Было время, когда каждое программное приложение представляло собой монолитный "домик" с единой кодовой базой, в котором все компоненты взаимно зависели друг от друга. Любое исправление или обновление требовало масштабной пересборки и тестирования приложения с нуля – это долго, сложно и неудобно.
С усложнением функционала ПО и возникновения потребности в быстрых обновлениях разработчикам потребовался более гибкий подход к построению приложений. Именно так и появилась микросервисная архитектура, предлагающая распределенную внутреннюю логику софта.
В этой статье мы рассмотрим суть и преимущества микросервисной архитектуры в разработке ПО. Вы узнаете как реализовать преимущества микросервисов для бизнеса и преодолеть возможные ограничения технологии. Будет интересно и полезно.
Что такое микросервисная архитектура
Начнем с самого простого определения. Микросервисная архитектура (Micro Service Architecture, MSA) – это подход к созданию программных продуктов, строящийся на реализации независимых друг от друга модулей (микросервисов).
Каждый такой модуль невелик и нацелен на решение только одной бизнес-задачи. Микросервисы тесно взаимодействуют друг с другом через специализированные интерфейсы, сохраняя при этом независимость и монолитность. Каждый микросервис можно обновлять, изменять, развертывать и масштабировать без риска для целостности и работоспособности системы.
У микросервисной архитектуры нет изобретателя или родоначального продукта. Этот подход постепенно и естественно приобретал популярность в разработке ПО в течение минувших 20 лет. С усложнением софта и массовым распространением сети бизнес стал все чаще полагаться на распределенные системы для поддержки своих веб-сервисов. К примеру: любая современная стриминговая платформа состоит из микросервисов: один отвечает за воспроизведение видео через сеть, второй – за механизмы рекомендации контента, третий – за аналитику, четвертый – за обработку платежей и т.д. Реализовать столь сложный продукт в монолитной архитектуре было бы невозможно.
Сегодня без микросервисов невозможно представить современный мир IT: на них полагаются продукты Meta, Amazon, Spotify, Uber, Netflix Google – этот список можно продолжать до бесконечности.
Бизнес активно применяет микросервисы в задачах аналитики данных и бизнес-разведки, развертывания и поддержки баз данных, менеджмента отношений с клиентами, обработки транзакций, реализации сервиса для пользователей, ведения финансов, HR и т.д. Согласно опросу, проведенному IBM Market Development & Insights, 87% IT-руководителей и технических специалистов в компаниях убеждены, что усилия и затраты на внедрение микросервисов стоят того.
Микросервисная и монолитная архитектура: в чем отличия
Почему микросервисная архитектура пользуется таким успехом? Разберем ее ключевые отличия от монолитного подхода.
-
Разработка. Монолитная архитектура – самая простая форма разработки, практически не требующая предварительного планирования. Разработчики могут просто написать кодовую базу. На старте это гораздо проще микросервисного подхода.
-
Развертывание. Зачастую развертывание монолитных приложений проще развертывания микросервисов: разработчики сразу устанавливают всю базу кода. Но при таком подходе и цена ошибок высока: любая серьезная проблема может сорвать развертывание.
-
Настройка. Поиск ошибок в коде монолитного приложения в целом проще, ведь разработчик имеет возможность анализировать проблемы в одной среде. При микросервисах он будет иметь дело с несколькими обособленными средами.
-
Модификации. Вносить изменения в монолитное ПО сложно, ведь любая модификация может затронуть множество компонентов приложения. После внесения изменений все приложение придется тестировать и развертывать заново. Микросервисы решают эту проблему.
-
Масштабирование. Попытки масштабировать монолитную архитектуру могут быть очень проблематичными, ведь все функции приложения реализованы в единой кодовой базе. Разработчик не сможет эффективно масштабировать отдельные функции, не нарушая работы всего приложения. Но это позволяют делать микросервисы.
Преимущества микросервисной архитектуры
Итак, микросервисная архитектура ПО может предоставить массу преимуществ и удобств разработчикам. Но что это означает для бизнеса? Разберем ее ключевые преимущества.
- Гибкость в выборе технологического стека.
Каждый компонент в микросервисной архитектуре работает как небольшое отдельное приложение, которое можно реализовать на любых фреймворках, языках программирования и инструментах. Следовательно, бизнес может выбирать оптимальные технологии под любую задачу и избегать лишних компромиссов, вызванных устаревшим стеком уже наличного продукта или несовместимостью отдельных технологий. Это делает конечный продукт более рентабельным и эффективным.
- Эффективность обновлений и миграции
Возможность быстро мигрировать на более современные технологии – одно из главных преимуществ MSA для стремительно развивающихся приложений. Компании могут быстро внедрять новые фреймворки и инструменты, когда имеют дело с отдельными модулями, а не с большой монолитной кодовой базой. Так что обновление системы становится быстрым, рентабельным и эффективным. Проект избегает технического долга и связанных с ним расходов.
- Масштабируемость
Несомненно, одним из самых сильных преимуществ микросервисной архитектуры является практически неограниченная способность к росту. Автономные сервисы можно масштабировать отдельно от других компонентов системы, в зависимости от нагрузки и требований к вычислительной мощности. Следовательно, стоимость масштабирования системы будет относительно невысокой. Добавлять новые сервисы и функции в модульную систему проще и экономически выгоднее, чем масштабировать монолитный продукт.
- Гибкость и скорость
Микросервисную архитектуру можно развивать избирательно. Это помогает компаниям оптимально распределять время и ресурсы, оперативно сосредотачиваясь на функционале, который отвечает потребностям бизнеса здесь и сейчас. Вместо того, чтобы инвестировать в полномасштабную длительную разработку или обновление комплексной монолитной системы, бизнес может быстро запускать и масштабировать критически важные для него микросервисы.
- Автоматизированное развертывание и пригодность к поддержке
Продукт на базе микросервисов гораздо проще поддерживать и обслуживать, ведь модификации в одном модуле не затрагивают всю систему. Каждый микросервис может обновляться и развертываться вне зависимости от других. Современные инструменты DevOps и лучшие практики CI/CD для автоматизированного развертывания позволяют приспособить этот процесс к изменяющимся потребностям любой команды. Поддержка монолитного приложения легко может превратиться в хаос, особенно если проект имеет длительную историю и проблемную документацию.
- Надежность и минимизация рисков
Микросервисная архитектура отличается стабильностью и отказоустойчивостью, поскольку все ее компоненты автономны. Если в одном из сервисов возникнет сбой, то он по меньшей мере не повлияет на работу других модулей и не повлечет за собой существенных проблем для системы в целом. Следовательно, это лучший выбор для задач современного бизнеса, который требует высокого уровня безопасности и стабильности.
- Оптимизация времени и средств на разработку
Несмотря на то, что построение микросервисной инфраструктуры требует существенных затрат на старте проекта, этот подход в целом доказал свою экономическую эффективность на практике. В перспективе бизнес может сэкономить благодаря модульной архитектуре софта значительные средства, ведь она ускоряет вывод продукта на рынок, упрощает обновление и поддержку. Более того, гибкая природа микросервисных проектов позволяет гибко строить команду, привлекая внутренних разработчиков и внешних специалистов по мере необходимости.
Как итог, не стоит недооценивать значение микросервисной архитектуры для бизнеса. Сегодня это один из самых мощных факторов рентабельности и эффективности любого IT-продукта.
Из чего состоит микросервисная архитектура?
Большинство специалистов выделяют 8 ключевых компонентов микросервисной архитектуры, необходимых для построения масштабируемой и гибкой среды. Назовем их.
Выявление сервисов (Service Discovery)
Приложения на базе микросервисов обычно работают в виртуализированной или контейнеризированной среде. Количество экземпляров (инстансов) сервисов и их локация динамически изменяются. Следовательно, системе необходимо понимать, как найти эти инстансы, и как они называются, чтобы направлять правильные запросы в целевой микросервис. Именно тут становится полезным подход Service Discovery.
Речь идет о механизме автоматического обнаружения и регистрации доступных в сети сервисов. Service Discovery работает как реестр для отслеживания адресов всех инстансов, чтобы предоставить сервисам возможность находить друг друга без необходимости жесткой привязки к конкретным IP-адресам или портам. Это делает масштабирование и управление микросервисами более гибкими и удобными. Обычно для реализации Service Discovery используются специализированные инструменты, такие как Consul, Etcd, ZooKeeper, или встроенные возможности комплексных облачных платформ.
Балансировщик нагрузки (Load Balancer)
Одной из важнейших причин появления и развития микросервисной архитектуры стала потребность в горизонтальном масштабировании ПО. Современные приложения создают несколько инстансов сервиса, чтобы справиться с огромным трафиком запросов. Тут ключевое значение имеет эффективное распределение запросов между инстансами, этот процесс и называется балансировкой нагрузки.
Итак, балансировщик нагрузки (Load Balancer) – это компонент, распределяющий входящий сетевой трафик между несколькими инстансами сервиса, чтобы обеспечить оптимальную загруженность, обеспечить быстродействие и отказоустойчивость системы. Load Balancer может работать на уровне приложения (например, HTTP-запросов) или на уровне сети, например, TCP-соединений. Также Load Balancer может обеспечивать ряд дополнительных возможностей, таких как мониторинг здоровья сервисов и SSL-терминация.
Для балансировки нагрузки часто применяются инструменты типа HAProxy, Envoy и NGINX, либо встроенные инструменты облачных скейлеров.
Шлюз (API Gateway)
API Gateway в микросервисной архитектуре – это серверный компонент, который выступает единой точкой входа для клиентов, обеспечивая управление, мониторинг, аутентификацию, авторизацию, маршрутизацию и преобразование запросов в различные сервисы. Именно этот хаб позволяет объединить разные микросервисы в единое целое для внешних клиентов, скрывая сложность внутренней структуры системы. Следовательно, он имеет огромное значение для построения качественного UX и безопасности микросервисной среды.
API Gateway также может выполнять дополнительные функции, такие как кэширование, ограничение скорости, преобразование данных и обеспечение безопасности. Это упрощает разработку клиентских приложений, поскольку клиенты взаимодействуют только со шлюзом, в то время как внутренние микросервисы можно изменить или масштабировать без влияния на внешних клиентов. Возможности API Gateway предоставляют такие инструменты, как NGINX, MuleSoft Anypoint Platform, Kong, Apigee, Spring Cloud Gateway, инструменты веб-сервисов Amazon и т.д.
Автовыключатель (Circuit Breaker)
Это паттерн работы с ошибками, который предотвращает повторные запросы к проблемному микросервису (например, если он не отвечает, или имеет проблемы с функциональностью). Этот механизм работает по принципу автоматического выключателя для защиты электросети от излишней нагрузки.
Когда сервис начинает выдавать ошибки или не отвечать, Circuit Breaker "выключает" доступ к этому модулю на определенный период времени, чтобы предотвратить перегрузку и ускорить восстановление. Это позволяет избежать накопления запросов и улучшает отказоустойчивость системы. Когда сервис восстанавливается, Circuit Breaker "включает" доступ к нему снова. Данный паттерн помогает управлять отказами и повышает надежность микросервисов.
Для защиты микросервисных приложений широко используются такие библиотеки и платформы как Hystrix, Resilience4j, Sentinel и т.д. Они предлагают комплексные возможности управления трафиком и паттернами отказоустойчивости.
Мониторинг сервисов (Service Monitoring)
Чтобы управление приложением было эффективным, его показатели должны быть наглядными и доступными для восприятия. Именно эту задачу решают компоненты мониторинга микросервисов (Service Monitoring). Они призваны обеспечить процесс сбора, анализа и визуализации данных о работе микросервисов.
Мониторинг имеет критическое значение для обеспечения производительности, доступности, надежности и безопасности системы. Он позволяет оперативно выявлять проблемы, отслеживать ключевые метрики, принимать меры по улучшению работы системы и принимать качественные стратегические решения, основанные на данных.
Для реализации Service Monitoring в микросервисной архитектуре используются различные инструменты, такие как Prometheus, Grafana, ELK Stack, Datadog, New Relic и т.д. Такие платформы позволяют отслеживать метрики производительности, журналы событий, трассировку запросов и другие данные, необходимые для обеспечения эффективной работы микросервисов в контейнерных и распределенных средах.
Оркестрация сервисов (Service Orchestration)
Наконец работу всех сервисов необходимо скоординировать и интегрировать в единый процесс для воплощения определенной бизнес-логики. Именно для этого в микросервисной архитектуре предусмотрены механизмы Service Orchestration. Они охватывают управление последовательностью вызовов микросервисов, передачу данных между ними, обработку ошибок и обеспечение целостности транзакций и т.д.
В рамках Service Orchestration некий центральный сервис направляет команды другим микросервисам, обеспечивает их координацию и контролирует результаты взаимодействия, чтобы они соответствовали бизнес-логике. Такая оркестрация может быть реализована с использованием специализированных инструментов, таких как Apache Camel, Netflix Conductor, AWS Step Functions, Microsoft Azure Logic Apps и другие.
Оркестрация позволяет приложению быть цельным и эффективным, несмотря на распределенную внутреннюю логику. Оно упрощает зависимости между микросервисами, устраняет конфликты, позволяет усовершенствовать бизнес-логику приложения как таковую.
Это лишь базовые компоненты микросервисной архитектуры, так или иначе характерные для всех продуктов. На практике каждый компонент можно дополнительно детализировать, определяя отдельные элементы.
Вызовы и ограничения микросервисной архитектуры
Несправедливо было бы говорить лишь о преимуществах микросервисной архитектуры, игнорируя при этом ее слабые места. Как и любая технология, MSA имеет свои ограничения. Назовем их.
- Высокий порог стартовых расходов
Хотя в долгосрочной перспективе микросервисная модель помогает сэкономить, на старте проекта бизнесу придется инвестировать в соответствующую хостинговую инфраструктуру и привлечь сильную команду специалистов для развертывания распределенной архитектуры с нуля. Не у каждого бизнеса есть на это время и ресурсы. Некоторым компаниям нужно максимально быстрое и экономное решение.
- Менеджмент API выходит на первый план
Каждый микросервис имеет свой API, а современные комплексные приложения могут полагаться на десятки, если не сотни микросервисов. Поэтому контроль над всеми этими интерфейсами становится критически важным, а при некачественном менеджменте может стать слабым местом продукта. Необходимо построить такую модель, которая гарантирует полную совместимость и автоматическую управляемость всех API.
- Высокий уровень сложности
Наладка приложения с микросервисной архитектурой, при всех ее плюсах, может быть достаточно сложной и требует мощных инструментов автоматизации. Каждый микросервис – это практически отдельное приложение, с собственными логами. К поиску багов необходимо привлечь опытных специалистов, умеющих выявлять проблемы в распределенных системах.
- Интеграционное тестирование
Юнит-тестирование в микросервисной архитектуре становится более удобным и контролируемым. С интеграционным тестированием все по-другому. Перед тестировщиками возникают проблемы распределенности ресурсов, различных зависимостей, управления данными, согласованности транзакций и запросов.
Эти недостатки требуют внимательного планирования, проектирования и управления для обеспечения успешной реализации микросервисной архитектуры.
Разработка микросервисных решений с WEZOM
Наша команда уже 25 лет разрабатывает цифровые продукты и решения для бизнеса. Нам доверяют компании из сфер производства, логистики, eCommerce, энергетики и т.д. Клиенты в этих индустриях нуждаются в надежных, стабильных и безопасных решений с кастомным функционалом. Так что мы хорошо освоили реализацию микросервисной архитектуры под любые продукты и задачи: от корпоративных ERP-платформ до комплексных мобильных и веб-приложений.
Наша команда не просто умеет строить инфраструктуру из микросервисов, но и разрабатывает собственные микросервисы под специфические задачи бизнеса. К примеру, недавно мы построили собственный микросервис для пользовательского чата, чтобы использовать его в новых продуктах.
Если вас интересуют подобные решения, вы оказались на правильной странице. Обращайтесь за консультацией к нашим специалистам прямо сейчас. Они с радостью помогут найти правильное решение под любую задачу вашего бизнеса.
Выводы
Сегодня микросервисная архитектура программного обеспечения стала золотым стандартом построения IT-продуктов. Именно на ней реализованы продукты, которыми мы пользуемся каждый день: Facebook, Amazon, Uber, Netflix, Google и т.д.
Микросервисный подход обеспечивает бизнесу гибкость в выборе технологического стека, эффективность обновлений и миграции, масштабируемость, гибкость и быстроту развития, автоматизированное развертывание, пригодность к поддержке, надежность и минимизацию рисков, оптимизацию времени и средств на разработку.
Но вместе с тем технология имеет и ряд ограничений, таких как высокий порог стартовых затрат, сложность менеджмента API, высокий уровень сложности и тестирования. Поэтому к созданию приложения на микросервисах следует привлечь по-настоящему профессиональную и опытную команду разработчиков.
FAQ
Что такое микросервисная архитектура?
Микросервисная архитектура (Micro Service Architecture, MSA) – это подход к разработке программных продуктов, основанный на распределении внутренней логики софта на небольшие независимые модули, называемые микросервисами. Каждый микросервис решает только одну бизнес-задачу и взаимодействует с другими микросервисами через специализированные интерфейсы. Этот подход позволяет быстро обновлять, изменять, развертывать и масштабировать отдельные компоненты без влияния на остальную систему.
В чем преимущества микросервисной архитектуры?
Микросервисный подход придает бизнесу гибкость в выборе технологий для продукта, простоту его обновления и миграции, широкие возможности масштабирования, упрощает обеспечение стабильности системы и т.д. В целом, MSA помогает минимизировать затраты времени и средств на разработку и последующую поддержку приложения.
Каковы основные составляющие микросервисной архитектуры?
В целом к составляющим микросервисной архитектуры относят такие базовые компоненты как механизмы обнаружения сервисов, балансировщики нагрузки, шлюзы API, “автовыключатели”, средства мониторинга и оркестрации сервисов и т.д. Все эти компоненты можно рассматривать отдельно, детализируя отдельные составляющие архитектуры в отдельно взятом приложении.
