Kiedy, dlaczego i jak przejść transformację

Zanim zdecydujesz się na transformację swojej aplikacji monolitycznej w strukturę mikroserwisów, powinieneś dokładnie przemyśleć wszystkie aspekty tej decyzji. Przegapienie odpowiedniego momentu na rozpoczęcie takiej transformacji może sprawić, że zostaniesz w tyle za konkurencją.

W ostatnich latach obserwowaliśmy wzrost popularności trendu przechodzenia z architektury monolitycznej na architekturę mikroserwisową. W miarę jak organizacje starają się zwiększyć skalowalność i elastyczność swoich aplikacji, migracja do mikroserwisów staje się coraz częstszym wyborem. Ale na czym polega ta transformacja i dlaczego może okazać się korzystna dla Twojej firmy?

Ten artykuł analizuje różnice między architekturami monolitycznymi, wielowarstwowymi i mikroserwisowymi. Omówimy także, kiedy i jak przeprowadzić migrację do architektury mikroserwisowej.

Zacznijmy więc! 😀

Czym charakteryzuje się architektura monolityczna?

Architektura monolityczna to model projektowania oprogramowania, w którym cała aplikacja jest budowana jako pojedyncza, zwarta całość. W tym podejściu wszystkie elementy aplikacji, takie jak interfejs użytkownika, logika biznesowa i magazyn danych, są zgrupowane w jednym wspólnym kodzie.

Zalety 👍

• Prostota: Architektura monolityczna jest intuicyjna i łatwa w obsłudze.
• Łatwość wdrożenia: Aplikacja monolityczna jest jedną całością, co ułatwia jej implementację.
• Zwiększona wydajność: Komunikacja między elementami w aplikacji monolitycznej jest szybsza, co przekłada się na większą efektywność.
• Oszczędność kosztów: Stworzenie architektury monolitycznej może być mniej kosztowne niż w przypadku innych rozwiązań.
• Znajomość tematu: Wielu programistów ma doświadczenie z architekturami monolitycznymi i może preferować to podejście.

Wady 👎

• Problemy z elastycznością: Zmiana jednego elementu może wpłynąć na całą strukturę w architekturze monolitycznej.
• Trudności w skalowaniu: Skalowanie aplikacji monolitycznej wymaga zwiększenia zasobów całego systemu.
• Wyższe koszty utrzymania: Utrzymanie monolitycznej architektury może być drogie i czasochłonne, zwłaszcza gdy aplikacja staje się większa i bardziej skomplikowana.
• Ograniczone możliwości ponownego wykorzystania kodu: Ponowne użycie kodu w różnych częściach aplikacji w architekturze monolitycznej może być utrudnione.

Co to jest architektura wielowarstwowa?

Architektura wielowarstwowa dzieli system na kilka poziomów. Warstwy te współpracują ze sobą, realizując określone funkcje. Każda warstwa odpowiada za konkretny aspekt systemu i komunikuje się z innymi warstwami w celu wykonania zadania.

Podstawową zasadą działania tej architektury jest separacja zadań i przypisanie ich poszczególnym warstwom. Na przykład, poniższy diagram przedstawia trójwarstwową architekturę dla typowej aplikacji MVC. Warstwa modelu zarządza źródłami danych, natomiast Widok to warstwa prezentacji. Kontroler pełni rolę łącznika między modelem a warstwami widoku.

Zalety 👍

• Większe bezpieczeństwo: Podział aplikacji na warstwy utrudnia atakującym dostęp do wrażliwych danych lub funkcji.
• Lepsza skalowalność: Poszczególne warstwy można skalować niezależnie, co ułatwia dostosowanie systemu do wzrostu obciążenia.
• Usprawniona konserwacja: Separacja zadań w architekturze wielowarstwowej upraszcza konserwację i aktualizację różnych części aplikacji.
• Większa elastyczność: Modułowa struktura zapewnia większą elastyczność w dodawaniu lub modyfikowaniu funkcji oraz w integracji z innymi systemami.
• Ulepszone ponowne wykorzystanie kodu: Warstwowa struktura wspiera modułowość. Tę samą warstwę logiki biznesowej można wykorzystywać w różnych warstwach prezentacji.

Wady 👎

• Zwiększona złożoność: Używanie wielu warstw może skomplikować system, utrudniając jego zrozumienie i utrzymanie.
• Dłuższy czas programowania: Stworzenie architektury wielowarstwowej może zająć więcej czasu niż w przypadku architektur jednowarstwowych ze względu na dodatkowe warstwy i komunikację między nimi.
• Wyższe nakłady na wdrażanie i konfigurację: Wdrożenie i konfiguracja systemu wielowarstwowego może być bardziej skomplikowane niż w przypadku systemów jednowarstwowych.
• Zwiększone wymagania sprzętowe i infrastrukturalne: Architektura wielowarstwowa może wymagać więcej zasobów sprzętowych i infrastrukturalnych do poprawnego działania.
• Wyższe koszty testowania: Testowanie systemu wielowarstwowego może być bardziej skomplikowane i czasochłonne ze względu na dodatkowe warstwy i komunikację między nimi.

Na czym polega architektura mikrousług?

Architektura mikrousług rozdziela aplikację na małe, niezależne usługi, które komunikują się ze sobą za pośrednictwem interfejsów API.

Takie podejście zapewnia większą elastyczność i skalowalność, ponieważ każdą usługę można rozwijać i wdrażać osobno. Ponadto skalowanie w górę lub w dół w zależności od potrzeb staje się łatwiejsze. Dlatego architektura mikrousług jest szczególnie dobrze dopasowana do środowisk chmurowych, gdzie zasoby można szybko przydzielać i zwalniać w zależności od potrzeb.

Zalety 👍

• Skalowalność: Mikrousługi mogą skalować się niezależnie, co umożliwia skalowanie określonych części aplikacji w zależności od potrzeb.
• Odporność: Jeśli jedna mikrousługa ulegnie awarii, inne usługi mogą nadal działać, co zwiększa ogólną odporność aplikacji.
• Modułowość: Każda mikrousługa może być niezależnie rozwijana, testowana i wdrażana, co ułatwia modyfikowanie lub aktualizowanie poszczególnych usług.
• Elastyczność: Mikrousługi pozwalają na wybór różnych technologii dla różnych usług, co pozwala na wykorzystanie najlepszych narzędzi do każdego zadania.
• Łatwość wdrożenia: Możesz wdrażać mikrousługi niezależnie, co ułatwia implementację nowych wersji aplikacji.

Wady 👎

• Zwiększona złożoność: Zarządzanie wieloma niezależnymi usługami może być bardziej skomplikowane.
• Wyższe wymagania dotyczące zasobów: Uruchomienie wielu usług może wymagać więcej zasobów i infrastruktury.
• Wyższe koszty komunikacji: Komunikacja między usługami wymaga interfejsów API.
• Zwiększona złożoność testowania i wdrażania: Testowanie i wdrażanie wielu usług może być skomplikowane.

Porównanie: Monolit, struktura wielowarstwowa i mikrousługi

Poniższa tabela podsumowuje kluczowe różnice:

Metryka porównania	Architektura monolityczna	Architektura wielowarstwowa	Architektura mikroserwisowa
Złożoność	Najprostsza	Bardziej złożona	Najbardziej złożona
Ruch sieciowy	Minimalny	Minimalny (gdy warstwy są w tej samej sieci)	Maksymalny
Czas programowania	Krótszy	Dłuższy niż w monolicie	Dłuższy niż w architekturze wielowarstwowej
Ponowne wykorzystanie kodu	Mniejsze	Maksymalne	Minimalne
Zależność od DevOps	Brak	Brak	Wysoka
Trudność globalnego testowania i debugowania	Brak	Brak	Tak
Poziom łatwości skalowania	Niski	Średni	Wysoki
Czas wdrażania	Krótszy	Długi	Krótszy
Poziom łatwości utrzymania i aktualizacji	Niski	Średni	Wysoki
Czas wprowadzenia na rynek	Wolniejszy	Wolniejszy	Szybszy
Tolerancja błędów	Niska	Niska	Wysoka
Poziom modułowości	Niski	Średni	Wysoki
Poziom niezależności wdrażania	Niski	Niski	Wysoki

Kiedy zdecydować się na przejście z monolitu na mikroserwisy?

Nie ma jednej uniwersalnej odpowiedzi na to pytanie, ponieważ decyzja o migracji z architektury monolitycznej do mikroserwisowej zależy od konkretnych potrzeb i celów aplikacji. Oto kilka czynników, które należy wziąć pod uwagę przy podejmowaniu tej decyzji:

• Rozmiar i złożoność aplikacji: Architektura mikrousług może ułatwić tworzenie i utrzymywanie, gdy aplikacja jest rozbudowana i złożona, z wieloma wzajemnie powiązanymi elementami. Natomiast, gdy aplikacja jest stosunkowo mała i prosta, architektura monolityczna może być wystarczająca.
• Wymagany poziom skalowalności: Jeśli aplikacja wymaga szybkiego i łatwego skalowania w celu sprostania zmieniającym się wymaganiom, lepszym wyborem może być architektura mikrousług. Mikroserwisy można skalować niezależnie, co pozwala na dostosowanie zasobów do aktualnych potrzeb.
• Wymagany poziom elastyczności: Jeśli potrzebujesz możliwości modyfikacji lub aktualizacji poszczególnych elementów aplikacji bez wpływu na całość, architektura mikrousług może być lepszym rozwiązaniem. Umożliwia ona niezależny rozwój, testowanie i wdrażanie poszczególnych usług.
• Zasoby dostępne do rozwoju i utrzymania: Jeśli Twój zespół ma odpowiednie umiejętności i zasoby do tworzenia i utrzymywania architektury mikrousług, może to być właściwy wybór. Jeśli jednak Twój zespół jest mały lub brakuje mu niezbędnych kompetencji, architektura monolityczna może być łatwiejsza w zarządzaniu.

Przykłady transformacji z monolitu do mikroserwisów

Ostateczna decyzja o przejściu z architektury monolitycznej na mikroserwisową powinna uwzględniać specyficzne potrzeby i cele aplikacji. Kluczowe jest dokładne rozważenie zalet i wad każdego stylu architektonicznego i wybranie tego, który najlepiej odpowiada potrzebom aplikacji.

Analiza rzeczywistych przypadków pozwoli lepiej zrozumieć, jak duże firmy podejmują decyzje o migracji. Omówmy studia przypadków Amazona i Netflixa, aby zrozumieć, w jaki sposób firmy te zidentyfikowały odpowiedni moment na migrację.

Studium przypadku Amazona

Amazon, znany gigant handlu detalicznego, początkowo wykorzystywał architekturę monolityczną dla swojej platformy internetowej. Jednak wraz ze wzrostem ilości kodu i liczby programistów pracujących nad platformą, coraz trudniej było zarządzać zależnościami i wprowadzać zmiany lub aktualizacje. Doprowadziło to do opóźnień w rozwoju i problemów z kodowaniem, a także utrudniło skalowanie platformy do potrzeb rosnącej bazy klientów.

Aby rozwiązać te problemy, Amazon podzielił swoją monolityczną aplikację na mniejsze, niezależnie działające aplikacje specyficzne dla poszczególnych usług. Wymagało to przeanalizowania kodu źródłowego, wyodrębnienia jednostek kodu, które realizowały jeden cel funkcjonalny, zapakowania ich w interfejs usługi sieciowej i przypisania odpowiedzialności za każdą usługę konkretnemu zespołowi programistów.

Podejście oparte na mikroserwisach umożliwiło Amazonowi łatwe wprowadzanie zmian i aktualizacji na platformie. Dodatkowo pozwoliło na skalowanie poszczególnych elementów w zależności od potrzeb. Mimo trudności związanych z procesem transformacji, korzyści wynikające z architektury mikrousług okazały się ogromne. Platforma e-commerce Amazon obsługuje obecnie ponad 2,5 miliarda wyszukiwań produktów dziennie i obejmuje miliony produktów od setek tysięcy sprzedawców.

Studium przypadku Netflixa

Netflix to obecnie popularna firma działająca w 190 krajach, z ponad 223 milionami płatnych użytkowników w 2022 roku.

W 2008 roku Netflix doświadczył poważnej awarii bazy danych, która trwała trzy dni. To był moment, w którym firma zdała sobie sprawę z problemów związanych z pojedynczym punktem awarii w architekturze monolitycznej. Dlatego Netflix stopniowo migrował z architektury monolitycznej na architekturę mikroserwisową w chmurze, korzystając z usług internetowych Amazon.

Migracja aplikacji dla klientów oraz tych, które nie są bezpośrednio dla nich przeznaczone, zajęła Netflixowi lata. Jednak korzyści okazały się ogromne. W latach 2008-2015 miesięczny czas oglądania w firmie wzrósł gwałtownie, tysiąckrotnie, co przełożyło się na wysokie przychody i zyski.

Jak ręcznie przeprowadzić migrację aplikacji z monolitu do mikroserwisów?

Proces ręcznej migracji aplikacji z architektury monolitycznej do mikroserwisowej obejmuje kilka etapów:

Identyfikacja funkcji biznesowych aplikacji: Pierwszym krokiem w procesie migracji jest zidentyfikowanie różnych funkcji biznesowych aplikacji. Na tym etapie analizujemy, czy te funkcje mogą zostać zaimplementowane jako niezależne mikrousługi.

Podział aplikacji na mikrousługi: Po zidentyfikowaniu funkcji biznesowych aplikacji można rozpocząć dzielenie aplikacji na mikrousługi. Może to wymagać refaktoryzacji kodu, aby rozdzielić różne funkcje na niezależne usługi.

Zaprojektowanie interfejsów między mikrousługami: Każda mikrousługa powinna komunikować się z innymi za pomocą dobrze zdefiniowanych interfejsów lub API. Ważne jest, aby starannie zaprojektować te interfejsy, tak aby były łatwe w użyciu i utrzymaniu.

Implementacja mikrousług: Po podzieleniu aplikacji na mikrousługi i zaprojektowaniu interfejsów można rozpocząć ich implementację. Może to obejmować tworzenie nowych usług lub refaktoryzację istniejącego kodu, aby pasował do architektury mikrousług.

Testowanie i wdrażanie mikrousług: Po wdrożeniu mikrousług należy je dokładnie przetestować, aby upewnić się, że działają zgodnie z oczekiwaniami. Następnie można wdrożyć mikrousługi w środowisku produkcyjnym, pojedynczo lub jako grupę.

Migracja danych: Jeśli aplikacja korzysta z bazy danych lub innego systemu przechowywania danych, konieczna jest migracja danych z aplikacji monolitycznej do mikrousług. Może być również konieczne zaprojektowanie nowych modeli danych lub refaktoryzacja istniejących, aby pasowały do architektury mikrousług.

Ogólnie rzecz biorąc, migracja z architektury monolitycznej do architektury mikroserwisowej może być złożonym i czasochłonnym procesem. Starannie zaplanowanie i przeprowadzenie migracji jest kluczowe dla jej sukcesu.

Narzędzia wspomagające migrację z monolitu do mikroserwisów

Istnieje szereg narzędzi, które mogą wspomóc proces rozkładania monolitycznej aplikacji na mikrousługi. Na przykład IBM Mono2Micro, Decomposition Tool i Decomposer to popularne narzędzia, które pomagają w procesie dekompozycji.

Narzędzia te zapewniają automatyczne lub półautomatyczne mechanizmy do identyfikacji mikrousług i refaktoryzacji kodu. Pomagają też w konfiguracji i zarządzaniu infrastrukturą potrzebną do hostowania mikrousług.

Automatyczna dekompozycja w migracji z monolitu do mikroserwisów – trend przyszłości

Rozwój sztucznej inteligencji i uczenia maszynowego zrewolucjonizował tradycyjne podejścia do wykonywania naszych zadań. Czy nie byłoby wspaniale, gdyby maszyny mogły wykonywać tak złożone zadania jak dekompozycja monolitu do mikrousług?

Wydawać by się mogło, że wykorzystanie sztucznej inteligencji do wspomagania rozdzielenia monolitycznej aplikacji na mikrousługi jest prostym zadaniem. W praktyce jednak jest to trudne wyzwanie. W związku z tym, nie ma jeszcze zbyt wielu kompleksowych opracowań w tej dziedzinie.

Abdullah i in. zaproponowali nienadzorowane podejście do uczenia maszynowego w celu automatycznego rozkładu aplikacji internetowych na mikrousługi. Poniższy diagram koncepcyjny przedstawia ogólny schemat procesu autodekompozycji.

Źródło: Abdullah, M., Iqbal, W., & Erradi, A. (2019). Podejście do uczenia bez nadzoru w celu automatycznego rozkładu aplikacji internetowych na mikrousługi. Dziennik systemów i oprogramowania, 151, 243-257.

Proces autodekompozycji składa się z trzech prostych kroków.

Krok 01: Pobranie dzienników dostępu URI

Każda strona internetowa w witrynie ma unikalny jednolity identyfikator zasobów (URI). Na szczęście serwery WWW obsługujące takie aplikacje przechowują dzienniki dostępu (np. czas odpowiedzi i rozmiar dokumentu) do tych identyfikatorów URI. Pierwszym krokiem jest zebranie tych dzienników dostępu.

Krok 02: Zastosowanie algorytmu klastrowania ML

Algorytm klastrowania to nienadzorowana metoda uczenia maszynowego, która tworzy K klastrów zawierających punkty danych o podobnych właściwościach, na podstawie zbioru danych. Ten algorytm klastrowania, zasilany danymi z historycznych dzienników dostępu, tworzy klastry identyfikatorów URI o podobnym czasie dostępu i rozmiarze dokumentu odpowiedzi.

Krok 03: Wdrożenie klastrów jako mikrousług

Możesz utworzyć mikrousługę dla każdego klastra identyfikatorów URI i wdrożyć je w dowolnej infrastrukturze chmurowej.

Uwaga: Ta technika autodekompozycji jest specyficzna dla monolitycznych aplikacji internetowych i ma na celu jedynie przybliżenie najnowszych trendów w tej dziedzinie.

Najlepsze praktyki migracji z monolitu do mikroserwisów

Oto kilka najlepszych praktyk, które należy uwzględnić podczas migracji z architektury monolitycznej do mikroserwisowej:

• Zacznij od małego: Często najlepiej jest rozpocząć od migracji małej, niezależnej części aplikacji do architektury mikrousług. Pozwala to na naukę na bieżąco i wprowadzenie niezbędnych poprawek przed zajęciem się większymi częściami aplikacji.
• Zidentyfikuj odpowiednie mikrousługi: Dokładnie zidentyfikuj funkcje biznesowe swojej aplikacji i określ, czy można je zaimplementować jako niezależne mikrousługi.
• Zaprojektuj przejrzyste interfejsy: Upewnij się, że interfejsy między mikrousługami są dobrze zdefiniowane i łatwe w użyciu. Ułatwi to rozwój i utrzymanie mikroserwisów.
• Użyj kontenerów: Kontenery ułatwiają wdrażanie mikrousług i zarządzanie nimi, umożliwiając spakowanie mikrousługi i jej zależności w jednej, autonomicznej jednostce.
• Wykorzystaj infrastrukturę przyjazną mikrousługom: Do obsługi architektury mikrousług potrzebna jest infrastruktura, która może obsłużyć zwiększoną złożoność i ruch generowany przez mikrousługi. Może to obejmować technologie takie jak siatki usług, bramy API i rozproszone śledzenie.
• Dokładnie przetestuj: Przetestuj dokładnie mikrousługi, aby upewnić się, że działają zgodnie z oczekiwaniami i że interfejsy między nimi działają prawidłowo.
• Monitoruj i zarządzaj mikrousługami: Niezbędne jest monitorowanie wydajności i kondycji mikrousług, a także podejmowanie odpowiednich działań w przypadku problemów. Może to wymagać użycia narzędzi do analizy logów, monitorowania wydajności i śledzenia błędów.

Podsumowując, staranne planowanie i wykonanie jest kluczem do udanej migracji. Stosując te najlepsze praktyki, możesz mieć pewność, że migracja przebiegnie bezproblemowo i osiągnie zamierzony cel.

Podsumowanie

Architektura mikrousług jest najbardziej elastyczną i skalowalną architekturą dla współczesnych środowisk chmurowych. Umożliwia skalowanie poszczególnych części aplikacji w zależności od potrzeb oraz modyfikowanie lub aktualizowanie poszczególnych usług bez wpływu na całość. Jednak jej rozwój i utrzymanie mogą być bardziej skomplikowane.

Ostateczny wybór stylu architektury zależy od konkretnych potrzeb i celów aplikacji. Należy wziąć pod uwagę takie czynniki jak rozmiar i złożoność aplikacji, wymagany poziom skalowalności i elastyczności, a także dostępne zasoby do rozwoju i utrzymania.