Что такое микросервисы — плюсы и минусы

В современном мире разработки программного обеспечения концепция микросервисной архитектуры приобретает все большее значение. Этот инновационный подход к построению приложений переворачивает традиционные представления о создании программных продуктов и предоставляет компаниям и разработчикам уникальные инструменты для достижения гибкости, масштабируемости и надежности в разработке.

В данной статье мы глубоко погрузимся в мир микросервисов, исследуя их ключевые характеристики, преимущества и вызовы. Мы рассмотрим, для каких проектов и организаций микросервисы могут оказаться наиболее полезными, и какие технологии и инструменты используются при их реализации. Давайте начнем наше путешествие в мире микросервисных архитектур и узнаем, как они формируют будущее разработки программного обеспечения.

Общие сведения

Микросервисы — это методология построения приложений, при которой они разрабатываются как набор независимых сервисов, каждый из которых выполняет определенные функции. Эти сервисы действуют децентрализовано и разрабатываются независимо друг от друга. Они не сильно связаны между собой, что позволяет им быть легко развертываемыми и обслуживаемыми. В отличие от монолитных приложений, которые создаются как единое целое, микросервисы разделяют приложение на множество независимых модулей, каждый из которых делает свой вклад в общую функциональность.

Микросервисы имеют тесную связь с DevOps, так как они являются основой для методики непрерывной поставки, которая позволяет командам быстро реагировать на потребности пользователей.

Каждый микросервис представляет собой веб-сервис, отвечающий за конкретную часть логики в определенной области приложения. Приложение строится путем объединения различных микросервисов, каждый из которых предоставляет свои функциональные возможности в пределах своей области. Эти микросервисы взаимодействуют между собой через API-интерфейсы, такие как REST или GRPC, но не имеют информации о внутренней структуре других сервисов. Это согласованное взаимодействие между микросервисами составляет микросервисную архитектуру.

Используя микросервисную архитектуру, разработчики могут работать над отдельными сервисами, разделяться на небольшие команды, использовать различные технологические стеки и независимо развертывать свои сервисы. Примером такой архитектуры может служить Jira, где множество микросервисов обеспечивает различные функциональные возможности, такие как поиск задач, просмотр информации о задачах, комментирование и изменение состояния задач.

Характеристики микросервисной архитектуры

Микросервисная архитектура не имеет четкого и формального определения, однако существуют общие особенности или характеристики, которые важно учитывать и знать о ней.

Автономные компоненты

В микросервисной архитектуре ключевым элементом являются автономные компоненты. Эти компоненты могут представлять собой разнообразные сущности, такие как программные пакеты, веб-сервисы, ресурсы, приложения или модули, которые содержат в себе набор взаимосвязанных функций. Иными словами, компоненты — это сущности, которые можно заменять и обновлять независимо друг от друга, как это описал Мартин Фаулер.

В рамках микросервисной архитектуры каждый из этих компонентов может быть разработан, развернут, обслуживаться, модифицироваться и пересобираться без вмешательства в работу других сервисов и целостность всего приложения.

Эти компоненты совместно используются для обеспечения высококачественного обслуживания клиентов или доставки ценных продуктов. Наиболее распространенными типами таких компонентов являются сервисы и библиотеки, но также могут включать в себя и другие сущности, такие как инструменты командной строки, мобильные приложения, интерфейсные модули, конвейеры данных, модели машинного обучения и другие концепты, применяемые в контексте микросервисной архитектуры.

Понятные интерфейсы

После создания отдельных компонентов в микросервисной архитектуре возникает необходимость обеспечить их взаимодействие. Это требует разработки значительного объема логики, которая определяет, как компоненты будут обмениваться данными и коммуницировать друг с другом. Для этого можно использовать различные механизмы, такие как RPC (удаленные вызовы процедур), REST через HTTP или систему, основанную на событиях. Важно, чтобы выбранный механизм или их комбинация соответствовали требованиям системы.

Следующим важным аспектом является наличие четких и понятных интерфейсов у каждого микросервиса. Эти интерфейсы определяют способ взаимодействия клиентов с сервисами и описывают контракты, которые должны соблюдаться при использовании. Для этой цели обычно используется API-интерфейс, который публикуется вместе с сервисом и предоставляет информацию о доступных операциях, параметрах и ожидаемых ответах. Это позволяет клиентам взаимодействовать с микросервисами без необходимости знать детали их внутренней реализации.

Поддержка разработчиками

Принцип DevOps «кто разработал, тот и поддерживает» подчеркивает важность структурированных команд при внедрении микросервисной архитектуры. DevOps меняет мотивацию различных ролей в разработке программного обеспечения, включая разработчиков, тестировщиков и инженеров по релизам и эксплуатации. Эти роли становятся частью единой команды, где все участники стремятся к созданию высококачественного ПО.

Методы DevOps, такие как непрерывная интеграция и непрерывная поставка (CI/CD), автоматизированное тестирование и использование флажков возможностей, ускоряют процесс развертывания и поддержания стабильности и безопасности системы. Это позволяет каждой команде разрабатывать и внедрять свои микросервисы независимо от других команд.

Развитие облачных технологий также облегчило создание и развертывание микросервисов, а также упростило работу с ними. Команды могут улучшить процесс с помощью автоматизации инфраструктуры, включая непрерывную интеграцию, непрерывную поставку и автоматизированное тестирование.

Кому подойдет использование такой архитектуры

Если хотя бы одно из следующих условий соответствует вашему проекту, то, возможно, стоит рассмотреть использование микросервисов:

• Большие коллективы. Если у вас есть группы разработчиков, занимающихся разными микросервисами, и вам не нужно постоянно согласовывать каждый шаг, выбор инструментов и другие детали. Это позволит разрабатывать новые функции параллельно и запускать их по мере готовности.
• Объемные проекты с сложной архитектурой. Обновление и поддержка отдельных модулей становятся намного проще, чем контролировать, как изменения влияют на всю систему в целом.
• Продукты с резко изменяющимся трафиком. Если трафик к вашему продукту резко меняется, например, в период праздников или распродаж, микросервисы позволят быстро масштабироваться и уменьшить риск сбоя системы. Кроме того, вы не будете платить за лишнюю инфраструктуру, которая необходима только во время пиковой нагрузки.
• Приложения, требующие частых обновлений. Если вам нужно часто обновлять приложение, то достаточно будет изменить и отладить только тот модуль, который нужно обновить. Это значительно ускоряет процесс разработки и упрощает выпуск обновлений.

Чтобы определить, стоит ли переходить к микросервисной архитектуре, задайте себе вопрос: можно ли разделить ваш продукт на простые и независимые части?

Какие инструменты используют для создания микросервисов

Основные технологии и инструменты для такой архитектуры включают:

1. Контейнеры, Docker и Kubernetes. Контейнеры представляют собой упаковку для приложения и его зависимостей, позволяющую легко и согласованно развертывать приложения. Они меньше по размеру и легче по сравнению с традиционными виртуальными машинами, что делает их идеальным выбором для микросервисов. Docker позволяет создавать, развертывать и запускать контейнеры, а Kubernetes управляет оркестрацией контейнеров, обеспечивая масштабирование и управление ими в большом масштабе.
2. API-шлюзы. API-шлюзы действуют как обратные прокси-серверы, принимая вызовы API и маршрутизируя их к соответствующим микросервисам. Они обеспечивают абстракцию в виде единой конечной точки API, даже если API обслуживаются несколькими микросервисами. API-шлюзы также позволяют управлять аутентификацией, авторизацией, мониторингом и другими задачами.
3. Обмен сообщениями и потоковая передача событий. Микросервисы часто распределены, и им нужны средства для обмена информацией о событиях и изменениях состояния. Системы обмена сообщениями позволяют передавать информацию между микросервисами, обеспечивая им возможность реагировать на события в рамках своего интерфейса.
4. Ведение журналов и мониторинг. С микросервисной архитектурой становится сложнее выявлять и решать проблемы в разных сервисах. Поэтому важно иметь инструменты для ведения журналов, мониторинга и трассировки, которые помогут понять поведение микросервисов и выявить потенциальные проблемы.
5. Непрерывная интеграция и непрерывная поставка (CI/CD). Один из ключевых преимуществ микросервисной архитектуры — это возможность частых и быстрых релизов. CI/CD позволяет автоматизировать процессы разработки, тестирования и развертывания, что ускоряет поставку новых функций и обновлений.
6. Портал разработчиков. Порталы разработчиков, такие как Atlassian Compass, объединяют информацию о совместной работе команд и результатах разработки в единый центр. Эти инструменты помогают управлять сложностью микросервисов и облегчают сбор и анализ данных в рамках процесса DevOps.

Эти технологии и инструменты существенно упрощают разработку, развертывание и управление микросервисами в рамках микросервисной архитектуры.

Связь с DevOps

С учетом повышенной сложности и взаимосвязей между микросервисами, методы DevOps, ориентированные на развертывание, мониторинг и автоматизацию управления жизненным циклом, становятся неотъемлемой частью микросервисных архитектур. Именно поэтому микросервисную архитектуру часто рассматривают как первый шаг к внедрению культуры DevOps, что приносит следующие преимущества:

1. Автоматизация.
2. Улучшенная масштабируемость.
3. Управляемость.
4. Гибкость.
5. Ускоренные циклы поставки и развертывания.

Отличия с сервис-ориентированной архитектурой

Сравнивая сервис-ориентированную архитектуру (SOA) и микросервисы, можно отметить, что обе они представляют собой способы организации веб-сервисов.

Как и микросервисы, SOA также состоит из компонентов, которые работают независимо друг от друга и могут многократно использоваться. Однако основное различие между ними связано с тем, как формально классифицируются типы сервисов в архитектуре.

В рамках сервис-ориентированной концепции (SOA) выделяются четыре основных типа сервисов: бизнес-сервисы, предприятий-сервисы, сервисы приложений и инфраструктурные сервисы. Каждый из этих типов сервисов имеет свою определенную область ответственности в предметной области. В сравнении с этим, микросервисы определяют всего два типа сервисов: функциональные и инфраструктурные.

Обе архитектуры используют схожие стандарты, действующие на разных уровнях организации. Микросервисы развились из успешной модели SOA, поэтому ее можно рассматривать как частный случай SOA. Основное внимание в микросервисах уделяется независимости работы каждого сервиса, что делает их более гибкими и легко масштабируемыми.

Потенциальное будущее технологии

Контейнеризация и развертывание контейнеров теперь являются стандартной моделью распределенной инфраструктуры. Для упаковки сервисов в полноценные контейнеры, которые можно быстро развернуть или удалить, используются инструменты, такие как Docker и Kubernetes.

Эти инфраструктурные средства дополняют микросервисную архитектуру, позволяя упаковывать микросервисы в контейнеры, легко разворачивать и управлять ими с помощью системы управления контейнерами.

Внедрение микросервисов следует рассматривать как долгосрочное путешествие, а не как быстрое достижение цели для команды.

Преимущества

В этом разделе мы рассмотрим наиболее очевидные преимущества использования этого подхода.

Частые релизы

Одним из основных преимуществ микросервисной архитектуры является возможность проведения частых и быстрых релизов. Это достигается благодаря интеграции микросервисов в процессы непрерывной интеграции и непрерывной поставки (CI/CD).

Команды могут быстро экспериментировать с новыми функциями, и в случае неудачи, легко вернуться к предыдущей версии. Это упрощает обновление кода и ускоряет внедрение новых возможностей на рынок.

Гибкое масштабирование

Благодаря тому, что микросервисы изначально разработаны с учетом распределения и способны функционировать в кластерах, достигается гибкость в масштабировании. Это означает, что можно динамически увеличивать масштаб горизонтально, расширяя количество экземпляров микросервиса при необходимости.

Когда нагрузка на конкретный микросервис достигает определенного уровня, можно быстро развернуть дополнительные экземпляры этого сервиса в специально настроенном кластере, что позволяет снизить нагрузку и обеспечить стабильную работу системы.

Ориентация на качество

Когда бизнес-задачи разделены между независимыми микросервисами, каждая команда, управляющая своим собственным сервисом, придает особое внимание качеству окончательного результата.

Гибкая технология

Микросервисная архитектура предоставляет командам гибкость в выборе технологий. Она не навязывает строгий подход и не обязывает использовать определенный набор инструментов. Команды имеют свободу выбора программного обеспечения в соответствии со своими предпочтениями и потребностями.

Высокая надежность

Микросервисная архитектура обеспечивает высокую надежность за счет того, что функциональные возможности функционируют независимо друг от друга. Это позволяет снизить риск сбоя всего приложения или кодовой базы при внесении обновлений.

Более того, внутри отдельных сервисов проще находить и устранять ошибки и дефекты. Такой подход способствует повышению надежности, поскольку изменения можно внедрять в конкретном сервисе, не затрагивая работу всего приложения.

Agility

Микросервисная архитектура часто предполагает создание небольших, независимых команд для разработки сервисов. Это способствует применению методологии agile. Команды имеют свободу работать независимо и быстро двигаться вперед, что в результате сокращает временные рамки разработки.

Недостатки и проблемы

Как и любого другого подхода или технологии, у применения микросервисов также могут быть свои недостатки и возможные проблемы. Их мы и рассмотрим в этом разделе.

Неопределенность в вопросах владения

Микросервисы могут привнести некоторую неопределенность в вопросах владения. В этой архитектуре команды DevOps могут использовать различные средства, такие как API-интерфейсы, компонентные библиотеки, инструменты мониторинга и контейнеры Docker, чтобы пользователи могли развернуть приложение.

Важно иметь четкое представление о текущей ситуации, включая информацию о владельцах компонентов, ресурсах и изменяющихся взаимоотношениях между различными компонентами. Это требует эффективного взаимодействия и координации между множеством команд, чтобы каждый участник мог легко находить необходимую информацию и понимать работу продукта.

Отладка

Дебаг приложения, состоящего из множества микросервисов, каждый из которых генерирует свои собственные журналы, может представлять собой сложную задачу. К тому же, этот процесс усложняется тем, что один и тот же бизнес-процесс может выполняться на разных машинах в разное время.

Разрастание процесса разработки

Переход от монолитной архитектуры к микросервисной может усложнить работу. Появляется большое количество сервисов, созданных разными командами, и иногда становится трудно определить, как эти различные компоненты связаны друг с другом, кто управляет каждым компонентом, и как избежать негативного влияния на работу зависимых компонентов.

Если процесс разрастания не контролируется, это может привести к замедлению процесса разработки и снижению операционной эффективности. По мере роста системы возникает потребность в опытной команде по эксплуатации, которая будет управлять постоянными повторными развертываниями и частыми изменениями в архитектуре.

Дополнительные организационные расходы

Для согласования обновлений и интерфейсов требуется дополнительный уровень взаимодействия и сотрудничества между различными командами, работающими над микросервисной архитектурой.

Реагирование на инциденты

Критически важно иметь быстрый доступ к информации о реагировании на инциденты в контексте микросервисов, включая информацию о том, кто использует конкретный микросервис, его местоположении и способе развертывания, а также контактные данные для связи в случае нештатных ситуаций.

Экспоненциальный рост расходов на инфраструктуру

Появление каждого нового микросервиса, который разворачивается в операционной среде, приводит к увеличению расходов на различные аспекты, такие как набор тестов, планы развертывания, инфраструктуру хостинга, инструменты мониторинга и так далее.

Заключение

Микросервисы представляют собой инновационный подход к разработке приложений, который переворачивает традиционные представления о монолитных системах. В этой статье мы исследовали ключевые характеристики, преимущества и вызовы, связанные с микросервисами.

Важно понимать, что микросервисы не являются универсальным решением для каждого проекта. Они наиболее эффективны в больших коллективах, сложных проектах, где требуется быстрое реагирование на изменения и высокая гибкость. Однако их внедрение также сопряжено с вызовами, такими как управление множеством сервисов и затраты на инфраструктуру.

В конечном итоге, успех микросервисов зависит от правильного планирования, выбора соответствующих технологий и культурных изменений в организации. При правильном применении, микросервисы могут значительно улучшить гибкость, масштабируемость и надежность приложений, а также ускорить их разработку и развертывание.