Когда, почему и как совершить переход

от

Вы должны хорошо подумать, прежде чем принимать решение о переносе монолитного приложения на эквивалент микросервисов. Упущение правильного момента для перехода на новый уровень может привести к значительному отставанию от конкурентов.

В последние годы переход от монолитной к микросервисной архитектуре стал популярной тенденцией в разработке программного обеспечения. Поскольку организации стремятся улучшить масштабируемость и гибкость своих приложений, переход от монолитной архитектуры к архитектуре микросервисов становится все более популярным вариантом. Но что именно представляет собой этот переход и почему он может быть правильным выбором для вашей организации?

В этой статье рассматриваются различия между монолитной, N-уровневой и микросервисной архитектурами. Также обсуждается, когда и как переходить на архитектуру микросервисов.

Давайте погрузимся! 😀

Что такое монолитная архитектура?

Монолитная архитектура — это шаблон проектирования программного обеспечения, в котором все приложение строится как единая автономная единица. В монолитной архитектуре все компоненты приложения, включая пользовательский интерфейс, бизнес-логику и хранилище данных, объединены в единую кодовую базу.

Плюсы 👍

  • Простота: монолитную архитектуру легко понять и с ней легко работать.
  • Простое развертывание: монолитное приложение представляет собой единое целое, что упрощает его развертывание.
  • Улучшенная производительность: обмен данными между компонентами в монолитном приложении происходит быстрее, что приводит к повышению производительности.
  • Экономия затрат: разработка монолитной архитектуры может быть дешевле, чем разработка других архитектур.
  • Знакомство: многие разработчики знакомы с монолитными архитектурами и могут предпочесть этот подход.

Минусы 👎

  • Проблемы гибкости: изменение одного компонента может повлиять на всю систему в монолитной архитектуре.
  • Трудности масштабирования. Масштабирование монолитного приложения требует масштабирования всей системы.
  • Более высокие затраты на обслуживание: поддержка монолитной архитектуры может быть дорогостоящей и трудоемкой по мере роста и усложнения приложения.
  • Ограниченное повторное использование кода. Повторное использование кода в разных частях приложения в монолитной архитектуре может оказаться непростой задачей.

Что такое многоуровневая архитектура?

В многоуровневой архитектуре мы делим систему на несколько слоев или уровней. Эти слои работают вместе для выполнения определенной функции. Во-первых, каждый уровень отвечает за один конкретный аспект системы. Затем они общаются друг с другом для выполнения задачи.

В целом, эта архитектура работает над разделением проблем и использует уровни для каждой конкретной задачи. Например, на следующем изображении показана трехуровневая архитектура типичного приложения MVC. Уровень модели обрабатывает источники данных, а представление служит уровнем представления. Контроллер действует как обработчик между моделью и слоями представления.

Типичная трехуровневая архитектура MVC.

Плюсы 👍

  • Улучшенная безопасность: различные уровни приложений усложняют злоумышленникам доступ к конфиденциальным данным или функциям.
  • Улучшенная масштабируемость. Уровни можно масштабировать независимо друг от друга, что упрощает обработку увеличения использования или нагрузки на систему.
  • Улучшенная ремонтопригодность: разделение задач в многоуровневой архитектуре упрощает обслуживание и обновление различных частей приложения.
  • Повышенная гибкость: модульная архитектура обеспечивает большую гибкость при добавлении или изменении функций. Кроме того, интеграция с другими системами также упрощается.
  • Расширенное повторное использование кода. Многоуровневый дизайн поддерживает модульность. Вы можете использовать один и тот же уровень бизнес-логики с разными уровнями представления.

Минусы 👎

  • Повышенная сложность: использование нескольких уровней может усложнить систему, затруднив ее понимание и обслуживание.
  • Увеличение времени разработки: построение многоуровневой архитектуры может занять больше времени, чем одноуровневой архитектуры, из-за дополнительных уровней и связи между ними.
  • Увеличение усилий по развертыванию и настройке: развертывание и настройка многоуровневой системы может быть более трудоемкой и сложной, чем одноуровневая система.
  • Повышенные требования к оборудованию и инфраструктуре. Для правильной работы многоуровневой архитектуры может потребоваться больше ресурсов оборудования и инфраструктуры.
  • Увеличение усилий по тестированию: тестирование многоуровневой системы может быть более сложным и трудоемким из-за дополнительных уровней и связи между ними.

Что такое микросервисная архитектура?

Архитектура микросервисов разбивает приложение на небольшие независимые сервисы, которые взаимодействуют через API.

Микросервисы

Такой подход обеспечивает большую гибкость и масштабируемость, поскольку каждую услугу можно разрабатывать и развертывать независимо. Кроме того, масштабирование вверх или вниз в соответствии со спросом становится проще. Таким образом, архитектура микросервисов особенно хорошо подходит для облачных сред, где ресурсы можно быстро выделять и освобождать по мере необходимости.

Плюсы 👍

  • Масштабируемость. Микросервисы могут масштабироваться независимо друг от друга, что позволяет масштабировать определенные части приложения по мере необходимости.
  • Отказоустойчивость: в случае сбоя одной микрослужбы другие службы могут продолжать работу. Это повышает общую устойчивость приложения.
  • Модульность: вы можете разрабатывать, тестировать и развертывать каждый микросервис независимо. Таким образом, изменение или обновление отдельных служб становится более управляемым.
  • Гибкость. Благодаря микросервисам у вас есть возможность выбирать разные технологии для разных сервисов. Таким образом, это позволяет вам использовать лучшие инструменты для каждой работы.
  • Простота развертывания. Вы можете развертывать микросервисы независимо друг от друга, что упрощает развертывание новых версий приложения.

Минусы 👎

  • Повышенная сложность: управление несколькими независимыми службами может быть более сложным.
  • Более высокие требования к ресурсам. Для запуска многих служб может потребоваться больше ресурсов и инфраструктуры.
  • Увеличение накладных расходов на связь: для связи между службами требуются API.
  • Повышенная сложность тестирования и развертывания. Тестирование и развертывание многих сервисов могут быть сложными.

Монолитный, многоуровневый и микросервисный

В следующей таблице приведены все основные различия:

Comparison MetricMonolithic ArchitectureMulti-tier ArchitectureMicroservices ArchitectureComplexitySimplestMore ComplexMost ComplexNetwork TrafficMinimalMinimal (as long as tiers are on the same network)MaximumDevelopment TimeLesserMore than monolithicMore than multi-tierReuse of CodeLesserMaximumMinimumDependency on DevOpsNoNoHighDifficulty in Global Testing & DebuggingNoNoYesEase Level in ScalabilityLowMediumHighDeployment TimeLessHighLessEase level in maintenance and updatingLowMediumHighTime to MarketSlowerSlowerFasterFault tolerance уровеньНизкийНизкийВысокийУровень модульностиНизкийСреднийВысокийУровень независимости от развертыванияНизкийНизкийВысокийСравнение монолитных, многоуровневых и микросервисных архитектур

От монолита к микросервисам: какое подходящее время для перехода

На этот вопрос нет универсального ответа, поскольку решение о переходе от монолитной к микросервисной архитектуре будет зависеть от конкретных потребностей и целей вашего приложения. Вот несколько факторов, которые следует учитывать при принятии решения о переходе:

  • Размер и сложность приложения. Архитектура микросервисов может упростить разработку и обслуживание, если ваше приложение большое и сложное, со многими взаимосвязанными компонентами. Однако монолитной архитектуры может быть достаточно, если ваше приложение относительно небольшое и простое.
  • Требуемый уровень масштабируемости. Если ваше приложение должно быстро и легко масштабироваться для удовлетворения меняющихся требований, архитектура микросервисов может быть лучшим выбором. Поскольку микросервисы могут масштабироваться независимо друг от друга, вы можете масштабировать определенные части своего приложения в соответствии со своими потребностями.
  • Требуемый уровень гибкости: если вам нужно иметь возможность изменять или обновлять отдельные компоненты приложения, не затрагивая все приложение, лучшим выбором может быть архитектура микросервисов. Это связано с тем, что каждый микросервис можно разрабатывать, тестировать и развертывать независимо.
  • Ресурсы, доступные для разработки и обслуживания: если у вас есть большая команда с навыками и ресурсами для разработки и поддержки архитектуры микросервисов, это может быть хорошим выбором для вашего приложения. Однако монолитная архитектура может быть более управляемой, если ваша команда невелика или не имеет необходимых навыков.

От монолита к микросервисам: успешный путь

В конечном итоге решение о переходе от монолитной архитектуры к микросервисной архитектуре будет зависеть от конкретных потребностей и целей вашего приложения. Важно тщательно оценить плюсы и минусы каждого архитектурного стиля и выбрать тот, который лучше всего соответствует потребностям вашего приложения.

Вы можете ожидать, что практические примеры позволят оценить, как крупные компании принимают решения о миграции. Давайте обсудим тематические исследования Amazon и Netflix, чтобы узнать, как они определили правильное время для миграции.

Тематическое исследование Амазонки

Amazon — известный гигант розничной торговли, который изначально использовал монолитную архитектуру для своего веб-сайта. Однако по мере роста кодовой базы и увеличения числа разработчиков, работающих на платформе, распутывать зависимости и вносить изменения или обновления в платформу становилось все труднее. Это привело к задержкам в разработке и проблемам с кодированием, а также затруднило масштабирование платформы для удовлетворения потребностей быстрорастущей клиентской базы.

Чтобы решить эти проблемы, Amazon разбил свои монолитные приложения на более мелкие, независимо работающие приложения для конкретных служб. Это включало анализ исходного кода и извлечение блоков кода, которые служили одной функциональной цели, включение их в интерфейс веб-службы и назначение права собственности на каждую службу команде разработчиков.

Источник: график зависимости сервиса Amazon в реальном времени.

Подход с использованием микросервисов позволил Amazon легко вносить изменения и обновления в свою платформу. Кроме того, это позволяло масштабировать определенные компоненты по требованию. Несмотря на трудности, связанные с переходом, преимущества архитектуры микросервисов были значительными. Платформа электронной коммерции Amazon в настоящее время ежедневно обрабатывает более 2,5 миллиардов поисковых запросов и включает миллионы товаров от сотен тысяч продавцов.

Тематическое исследование Нетфликс

Netflix — очень популярная и известная компания в настоящее время. Он доступен в 190 странах и имеет более 223 миллионов платных пользователей по состоянию на 2022 год.

В 2008 году Netflix столкнулся с серьезным повреждением базы данных, и проблема сохранялась в течение 3 долгих дней. Это был момент, когда компания осознала проблемы единичных отказов монолитной конструкции. Таким образом, Netflix постепенно перешел от монолитной к облачной архитектуре микросервисов, используя веб-сервисы Amazon.

Netflix потребовались годы, чтобы перенести свои клиентские и неклиентские приложения. Тем не менее, преимущества огромны. Ежемесячное количество часов просмотра компании резко увеличилось в 1000 раз в период с 2008 по 2015 год, что привело к высоким доходам и прибыли.

Как вручную перенести ваше приложение с монолитной на микросервисную архитектуру

Существует несколько шагов, которые вы можете выполнить для миграции (вручную) вашего приложения с монолитной на микросервисную архитектуру:

  • Определите бизнес-возможности вашего приложения. Первым шагом в процессе миграции является определение различных бизнес-возможностей вашего приложения. На этом этапе необходимо проанализировать, можно ли реализовать эти возможности как независимые микросервисы.
  • Разбейте приложение на микросервисы: после того, как вы определили бизнес-возможности своего приложения, вы можете приступить к разделению приложения на микросервисы. Это может включать рефакторинг базы кода для разделения различных возможностей на независимые службы.
  • Разработайте интерфейсы между микрослужбами. Каждая микрослужба должна взаимодействовать с другими микрослужбами через четко определенные интерфейсы или API. Важно тщательно проектировать эти интерфейсы, чтобы обеспечить простоту их использования и обслуживания.
  • Внедрение микросервисов: после того, как вы разделили приложение на микросервисы и разработали интерфейсы между ними, вы можете приступить к их реализации. Это может включать создание новых сервисов или рефакторинг существующего кода для соответствия архитектуре микросервисов.
  • Тестируйте и развертывайте микросервисы. После того, как вы внедрили микросервисы, важно тщательно их протестировать, чтобы убедиться, что они работают должным образом. Затем вы можете развернуть микросервисы в рабочей среде по отдельности или в группе.
  • Перенесите данные: если ваше приложение использует базу данных или другую систему хранения данных, вы должны перенести данные из монолитного приложения в микрослужбы. Кроме того, вам может потребоваться разработать новые модели данных или реорганизовать существующие данные, чтобы они соответствовали архитектуре микрослужб.

    • В целом переход от монолитной к микросервисной архитектуре может быть сложным и трудоемким. Чтобы обеспечить успех, важно тщательно спланировать и выполнить миграцию.

    Удобные инструменты для миграции с монолита на микросервисы

    Существует несколько инструментов, которые могут помочь в процессе разложения монолитного приложения на микросервисы. Например, IBM Mono2Micro, Decomposition Tool и Decomposer — самые популярные инструменты, помогающие в процессе декомпозиции.

    Эти инструменты предоставляют набор автоматизированных или полуавтоматических механизмов для идентификации микросервисов и рефакторинга кода. Кроме того, они помогают настраивать и управлять инфраструктурой, необходимой для размещения микросервисов.

    Автоматическая декомпозиция для перехода от монолита к микросервисам: футуристическая тенденция

    Последний бум искусственного интеллекта и машинного обучения произвел революцию в традиционных подходах к решению наших задач. Разве не было бы замечательно, если бы машины могли выполнять сложные монолитные задачи декомпозиции микросервисов?

    Хотя может показаться, что ИИ легко использовать для разложения монолитного приложения на микросервисы. Тем не менее, это путь, полный испытаний. Вот почему вы найдете лишь несколько полных исследований по этой задаче.

    Абдулла и др. др. предложил неконтролируемый подход к обучению для автоматической декомпозиции веб-приложений на микросервисы. На следующей концептуальной диаграмме показана общая работа процесса автоматической декомпозиции.

    Источник: Абдулла, М., Икбал, В., и Эрради, А. (2019). Неконтролируемый подход к обучению автоматической декомпозиции веб-приложений на микросервисы. Журнал систем и программного обеспечения, 151, 243-257.

    Процесс автоматического разложения состоит из трех простых шагов.

    Шаг 01. Доступ к журналам доступа к URI

    Каждая веб-страница на веб-сайте имеет уникальный универсальный идентификатор ресурса (URI). К счастью, веб-серверы, на которых размещены такие приложения, ведут журналы доступа (например, время отклика и размер документа) к этим URI. Первым шагом является сбор этих журналов доступа.

    Шаг 02: Примените алгоритм кластеризации ML

    Алгоритм кластеризации — это неконтролируемый метод машинного обучения, который при заданном наборе точек данных создает K кластеров, имеющих точки данных схожей природы. Этот алгоритм кластеризации при подаче исторических данных журналов доступа создает кластеры URI с одинаковым временем доступа и размером документа ответа.

    Шаг 03. Развертывание кластеров в микросервисы

    Вы можете создать микросервис для каждого кластера URI. Затем вы можете развернуть эти микросервисы в любой облачной инфраструктуре.

    Примечание. Этот метод автоматической декомпозиции характерен для монолитных веб-приложений и представлен только для того, чтобы дать вам представление о последних тенденциях той эпохи.

    Рекомендации по переходу с монолитной на микросервисную архитектуру

    Вот несколько рекомендаций, которым следует следовать при переходе с монолитной архитектуры на микросервисную:

    • Начните с малого: часто лучше всего начать с переноса небольшой автономной части приложения на архитектуру микросервисов. Это позволяет вам учиться на процессе и вносить необходимые коррективы, прежде чем приступать к более крупным частям приложения.
    • Определите правильные микросервисы. Тщательно определите бизнес-возможности вашего приложения. Также необходимо определить, реализуемы ли эти возможности как независимые микрослужбы.
    • Создавайте понятные интерфейсы. Убедитесь, что интерфейсы между микросервисами четко определены и просты в использовании. Это упростит разработку и обслуживание микросервисов.
    • Используйте контейнеры. Контейнеры упрощают развертывание микросервисов и управление ими, позволяя упаковать микросервис и его зависимости вместе в единый автономный модуль.
    • Используйте инфраструктуру, удобную для микросервисов. Для поддержки архитектуры микросервисов вам потребуется инфраструктура, способная справляться с возросшей сложностью и трафиком, генерируемым микросервисами. Это может включать использование таких технологий, как сервисные сетки, шлюзы API и распределенная трассировка.
    • Тщательное тестирование. Тщательно протестируйте микросервисы, чтобы убедиться, что они работают должным образом и что интерфейсы между ними работают правильно.
    • Мониторинг и управление микрослужбами. Важно отслеживать их производительность и работоспособность и принимать соответствующие меры в случае возникновения проблем. Это может включать использование таких инструментов, как анализ журнала, мониторинг производительности и отслеживание ошибок.

    Короче говоря, тщательное планирование и выполнение являются ключом к успешной миграции. Следуя этим передовым методам, вы можете гарантировать, что миграция пройдет гладко, выполняя саму цель.

    Заключение

    Архитектура микросервисов является наиболее гибкой и масштабируемой архитектурой для современной эпохи облачных вычислений. Это позволяет вам масштабировать определенные части приложения по мере необходимости, а также изменять или обновлять отдельные службы, не затрагивая все приложение. Однако его также может быть сложнее разрабатывать и поддерживать.

    В конечном итоге выбор стиля архитектуры будет зависеть от конкретных потребностей и целей вашего приложения. Факторы, которые следует учитывать, включают размер и сложность приложения, требуемый уровень масштабируемости и гибкости, а также ресурсы, доступные для разработки и обслуживания.