Перш ніж зважитися на перехід від монолітної програми до її мікросервісної альтернативи, слід ретельно обміркувати всі “за” і “проти”. Неправильний вибір моменту для такого кроку може призвести до значного відставання від конкурентів.
В останні роки спостерігається тенденція переходу від монолітної архітектури до мікросервісної в розробці програмного забезпечення. Організації, прагнучи покращити масштабованість та гнучкість своїх програмних продуктів, все частіше обирають саме цей підхід. Але що ж таке цей перехід на практиці і чому він може стати оптимальним рішенням для вашої компанії?
У цій статті ми розглянемо відмінності між монолітною, багаторівневою та мікросервісною архітектурами. Також ми обговоримо, коли і як правильно здійснити перехід на мікросервісну архітектуру.
Тож почнемо! 😀
Що таке монолітна архітектура?
Монолітна архітектура – це модель розробки програмного забезпечення, де вся програма створюється як єдине, самостійне ціле. В такій архітектурі всі компоненти програми, включаючи інтерфейс користувача, бізнес-логіку та сховище даних, інтегровані в одну кодову базу.
Переваги 👍
- Простота: Монолітну архітектуру легко зрозуміти та з нею просто працювати.
- Легке розгортання: Оскільки монолітна програма є єдиним блоком, її розгортання є досить простим.
- Висока продуктивність: Взаємодія між компонентами в межах монолітної програми відбувається швидко, що сприяє підвищенню продуктивності.
- Економія коштів: Розробка монолітної архітектури може виявитися дешевшою в порівнянні з іншими архітектурами.
- Звичність: Багато розробників знайомі з монолітними архітектурами і можуть віддавати перевагу саме цьому підходу.
Недоліки 👎
- Обмеження гнучкості: Зміна одного компонента в монолітній архітектурі може вплинути на всю систему.
- Складнощі з масштабуванням: Масштабування монолітної програми вимагає збільшення потужності всієї системи.
- Високі витрати на обслуговування: Зі збільшенням розміру та складності програми підтримка монолітної архітектури може стати дорогою та трудомісткою.
- Обмежене повторне використання коду: Повторне використання коду в різних частинах монолітної програми може бути складним.
Що таке багаторівнева архітектура?
У багаторівневій архітектурі система поділяється на кілька рівнів, кожен з яких виконує певну функцію. Ці рівні взаємодіють між собою для виконання задач. Кожен рівень відповідає за конкретний аспект системи та спілкується з іншими для досягнення загальної мети.
Ця архітектура орієнтована на розподіл задач і використовує рівні для кожної окремої задачі. Наприклад, на зображенні нижче представлено 3-рівневу архітектуру типової програми MVC. Рівень моделі займається обробкою джерел даних, а рівень View відповідає за представлення. Контролер виступає посередником між рівнями моделі та представлення.
Переваги 👍
- Підвищена безпека: Розподіл програми на різні рівні ускладнює доступ зловмисникам до конфіденційних даних або функцій.
- Краща масштабованість: Рівні можна масштабувати незалежно, що спрощує роботу зі збільшенням використання або навантаження на систему.
- Покращена підтримка: Розділення функцій у багаторівневій архітектурі спрощує обслуговування та оновлення різних частин програми.
- Підвищена гнучкість: Модульна архітектура забезпечує більшу гнучкість при додаванні або зміні функціоналу. Інтеграція з іншими системами також стає простішою.
- Покращене повторне використання коду: Багаторівневий дизайн підтримує модульність. Можна використовувати той самий рівень бізнес-логіки з різними рівнями представлення.
Недоліки 👎
- Підвищена складність: Використання кількох рівнів може ускладнити систему, що ускладнює її розуміння та підтримку.
- Збільшений час розробки: Створення багаторівневої архітектури може зайняти більше часу порівняно з однорівневою через додаткові рівні та зв’язок між ними.
- Збільшені зусилля на розгортання та налаштування: Розгортання та налаштування багаторівневої системи може бути складнішим і займати більше часу, ніж однорівнева система.
- Підвищені вимоги до апаратного забезпечення та інфраструктури: Для належної роботи багаторівневої архітектури може знадобитися більше апаратних та інфраструктурних ресурсів.
- Збільшені зусилля на тестування: Тестування багаторівневої системи може бути складнішим та трудомістким через наявність додаткових рівнів та зв’язку між ними.
Що таке архітектура мікросервісів?
Архітектура мікросервісів передбачає розбиття програми на невеликі, незалежні служби, які взаємодіють між собою через API.
Цей підхід забезпечує більшу гнучкість та масштабованість, оскільки кожну службу можна розробляти та розгортати окремо. Крім того, масштабування (збільшення чи зменшення) залежно від вимог стає простішим. Таким чином, архітектура мікросервісів особливо добре підходить для хмарних середовищ, де ресурси можна швидко розподіляти та звільняти за потреби.
Переваги 👍
- Масштабованість: Мікросервіси можна масштабувати незалежно, що дозволяє збільшувати потужність окремих частин програми за потреби.
- Стійкість: Якщо один мікросервіс виходить з ладу, інші служби продовжують працювати. Це покращує загальну стійкість програми.
- Модульність: Кожен мікросервіс можна розробляти, тестувати та розгортати окремо. Модифікація або оновлення окремих служб стає більш керованою.
- Гнучкість: За допомогою мікросервісів можна обирати різні технології для різних служб, використовуючи найкращі інструменти для кожної задачі.
- Просте розгортання: Мікросервіси можна розгортати незалежно, що спрощує випуск нових версій програми.
Недоліки 👎
- Підвищена складність: Керування великою кількістю незалежних служб може бути складнішим.
- Вищі вимоги до ресурсів: Для роботи багатьох служб може знадобитися більше ресурсів та інфраструктури.
- Збільшення витрат на зв’язок: Для взаємодії між службами потрібні API.
- Підвищена складність тестування та розгортання: Тестування та розгортання великої кількості служб може бути складним.
Порівняння: Монолітна, Багаторівнева та Мікросервісна Архітектури
У таблиці нижче підсумовано основні відмінності між цими трьома архітектурами:
| Критерій | Монолітна архітектура | Багаторівнева архітектура | Мікросервісна архітектура |
| Складність | Найпростіша | Більш складна | Найскладніша |
| Мережевий трафік | Мінімальний | Мінімальний (якщо рівні в одній мережі) | Максимальний |
| Час розробки | Найменший | Більше, ніж у монолітної | Більше, ніж у багаторівневої |
| Повторне використання коду | Найменше | Максимальне | Мінімальне |
| Залежність від DevOps | Ні | Ні | Висока |
| Складність глобального тестування та налагодження | Ні | Ні | Так |
| Легкість масштабування | Низька | Середня | Висока |
| Час розгортання | Найменший | Високий | Менший |
| Легкість обслуговування та оновлення | Низька | Середня | Висока |
| Швидкість виходу на ринок | Повільніша | Повільніша | Швидша |
| Рівень відмовостійкості | Низький | Низький | Високий |
| Рівень модульності | Низький | Середній | Високий |
| Рівень незалежності розгортання | Низький | Низький | Високий |
Перехід від монолітної до мікросервісної архітектури: коли це доцільно?
Немає універсальної відповіді на це питання, оскільки рішення про перехід від монолітної до мікросервісної архітектури залежить від конкретних потреб та цілей вашої програми. Ось кілька факторів, які слід врахувати:
- Розмір і складність програми: Якщо ваша програма велика та складна з багатьма взаємопов’язаними компонентами, то мікросервісна архітектура може спростити розробку та підтримку. Якщо ж програма відносно невелика та проста, монолітної архітектури може бути достатньо.
- Необхідний рівень масштабованості: Якщо програмі потрібне швидке та легке масштабування для задоволення змінних вимог, то мікросервісна архітектура може бути кращим вибором. Мікросервіси можна масштабувати незалежно, що дозволяє адаптувати потужність окремих частин програми до ваших потреб.
- Необхідний рівень гнучкості: Якщо вам потрібно мати можливість змінювати або оновлювати окремі компоненти програми, не впливаючи на всю програму, то мікросервісна архітектура є кращим рішенням. Кожен мікросервіс можна розробляти, тестувати та розгортати незалежно.
- Доступні ресурси для розробки та обслуговування: Якщо у вас велика команда з необхідними навичками та ресурсами для розробки та підтримки мікросервісної архітектури, то це може бути хорошим вибором для вашої програми. Якщо ж ваша команда невелика або не має необхідних навичок, монолітна архітектура може бути більш керованою.
Успішні приклади переходу від монолітної архітектури до мікросервісної
Зрештою, рішення про перехід від монолітної архітектури до мікросервісної залежатиме від конкретних потреб і цілей вашої програми. Важливо ретельно оцінити переваги та недоліки кожного архітектурного стилю і обрати той, який найкраще відповідає потребам вашої програми.
Корисними є практичні приклади того, як великі компанії приймають рішення щодо міграції. Розглянемо приклади Amazon та Netflix, щоб зрозуміти, як вони визначили оптимальний момент для міграції.
Приклад Amazon
Amazon, відомий роздрібний гігант, спочатку використовував монолітну архітектуру для свого веб-сайту. Проте, зі збільшенням кодової бази та кількості розробників, які працювали над платформою, ставало дедалі складніше вирішувати залежності та вносити зміни чи оновлення на платформу. Це призводило до затримок у розробці, проблем з кодуванням та ускладнювало масштабування платформи для задоволення потреб швидко зростаючої клієнтської бази.
Щоб розв’язати ці проблеми, Amazon розбив свої монолітні додатки на менші, незалежно запущені програми для певних послуг. Це включало аналіз вихідного коду та виокремлення одиниць коду, які виконували одну функціональну задачу. Ці одиниці були об’єднані в інтерфейс веб-сервісу та за кожною службою закріпили групу розробників.
Мікросервісний підхід дозволив Amazon легко вносити зміни та оновлення на платформу. Крім того, це дозволило масштабувати певні компоненти за вимогою. Попри труднощі, пов’язані з переходом, переваги мікросервісної архітектури були значними. Сьогодні платформа електронної комерції Amazon обробляє понад 2,5 мільярда пошукових запитів щодо продуктів та включає мільйони товарів від сотень тисяч продавців.
Приклад Netflix
Netflix сьогодні є надзвичайно популярною та відомою компанією. Сервіс доступний у 190 країнах і налічує понад 223 мільйони платних користувачів станом на 2022 рік.
У 2008 році Netflix зіткнувся з серйозною проблемою – пошкодженням бази даних, яке тривало 3 довгих дні. Це був момент, коли компанія усвідомила проблеми одноточкових відмов монолітної конструкції. Тож Netflix поступово перейшов від монолітної архітектури до хмарних мікросервісів за допомогою веб-сервісів Amazon.
Netflix знадобилося кілька років, щоб перенести свої додатки, орієнтовані на клієнтів, та внутрішні системи. Однак переваги були величезними. Між 2008 та 2015 роками місячна кількість годин перегляду зросла у 1000 разів, що призвело до значного збільшення доходів та прибутку.
Як вручну перенести програму з монолітної на мікросервісну архітектуру
Ви можете виконати кілька кроків для міграції (вручну) вашої програми з монолітної архітектури на мікросервісну:
- Визначте бізнес-можливості вашої програми: Перший крок полягає у визначенні різних бізнес-можливостей вашої програми. Потрібно проаналізувати, чи можна реалізувати ці можливості як незалежні мікросервіси.
- Розділіть програму на мікросервіси: Після визначення бізнес-можливостей можна почати розділяти програму на мікросервіси. Це може включати рефакторинг кодової бази для виділення різних можливостей в незалежні служби.
- Розробіть інтерфейси між мікросервісами: Кожен мікросервіс повинен взаємодіяти з іншими мікросервісами через чітко визначені інтерфейси або API. Важливо ретельно розробити ці інтерфейси, щоб вони були простими у використанні та обслуговуванні.
- Впровадження мікросервісів: Після розділення програми на мікросервіси та розробки інтерфейсів між ними можна почати їх впровадження. Це може включати створення нових служб або рефакторинг існуючого коду відповідно до архітектури мікросервісів.
- Протестуйте та розгорніть мікросервіси: Після впровадження мікросервісів важливо ретельно їх протестувати, щоб переконатися, що вони функціонують належним чином. Потім мікросервіси можна розгортати у виробництві окремо або групами.
- Перенесіть дані: Якщо ваша програма використовує базу даних або іншу систему зберігання даних, потрібно перенести дані з монолітної програми до мікросервісів. Також може виникнути потреба у розробці нових моделей даних або модифікації наявних для відповідності архітектурі мікросервісів.
Загалом, перехід від монолітної архітектури до мікросервісної може бути складним та трудомістким. Важливо ретельно спланувати та виконати міграцію для забезпечення успіху.
Інструменти для міграції від монолітної до мікросервісної архітектури
Існує кілька інструментів, які можуть допомогти у процесі розкладання монолітної програми на мікросервіси. Наприклад, IBM Mono2Micro, Decomposition Tool та Decomposer є популярними інструментами, що допомагають у процесі декомпозиції.
Ці інструменти надають набір автоматизованих або напівавтоматичних механізмів для ідентифікації мікросервісів та рефакторингу коду. Також вони допомагають налаштувати та керувати інфраструктурою, необхідною для розміщення мікросервісів.
Автоматична декомпозиція для міграції від монолітної до мікросервісної архітектури: тренд майбутнього
Сучасний розвиток штучного інтелекту та машинного навчання змінив традиційний підхід до виконання багатьох задач. Чи не було б чудово, якби машини могли виконувати складні завдання декомпозиції монолітів на мікросервіси?
Хоча використання штучного інтелекту для розкладання монолітної програми на мікросервіси може здаватися простим, це шлях, сповнений викликів. Тому існує лише кілька досліджень, присвячених цій задачі.
Абдулла та ін. запропонували підхід до навчання без нагляду для автоматичної декомпозиції веб-додатків на мікросервіси. Діаграма нижче ілюструє загальний принцип роботи автоматичної декомпозиції.
Джерело: Abdullah, M., Iqbal, W., & Erradi, A. (2019). Підхід до неконтрольованого навчання для автоматичної декомпозиції веб-додатків на мікросервіси. Журнал систем і програмного забезпечення, 151, 243-257.
Процес автоматичної декомпозиції складається з трьох простих кроків:
Крок 1: Отримання журналів доступу URI
Кожна веб-сторінка на сайті має унікальний уніфікований ідентифікатор ресурсу (URI). Веб-сервери зберігають журнали доступу (наприклад, час відповіді та розмір документа) до цих URI. Перший крок – збір цих журналів доступу.
Крок 2: Застосування ML алгоритму кластеризації
Алгоритм кластеризації – це метод машинного навчання без вчителя, який для заданого набору точок даних створює K кластерів з точками даних подібної природи. Цей алгоритм кластеризації на основі історичних даних журналів доступу створює кластери URI зі схожим часом доступу та розміром документа відповіді.
Крок 3: Розгортання кластерів у мікросервіси
Ви можете створити мікросервіс для кожного кластера URI. Потім ці мікросервіси можна розгорнути в будь-якій хмарній інфраструктурі.
Примітка: Цей метод автоматичної декомпозиції є специфічним для монолітних веб-додатків і наведений лише для ознайомлення з останніми тенденціями.
Найкращі практики для переходу від монолітної архітектури до мікросервісної
Ось декілька найкращих практик, яких варто дотримуватися при переході з монолітної архітектури на мікросервісну:
- Почніть з малого: Часто найкраще почати з перенесення невеликої, автономної частини програми на мікросервісну архітектуру. Це дозволить вивчити процес та внести необхідні зміни перед тим, як працювати з більшими частинами програми.
- Визначте відповідні мікросервіси: Ретельно проаналізуйте бізнес-можливості вашої програми. Також потрібно визначити, чи можна реалізувати ці можливості як незалежні мікросервіси.
- Створіть чіткі інтерфейси: Переконайтеся, що інтерфейси між мікросервісами чітко визначені та прості у використанні. Це спростить розробку та підтримку мікросервісів.
- Використовуйте контейнери: Контейнери можуть спростити розгортання та керування мікросервісами, дозволяючи об’єднати мікросервіс та його залежності в єдиний автономний блок.
- Використовуйте інфраструктуру, зручну для мікросервісів: Для підтримки мікросервісної архітектури потрібна інфраструктура, яка може обробляти підвищену складність та трафік. Це може включати використання таких технологій, як сервісні сітки, шлюзи API та розподілене трасування.
- Ретельно тестуйте: Ретельно перевірте мікросервіси, щоб переконатися, що вони працюють належним чином і що інтерфейси між ними працюють правильно.
- Стежте за мікросервісами та керуйте ними: Важливо стежити за їхньою продуктивністю та справністю та вживати відповідних заходів у разі виникнення проблем. Це може включати використання інструментів аналізу журналів, моніторингу продуктивності та відстеження помилок.
Підсумовуючи, ретельне планування та виконання є ключем до успішної міграції. Дотримуючись цих найкращих практик, ви можете забезпечити плавну міграцію, досягнувши поставленої мети.
Висновок
Архітектура мікросервісів є найбільш гнучкою та масштабованою архітектурою для сучасної ери хмарних обчислень. Вона дозволяє масштабувати окремі частини програми за потреби та змінювати чи оновлювати окремі служби, не впливаючи на всю програму. Проте, розробка та підтримка мікросервісів може бути складнішою.
Зрештою, вибір стилю архітектури залежить від конкретних потреб та цілей вашої програми. Фактори, які слід враховувати, включають розмір та складність програми, необхідний рівень масштабованості та гнучкості, а також ресурси, доступні для розробки та обслуговування.