych w celu dopasowania ich do architektury mikrousług.

Ogólnie rzecz biorąc, migracja z architektury monolitycznej do architektury opartej na mikrousługach może być złożona i czasochłonna. Aby migracja zakończyła się sukcesem, konieczne jest staranne zaplanowanie i przeprowadzenie migracji.

Poręczne narzędzia do migracji z rozwiązań monolitycznych do mikrousług

Istnieje kilka narzędzi, które mogą pomóc w procesie rozkładania monolitycznej aplikacji na mikrousługi. Na przykład IBM Mono2Micro, Decomposition Tool i Decomposer to najpopularniejsze narzędzia pomagające w procesie dekompozycji.

Narzędzia te zapewniają zestaw zautomatyzowanych lub półautomatycznych mechanizmów do identyfikowania mikrousług i refaktoryzacji kodu. Ponadto pomagają skonfigurować i zarządzać infrastrukturą potrzebną do hostowania mikrousług.

Auto-dekompozycja dla migracji monolitycznej do mikrousług: trend futurystyczny

Ostatni boom w dziedzinie sztucznej inteligencji i uczenia maszynowego zrewolucjonizował tradycyjne podejście do wykonywania naszych zadań. Czy nie byłoby wspaniale, gdyby maszyny mogły wykonywać złożone zadania dekompozycji monolitycznej do mikrousług?

Chociaż może się wydawać, że wykorzystanie sztucznej inteligencji do pomocy w rozłożeniu monolitycznej aplikacji na mikrousługi może wydawać się łatwe. Jest to jednak droga pełna wyzwań. Dlatego znajdziesz tylko kilka pełnych opracowań dotyczących tego zadania.

Abdullah i in. glin. zaproponował nienadzorowane podejście do uczenia się do automatycznego rozkładu aplikacji internetowych na mikrousługi. Poniższy diagram koncepcyjny przedstawia ogólne działanie procesu autodekompozycji.

Proces autodekompozycji składa się z trzech prostych kroków.

Krok 01: Uzyskaj dostęp do dzienników dostępu URI

Każda strona internetowa w witrynie internetowej ma unikalny jednolity identyfikator zasobów (URI). Na szczęście serwery WWW obsługujące takie aplikacje przechowują dzienniki dostępu (np. czas odpowiedzi i rozmiar dokumentu) do tych identyfikatorów URI. Pierwszym krokiem jest zebranie tych dzienników dostępu.

Krok 02: Zastosuj klastrowy algorytm ML

Algorytm grupowania to nienadzorowana metoda uczenia maszynowego, która na podstawie zestawu punktów danych tworzy K klastrów zawierających punkty danych o podobnym charakterze. Ten algorytm grupowania, zasilany danymi z historycznych dzienników dostępu, tworzy klastry identyfikatorów URI o podobnym czasie dostępu i rozmiarze dokumentu odpowiedzi.

Krok 03: Wdrażanie klastrów do mikrousług

Możesz utworzyć mikrousługę dla każdego klastra identyfikatorów URI. Następnie możesz wdrożyć te mikrousługi w dowolnej infrastrukturze chmurowej.

Uwaga: Ta technika autodekompozycji jest specyficzna dla monolitycznych aplikacji internetowych i jest prezentowana tylko po to, aby dać wyobrażenie o najnowszych trendach w epoce.

Najlepsze praktyki migracji z architektury monolitycznej do architektury mikrousług

Oto kilka najlepszych praktyk, których należy przestrzegać podczas migracji z architektury monolitycznej do architektury mikrousług:

• Rozpocznij od małego: często najlepiej jest rozpocząć od migracji małej, samodzielnej części aplikacji do architektury mikrousług. Pozwala to uczyć się z procesu i wprowadzać niezbędne poprawki przed zajęciem się większymi częściami aplikacji.
• Zidentyfikuj odpowiednie mikrousługi: dokładnie określ możliwości biznesowe swojej aplikacji. Wymaga to również określenia, czy te możliwości można wdrożyć jako niezależne mikrousługi.
• Zaprojektuj przejrzyste interfejsy : upewnij się, że interfejsy między mikrousługami są dobrze zdefiniowane i łatwe w użyciu. Ułatwi to rozwój i utrzymanie mikroserwisów.
• Użyj kontenerów: Kontenery mogą ułatwić wdrażanie mikrousług i zarządzanie nimi, umożliwiając spakowanie mikrousługi i jej zależności w jednej, samodzielnej jednostce.
• Korzystaj z infrastruktury przyjaznej dla mikrousług: Aby obsługiwać architekturę mikrousług, potrzebujesz infrastruktury, która może obsłużyć zwiększoną złożoność i ruch generowany przez mikrousługi. Może to obejmować wykorzystanie technologii, takich jak siatki usług, bramy API i rozproszone śledzenie.
• Dokładnie przetestuj : Dokładnie przetestuj mikrousługi, aby upewnić się, że działają one zgodnie z oczekiwaniami i że interfejsy między nimi działają poprawnie.
• Monitoruj mikrousługi i zarządzaj nimi: ważne jest monitorowanie ich wydajności i kondycji oraz podejmowanie odpowiednich działań w przypadku wystąpienia problemów. Może to wymagać użycia narzędzi, takich jak analiza logów, monitorowanie wydajności i śledzenie błędów.

Krótko mówiąc, staranne planowanie i wykonanie jest kluczem do udanej migracji. Postępując zgodnie z tymi najlepszymi praktykami, możesz mieć pewność, że migracja przebiegnie bezproblemowo i spełni swój cel.

Wniosek

Architektura mikrousług jest najbardziej elastyczną i skalowalną architekturą we współczesnej erze przetwarzania w chmurze. Pozwala skalować określone części aplikacji zgodnie z potrzebami oraz modyfikować lub aktualizować poszczególne usługi bez wpływu na całą aplikację. Jednak rozwijanie i utrzymywanie może być również bardziej złożone.

Ostatecznie wybór stylu architektury będzie zależał od konkretnych potrzeb i celów Twojej aplikacji. Czynniki, które należy wziąć pod uwagę, obejmują rozmiar i złożoność aplikacji, wymagany poziom skalowalności i elastyczności oraz dostępne zasoby do rozwoju i konserwacji.