Що таке мікросервісна архітектура: значення, складові, переваги

Були часи, коли кожен програмний додаток являв собою монолітний “будиночок” з єдиною кодовою базою, в якому усі компоненти взаємно залежали один від одного. Будь-яке виправлення або оновлення потребувало масштабної перезбірки та тестування додатка з нуля – це довго, складно та незручно. 

Із ускладненням функціонала ПЗ та появі потреби у швидких оновленнях розробникам знадобився більш гнучкий підхід до побудови додатків. Саме так і з’явилась мікросервісна архітектура, що пропонує розподілену внутрішню логіку софту. 

У цій статті ми розглянемо суть та переваги мікросервісної архітектури в розробці ПЗ. Ви дізнаєтесь як реалізувати переваги мікросервісів для бізнесу та подолати імовірні обмеження технології. Буде корисно та цікаво.

Що таке мікросервісна архітектура

Почнемо з найпростішого визначення: мікросервісна архітектура (Micro Service Architecture, MSA) – це підхід до створення програмних продуктів, що будується на реалізації незалежних одне від одного модулів (мікросервісів). 

Кожен такий модуль невеликий і націлений на вирішення лише одного бізнес-завдання. Мікросервіси тісно взаємодіють одне з одним через спеціалізовані інтерфейси, зберігаючи при цьому незалежність та власну монолітність. Кожен мікросервіс можна оновлювати, змінювати, розгортати та масштабувати без ризиків для цілісності та працездатності системи. 

У мікросервісної архітектури немає винахідника або родоначального продукту. Цей підхід поступово та природно набував популярності у розробці ПЗ протягом минулих 20 років. З ускладненням софту та масовим поширенням мережі бізнес почав все частіше покладатися на розподілені системи для підтримки своїх веб-сервісів.  Як приклад: будь-яка сучасна стрімінгова платформа складається з мікросервісів: один відповідає за відтворення відео через мережу, другий – за механізми рекомендації контенту, третій – за аналітику, четвертий – за обробку платежів тощо. Реалізувати такий складний продукт в монолітній архітектурі було б неможливо.

Сьогодні без мікросервісів неможливо уявити сучасний світ IT: на них покладаються продукти Meta, Amazon, Spotify, Uber,  Netflix Google – цей перелік можна продовжувати до нескінченності. 

Бізнес активно застосовує мікросервіси у завданнях аналітики даних та бізнес-розвідки, розгортання та підтримки баз даних, менеджменту відносин з клієнтами, обробки транзакцій, реалізації сервісу для користувачів, ведення фінансів, HR тощо. Згідно з опитуванням, проведеним IBM Market Development & Insights, 87% ІТ-керівників та технічних фахівців в компаніях переконані, що зусилля та витрати на впровадження мікросервісів варті того.

Мікросервісна та монолітна архітектура: в чому відмінності

Чому мікросервісна архітектура користується таким успіхом? Розберемо її ключові відмінності від монолітного підходу. 

• Розробка. Монолітна архітектура – найпростіша форма розробки, яка практично не потребує попереднього планування. Розробники можуть просто написати кодову базу. На старті це набагато простіше за мікросервісний підхід.

• Розгортання. Зазвичай розгортання монолітних додатків простіше за розгортання мікросервісів: розробники одразу встановлюють усю базу коду. Але при такому підході й ціна помилок є високою: будь-яка серйозна проблема може зірвати розгортання. 

• Налагодження. Пошук помилок в коді монолітного додатку загалом простіший, адже розробник має змогу аналізувати проблеми в одному середовищі. При мікросервісах він матиме справу з декількома відокремленими середовищами.

• Модифікації. Вносити зміни у монолітне ПЗ складно, адже будь-яка модифікація може зачепити безліч компонентів додатку. Відтак після внесення змін весь додаток доведеться тестувати та розгортати наново. Мікросервіси розв’язують цю проблему. 

• Масштабування. Спроби масштабувати монолітну архітектуру можуть бути дуже проблематичними, адже усі функції додатку реалізовані в єдиній кодовій базі. Розробник не матиме змоги ефективно масштабувати окремі функції, не порушуючи роботи всього додатку. Але це дозволяють робити мікросервіси. 

Переваги мікросервісної архітектури

Отже, мікросервісна архітектура ПЗ може надати безліч переваг та зручностей розробникам. Але що це означає для бізнесу? Розберемо її ключові переваги. 

• Гнучкість у виборі технологічного стеку. 

Кожен компонент в мікросервісній архітектурі працює як невеликий окремий додаток, який можна реалізувати на будь-яких фреймворках, мовах програмування та інструментах. Відтак бізнес може обирати оптимальні технології під будь-яке завдання та уникати зайвих компромісів, спричинених застарілим стеком вже наявного продукту чи несумісністю окремих технологій. Це робить кінцевий продукт більш рентабельним та ефективним. 

• Ефективність оновлень та міграції 

Можливість швидко мігрувати на більш сучасні технології – одна з головних переваг MSA для додатків, що стрімко розвиваються. Компанії можуть швидко впроваджувати нові фреймворки та інструменти, коли мають справу з окремими модулями, а не з великою монолітною кодовою базою. Тож оновлення системи стає швидким, рентабельним та ефективним. Проєкт уникає технічного боргу та пов'язаних з ним витрат. 

• Масштабованість 

Безсумнівно, однією з найсильніших переваг мікросервісної архітектури є практично необмежена здатність до зростання. Автономні сервіси можна масштабувати відокремлено від інших компонентів системи, залежно від навантаження та вимог до обчислювальної потужності. Відтак вартість масштабування системи буде відносно невисокою. Додавати нові сервіси та функції до модульної системи простіше та економічно вигідніше, ніж масштабувати монолітний продукт. 

• Гнучкість та швидкість 

Мікросервісну архітектуру можна розвивати вибірково. Це допомагає компаніям оптимально розподіляти час та ресурси, оперативно зосереджуючись на тому функціоналі, який відповідає потребам бізнесу тут і зараз. Замість того, щоб інвестувати в повномасштабну тривалу розробку або оновлення комплексної монолітної системи, бізнес може швидко запускати та масштабувати критично важливі для нього мікросервіси. 

• Автоматизоване розгортання та придатність до підтримки

Продукт на базі мікросервісів набагато простіше підтримувати та обслуговувати, адже модифікації в одному модулі не зачіпають усієї системи. Кожен мікросервіс може оновлюватися і розгортатися незалежно від інших. Сучасні інструменти DevOps та кращі практики CI/CD для автоматизованого розгортання дозволяють пристосувати цей процес до мінливих потреб будь-якої команди. Натомість підтримка монолітного додатку легко може перетворитися на хаос, особливо якщо проєкт має тривалу історію та проблемну документацію.

• Надійність та мінімізація ризиків

Мікросервісна архітектура відрізняється стабільністю та відмовостійкістю, оскільки усі її компоненти є автономними. Якщо в одному з сервісів виникне збій, то він щонайменше не вплине на роботу інших модулів, та не спричинить суттєвих проблем для системи в цілому. Відтак це найкращий вибір для завдань сучасного бізнесу, який потребує високого рівня безпеки та стабільності. 

• Оптимізація часу та коштів на розробку

Попри те, що побудова мікросервісної інфраструктури потребує суттєвих витрат на старті проєкту, цей підхід загалом довів свою економічну ефективність на практиці. У перспективі бізнес може заощадити завдяки модульній архітектурі софту значні кошти, адже вона прискорює виведення продукту на ринок, спрощує оновлення та підтримку тощо. Понад те, гнучка природа мікросервісних проєктів дозволяє гнучко будувати команду, залучаючи внутрішніх розробників та зовнішніх фахівців за мірою необхідності. 

Відтак не варто недооцінювати значення мікросервісної архітектури для бізнесу. Сьогодні це один з потужних факторів рентабельності та ефективності будь-якого IT-продукту.   

З чого складається мікросервісна архітектура?

Більшість фахівців виокремлюють 8 ключових компонентів мікросервісної архітектури, які необхідні для побудови масштабованого та гнучкого середовища. Назвімо їх.

Виявлення сервісів (Service Discovery)

Додатки на базі мікросервісів зазвичай працюють у віртуалізованому чи контейнеризованому середовищі. Кількість екземплярів (інстансів) сервісів та їхня локація динамічно змінюються. Відтак системі необхідно розуміти, як знайти ці інстанси, та як вони називаються, аби направляти правильні запити до цільового мікросервіса. Саме тут стає корисним підхід Service Discovery. 

Йдеться про механізм автоматичного виявлення та реєстрації доступних в мережі сервісів. Service Discovery працює як реєстр для відстеження адрес всіх інстансів, аби надати змогу сервісам знаходити одне одного без необхідності жорсткої прив'язки до конкретних IP-адрес чи портів. Це робить масштабування та управління мікросервісами більш гнучкими та зручними. Зазвичай для реалізації  Service Discovery застосовуються спеціалізовані інструменти, такі як Consul, Etcd, ZooKeeper, або ж вбудовані можливості комплексних хмарних платформ. 

Балансувальник навантаження (Load Balancer)

Однією з найважливіших причин появи та розвитку мікросервісної архітектури стала потреба в горизонтальному масштабуванні ПЗ. Сучасні додатки створюють декілька інстансів сервісу, аби впоратися з величезним трафіком запитів. Але тут ключове значення має ефективний розподіл запитів між інстансами, цей процес і називається балансуванням навантаження. 

Тож балансувальник навантаження (Load Balancer) – це компонент, що розподіляє вхідний мережевий трафік між декількома інстансами сервісу, аби забезпечити оптимальну завантаженість й забезпечити швидкодію та відмовостійкість системи. Load Balancer може працювати на рівні додатку (наприклад, HTTP-запитів), або на рівні мережі, наприклад, TCP-з'єднань. Також Load Balancer може забезпечувати низку додаткових можливостей, таких як моніторинг здоров’я сервісів та  SSL-термінація. 

Для балансування навантаження часто застосовуються інструменти на кшталт HAProxy, Envoy та NGINX, або ж вбудовані інструменти хмарних скейлерів. 

Шлюз (API Gateway)

API Gateway у мікросервісній архітектурі - це серверний компонент, який виступає єдиною точкою входу для клієнтів, забезпечуючи управління, моніторинг, аутентифікацію, авторизацію, маршрутизацію і перетворення запитів до різних сервісів. Саме цей хаб  дає змогу об'єднати різні мікросервіси в єдине ціле для зовнішніх клієнтів, приховуючи складність внутрішньої структури системи. Відтак він має величезне значення для побудови якісного UX та безпеки мікросервісного середовища.

API Gateway також може виконувати додаткові функції, такі як кешування, обмеження швидкості, перетворення даних і забезпечення безпеки. Це спрощує розробку клієнтських застосунків, оскільки клієнти взаємодіють тільки з шлюзом, тоді як внутрішні мікросервіси можна змінити або масштабувати без впливу на зовнішніх клієнтів. Можливості API Gateway надають такі інструменти як NGINX, MuleSoft Anypoint Platform, Kong, Apigee, Spring Cloud Gateway інструменти веб-сервісів Amazon тощо. 

Автовимикач (Circuit Breaker)

Це патерн роботи з помилками, який запобігає повторним запитам до проблемного мікросервісу (наприклад, він не відповідає, або має проблеми з функціональністю). Цей механізм працює за принципом автоматичного вимикача для захисту електромережі від надмірного навантаження.

Коли сервіс починає видавати помилки або не відповідати, Circuit Breaker "вимикає" доступ до цього модуля на певний період часу, щоб запобігти перевантаженню і прискорити відновлення. Це дає змогу уникнути накопичення запитів і покращує відмовостійкість системи. Коли сервіс відновлюється, Circuit Breaker "вмикає" доступ до нього знову. Цей патерн допомагає керувати відмовами та підвищує надійність мікросервісів.

Для захисту мікросервісних додатків широко застосовуються такі бібліотеки та платформи як Hystrix, Resilience4j, Sentinel тощо. Вони пропонують комплексні можливості управління трафіком та патернами відмовостійкості. 

Моніторинг сервісів (Service Monitoring)

Аби управління додатком було ефективним, його показники мають бути наочними та доступними для сприйняття. Саме це завдання вирішують компоненти моніторингу мікросервісів (Service Monitoring). Вони покликані забезпечити процес збору, аналізу та візуалізації даних про роботу мікросервісів.

Моніторинг має критичне значення для забезпечення продуктивності, доступності, надійності та безпеки системи. Він дає змогу оперативно виявляти проблеми, відстежувати ключові метрики, вживати заходів для поліпшення роботи системи та ухвалювати якісні стратегічні рішення, засновані на даних. 

Для реалізації Service Monitoring у мікросервісній архітектурі використовують різні інструменти, такі як Prometheus, Grafana, ELK Stack, Datadog, New Relic тощо. Такі платформи дають змогу відстежувати метрики продуктивності, журнали подій, трасування запитів та інші дані, необхідні для забезпечення ефективної роботи мікросервісів у контейнеризованих та розподілених середовищах. 

Оркестрування сервісів (Service Orchestration)

Врешті роботу усіх сервісів необхідно скоординувати та інтегрувати в єдиний процес для втілення певної бізнес-логіки. Саме для цього у мікросервісній архітектурі передбачені механізми Service Orchestration. Вони охоплюють управління послідовністю викликів мікросервісів, передачу даних між ними, обробку помилок і забезпечення цілісності транзакцій тощо.

В рамках Service Orchestration певний центральний сервіс надсилає команди іншим мікросервісам, забезпечує їхню координацію та контролює результати взаємодії, аби вони відповідали бізнес-логіці. Таке оркестрування може бути реалізовано з використанням спеціалізованих інструментів, таких як Apache Camel, Netflix Conductor, AWS Step Functions, Microsoft Azure Logic Apps та інших. 

Оркестування дозволяє додатку бути цілісним та ефективним, попри розподілену внутрішню логіку. Воно спрощує залежності між мікросервісами, усуває конфлікти, дозволяє вдосконалити бізнес-логіку додатку як таку. 

Це лише базові компоненти мікросервісної архітектури, які так чи інакше характерні для усіх продуктів. На практиці кожен компонент можна додатково деталізувати, визначаючи окремі елементи. 

Виклики та обмеження мікросервісної архітектури

Було б несправедливо говорити лише про переваги мікросервісної архітектури, ігноруючи при цьому слабкі місця. Як і будь-яка технологія, MSA має власні обмеження. Назвімо їх.

• Високий поріг стартових витрат

Хоча в довгостроковій перспективі мікросервісна модель допомагає заощадити, на старті проєкту бізнесу доведеться інвестувати у відповідну хостингову інфраструктуру та залучити фахову команду фахівців для розгортання розподіленої архітектури з нуля. Не кожен бізнес має на це відповідний час та ресурси. Є й компанії, яким потрібне максимально швидке та економне рішення.

• Менеджмент API виходить на перший план

Кожен мікросервіс має власний API, а сучасні комплексні додатки можуть покладатися на десятки, якщо не сотні мікросервісів. Тож контроль над усіма цими інтерфейсами стає критично важливим, і за неякісного менеджменту може стати слабким місцем продукту. Варто побудувати таку модель, що буде гарантувати повну сумісність та автоматичну керованість усіх API.

• Високий рівень складності

Налагодження додатку з мікросервісною архітектурою, при усіх її плюсах, може бути доволі складним та потребує потужних інструментів автоматизації. Кожен мікросервіс – це фактично окремий додаток, з власними логами. До пошуку багів необхідно залучити досвідчених фахівців, що вміють виявляти проблеми в розподілених системах. 

• Інтеграційне тестування

Юніт-тестування в мікросервісній архітектурі стає більш зручним та контрольованим. З інтеграційним тестуванням усе інакше. Перед тестувальниками виникають проблеми розподіленості ресурсів, різноманітних залежностей, керування даними, узгодженості транзакцій та запитів тощо. 

Ці недоліки вимагають уважного планування, проєктування та управління, щоб забезпечити успішну реалізацію мікросервісної архітектури.

Розробка мікросервісних рішень з WEZOM 

Наша команда вже 25 років розробляє цифрові продукти та рішення для бізнесу. Нам довіряють компанії зі сфер виробництва, логістики, eCommerсe, енергетики тощо. Клієнти у цих індустріях потребують надійних, стабільних та безпечних рішень з кастомним функціоналом. Тож ми добре опанували реалізацію мікросервісної архітектури під будь-які продукти та завдання: від корпоративних ERP-платформ, до комплексних мобільних та веб-додатків. 

Наша команда не просто вміє будувати інфраструктуру з мікросервісів, а й розробляє власні мікросервіси під специфічні завдання бізнесу. Приміром, не так давно ми побудували власний сервіс для користувацького чату, аби використовувати його в нових продуктах. 

Якщо вас цікавлять подібні рішення, то ви опинилися на правильній сторінці. Звертайтесь по консультацію до наших фахівців просто зараз. Вони радо допоможуть знайти правильне рішення під будь-яке завдання вашого бізнесу. 

Підсумки

Сьогодні мікросервісна архітектура програмного забезпечення стала золотим стандартом побудови IT-продуктів. Саме на ній побудовані продукти, якими ми користуємось щодня: Facebook, Amazon, Uber, Netflix, Google тощо. 

Мікросервісний підхід забезпечує бізнесу гнучкість у виборі технологічного стеку, ефективність оновлень та міграції, масштабованість, гнучкість та швидкість розвитку, автоматизоване розгортання та придатність до підтримки, надійність та мінімізацію ризиків, оптимізацію часу та коштів на розробку тощо.

Але разом з тим технологія має й низку обмежень, таких як такі як високий поріг стартових витрат, складність менеджменту API, високий рівень складності та тестування. Тож до створення додатку на мікросервісах варто долучити по-справжньому фахову та досвідчену команду розробників.

FAQ

Що таке мікросервісна архітектура?

Мікросервісна архітектура (Micro Service Architecture, MSA) - це підхід до розробки програмних продуктів, що базується на розподіленні внутрішньої логіки софту на невеликі незалежні модулі, які називаються мікросервісами. Кожен мікросервіс вирішує лише одне бізнес-завдання і взаємодіє з іншими мікросервісами через спеціалізовані інтерфейси. Цей підхід дозволяє швидко оновлювати, змінювати, розгортати та масштабувати окремі компоненти без впливу на решту системи.

В чому переваги мікросервісної архітектури?

Мікросервісний підхід надає бізнесу гнучкість у виборі технологій для продукту, простоту його оновлення та міграції, широкі можливості масштабування, спрощене забезпечення стабільності системи тощо. Загалом MSA допомагає мінімізувати витрати часу й коштів на розробку й подальшу підтримку додатку. 

Які складові мікросервісної архітектури?

Загалом до складових мікросервісної архітектури відносять такі базові компоненти як механізми виявлення сервісів, балансувальники навантаження, шлюзи API, “автовимикачі”, засоби моніторингу та оркестрування сервісів тощо. Усі ці компоненти можна розглядати окремо, деталізуючи окремі складники архітектури в окремо взятому додатку.