Než se rozhodnete transformovat vaši monolitickou aplikaci na architekturu mikroslužeb, je klíčové pečlivě zvážit všechny aspekty. Opomenutí správného načasování pro tento migrační krok by mohlo vést k zaostávání za vaší konkurencí.
V posledních letech se přechod od monolitické architektury k architektuře mikroslužeb stal významným trendem v oblasti softwarového vývoje. S tím, jak organizace usilují o vyšší míru škálovatelnosti a flexibility svých aplikací, se stává transformace na mikroslužby stále oblíbenější variantou. Ale co přesně tato transformace obnáší a proč by měla být zrovna pro vaši organizaci tou nejvhodnější volbou?
Tento článek se zaměřuje na srovnání monolitických architektur, vícevrstvých architektur a architektur mikroslužeb. Dále se budeme věnovat otázkám, kdy a jak efektivně migrovat na architekturu mikroslužeb.
Pojďme se do toho ponořit! 😀
Co je monolitická architektura?
Monolitická architektura představuje softwarový návrhový model, kde je celá aplikace sestavena jako jeden, samostatný celek. V tomto modelu jsou veškeré komponenty aplikace, včetně uživatelského rozhraní, aplikační logiky a úložiště dat, integrovány do jediné kódové základny.
Výhody 👍
- Jednoduchost: Monolitická architektura je snadno pochopitelná a její používání je intuitivní.
- Snadné nasazení: Aplikace je tvořena jediným celkem, což zjednodušuje proces jejího nasazení.
- Zvýšený výkon: Komunikace mezi komponentami v monolitické aplikaci je velmi rychlá, což se projevuje zlepšením celkového výkonu.
- Nákladová efektivita: Vývoj monolitické architektury může být z hlediska financí výhodnější v porovnání s jinými architekturami.
- Zkušenost: Mnoho vývojářů je s monolitickými architekturami obeznámeno a může tento přístup preferovat.
Nevýhody 👎
- Problémy s flexibilitou: Změna jedné části systému může v monolitické architektuře ovlivnit celý systém.
- Obtížné škálování: Zvýšení výkonu monolitické aplikace vyžaduje škálování celého systému.
- Vyšší náklady na údržbu: Údržba monolitické architektury může být s růstem a složitostí aplikace nákladná a časově náročná.
- Omezená možnost opětovného použití kódu: V monolitické architektuře nemusí být jednoduché opakovaně využívat kód v různých částech aplikace.
Co je vícevrstvá architektura?
Ve vícevrstvé architektuře je systém rozdělen do několika vrstev nebo úrovní. Tyto vrstvy spolupracují při provádění specifických funkcí. Každá vrstva je primárně zodpovědná za jeden konkrétní aspekt systému. Následně vrstvy komunikují mezi sebou, aby splnily zadaný úkol.
Tato architektura klade důraz na oddělení jednotlivých problémů a pro každý specifický úkol využívá samostatné vrstvy. Například následující obrázek ilustruje 3vrstvou architekturu pro typickou aplikaci MVC. Modelová vrstva se zabývá zdroji dat, zatímco vrstva pohledu slouží jako prezentační vrstva. Ovladač funguje jako spojovací prvek mezi modelovými a prezentačními vrstvami.
Typická 3vrstvá architektura MVC
Výhody 👍
- Vylepšené zabezpečení: Různé úrovně v aplikaci znesnadňují neautorizovaným osobám přístup k citlivým datům nebo funkcím.
- Lepší škálovatelnost: Jednotlivé vrstvy lze škálovat nezávisle, což usnadňuje reakci na zvýšené využití nebo zátěž systému.
- Zjednodušená údržba: Díky oddělení problémů ve vícevrstvé architektuře je snazší provádět údržbu a aktualizace různých částí aplikace.
- Zvýšená flexibilita: Modulární architektura umožňuje větší flexibilitu při přidávání nebo změnách funkcí. Integrace s jinými systémy je také jednodušší.
- Lepší opětovné použití kódu: Vrstvená struktura podporuje modularitu. Můžete použít stejnou vrstvu obchodní logiky s různými prezentačními vrstvami.
Nevýhody 👎
- Zvýšená složitost: Využití více vrstev může zvýšit složitost celého systému a tím pádem i ztížit jeho pochopení a údržbu.
- Delší doba vývoje: Vytvoření vícevrstvé architektury může trvat déle než v případě jednovrstvé architektury kvůli nutnosti vyvinout další vrstvy a zajistit komunikaci mezi nimi.
- Složitější nasazení a konfigurace: Nasazení a konfigurace vícevrstvého systému je časově náročnější a složitější než u jednovrstvého systému.
- Vyšší nároky na hardware a infrastrukturu: Vícevrstvá architektura může pro správnou funkci vyžadovat více hardwarových a infrastrukturních zdrojů.
- Složitější testování: Testování vícevrstvého systému může být náročnější a časově náročnější vzhledem k množství vrstev a komunikaci mezi nimi.
Co je architektura mikroslužeb?
Architektura mikroslužeb rozděluje aplikaci do menších, nezávislých služeb, které spolu komunikují pomocí API.
Tento přístup umožňuje vyšší flexibilitu a škálovatelnost, protože každou službu lze vyvíjet a nasazovat nezávisle. Navíc je snadnější škálovat systém nahoru i dolů podle aktuální potřeby. Proto je architektura mikroslužeb zvláště vhodná pro cloudová prostředí, kde je možné rychle alokovat a uvolňovat zdroje.
Výhody 👍
- Škálovatelnost: Mikroslužby lze škálovat nezávisle, což umožňuje škálovat pouze ty části aplikace, které to vyžadují.
- Odolnost: Pokud jedna mikroslužba selže, ostatní služby mohou nadále fungovat, což zvyšuje celkovou odolnost aplikace.
- Modularita: Každou mikroslužbu lze vyvíjet, testovat a nasazovat nezávisle. Tím je zjednodušena úprava nebo aktualizace jednotlivých služeb.
- Flexibilita: U mikroslužeb máte flexibilitu při výběru různých technologií pro různé služby. Můžete tak pro každou práci používat ty nejvhodnější nástroje.
- Snadné nasazení: Mikroslužby je možné nasazovat nezávisle, což usnadňuje zavádění nových verzí aplikace.
Nevýhody 👎
- Zvýšená složitost: Správa velkého množství nezávislých služeb může být složitější.
- Vyšší nároky na zdroje: Provoz mnoha služeb vyžaduje více zdrojů a rozsáhlejší infrastrukturu.
- Zvýšená režie komunikace: Komunikace mezi službami vyžaduje použití API.
- Zvýšená složitost testování a nasazení: Testování a nasazování mnoha služeb může být složité.
Monolitické vs. vícevrstvé vs. mikroslužby
Následující tabulka shrnuje klíčové rozdíly mezi jednotlivými architekturami:
| Kritérium | Monolitická architektura | Vícevrstvá architektura | Architektura mikroslužeb |
| Složitost | Nejjednodušší | Složitější | Nejsložitější |
| Síťový provoz | Minimální | Minimální (pokud jsou vrstvy ve stejné síti) | Maximální |
| Doba vývoje | Kratší | Delší než u monolitické | Delší než u vícevrstvé |
| Opakované použití kódu | Menší | Maximální | Minimální |
| Závislost na DevOps | Ne | Ne | Vysoká |
| Obtížnost globálního testování a ladění | Ne | Ne | Ano |
| Snadnost škálování | Nízká | Střední | Vysoká |
| Doba nasazení | Kratší | Delší | Kratší |
| Snadnost údržby a aktualizací | Nízká | Střední | Vysoká |
| Doba uvedení na trh | Pomalejší | Pomalejší | Rychlejší |
| Úroveň odolnosti proti chybám | Nízká | Nízká | Vysoká |
| Úroveň modularity | Nízká | Střední | Vysoká |
| Úroveň nezávislosti nasazení | Nízká | Nízká | Vysoká |
Monolitická architektura na mikroslužby: Kdy je ten správný čas na přechod?
Na tuto otázku neexistuje jednoznačná odpověď, protože rozhodnutí o přechodu z monolitické na architekturu mikroslužeb se odvíjí od konkrétních požadavků a cílů vaší aplikace. Níže uvádíme několik faktorů, které je třeba vzít v úvahu při rozhodování, zda provést přechod:
- Velikost a složitost aplikace: Pokud je vaše aplikace rozsáhlá a složitá, s mnoha vzájemně propojenými komponentami, může architektura mikroslužeb usnadnit vývoj i údržbu. Naopak pro menší a jednoduché aplikace může postačovat monolitická architektura.
- Požadovaná úroveň škálovatelnosti: Pokud vaše aplikace potřebuje rychlou a snadnou škálovatelnost, aby dokázala reagovat na měnící se požadavky, může být architektura mikroslužeb lepší volbou. Díky nezávislé škálovatelnosti mikroslužeb můžete škálovat pouze ty části aplikace, které to vyžadují.
- Požadovaná úroveň flexibility: Pokud je pro vás klíčová možnost upravovat nebo aktualizovat jednotlivé části aplikace, aniž by to ovlivnilo celou aplikaci, pak je architektura mikroslužeb vhodnější. Každou mikroslužbu lze vyvíjet, testovat a nasazovat nezávisle.
- Dostupné zdroje pro vývoj a údržbu: Pokud máte velký tým se zkušenostmi a zdroji pro vývoj a údržbu architektury mikroslužeb, může to být správná volba. Pokud je váš tým malý nebo postrádá potřebné dovednosti, může být monolitická architektura snáze zvládnutelná.
Monolitické na mikroslužby: Úspěšné cesty
Rozhodnutí o přechodu z monolitické architektury na mikroslužby závisí na specifických potřebách a cílech vaší aplikace. Je nezbytné pečlivě zvážit výhody a nevýhody každého architektonického stylu a vybrat ten, který nejlépe vyhovuje vaší aplikaci.
Podíváme se na praktické případové studie, které ukazují, jak velké společnosti rozhodly o migraci. Prozkoumáme případy společností Amazon a Netflix, abychom pochopili, jak určily ten správný čas pro transformaci na mikroslužby.
Případová studie Amazon
Amazon, známý maloobchodní gigant, původně používal monolitickou architekturu pro své webové stránky. S růstem kódové základny a počtu vývojářů pracujících na platformě se stávalo stále obtížnější řešit vzájemné závislosti a provádět změny nebo aktualizace. To vedlo ke zpožděním ve vývoji, problémům s kódováním a znesnadnilo to společnosti škálovat platformu tak, aby vyhovovala rostoucímu počtu zákazníků.
Aby se Amazon vypořádal s těmito výzvami, rozdělil své monolitické aplikace na menší, nezávisle fungující aplikace specifické pro každou službu. To zahrnovalo analýzu zdrojového kódu, vyčlenění jednotek kódu sloužících jedinému funkčnímu účelu, jejich zabalení do webových služeb a přidělení každé služby týmu vývojářů.
Díky architektuře mikroslužeb mohl Amazon snadno provádět změny a aktualizace své platformy. Navíc mohl podle potřeby škálovat konkrétní komponenty. I přes problémy spojené s přechodem byly výhody architektury mikroslužeb značné. Platforma e-commerce Amazon nyní zpracovává více než 2,5 miliardy vyhledávání produktů denně a obsahuje miliony produktů od stovek tisíc prodejců.
Případová studie Netflix
Netflix je velmi populární a známá společnost, která je dostupná ve 190 zemích a od roku 2022 má více než 223 milionů platících uživatelů.
V roce 2008 čelil Netflix závažnému poškození databáze, které trvalo dlouhé 3 dny. Tehdy si společnost uvědomila problémy s centralizací monolitické architektury. Netflix proto postupně migroval z monolitické architektury na cloudové mikroslužby využívající webové služby Amazon.
Migrace aplikací pro zákazníky i interních aplikací Netflixu trvala několik let, ale přinesla obrovské výhody. Mezi roky 2008 a 2015 se počet měsíčně sledovaných hodin společnosti zvýšil tisíckrát, což vedlo k vysokým výnosům a ziskům.
Jak ručně migrovat aplikaci z monolitické na architekturu mikroslužeb
Při migraci (ruční) aplikace z monolitické na architekturu mikroslužeb je třeba provést několik kroků:
- Identifikace obchodních funkcí: Prvním krokem je identifikace různých obchodních funkcí aplikace. To zahrnuje analýzu, zda lze tyto funkce implementovat jako nezávislé mikroslužby.
- Rozdělení aplikace na mikroslužby: Po identifikaci obchodních funkcí můžete začít s rozdělováním aplikace na mikroslužby. To může zahrnovat refaktorování kódu za účelem oddělení různých funkcí do samostatných služeb.
- Návrh rozhraní mezi mikroslužbami: Každá mikroslužba by měla komunikovat s ostatními pomocí dobře definovaných rozhraní neboli API. Je důležité pečlivě navrhnout tato rozhraní, aby byla snadno použitelná a udržovatelná.
- Implementace mikroslužeb: Jakmile rozdělíte aplikaci na mikroslužby a navrhnete rozhraní, můžete je začít implementovat. To může zahrnovat vytváření nových služeb nebo refaktorování stávajícího kódu tak, aby odpovídal architektuře mikroslužeb.
- Testování a nasazení mikroslužeb: Po implementaci mikroslužeb je nutné je důkladně otestovat. Poté můžete mikroslužby nasadit do produkce, buď jednotlivě, nebo jako skupinu.
- Migrace dat: Pokud aplikace používá databázi nebo jiný systém pro ukládání dat, musíte migrovat data z monolitické aplikace do mikroslužeb. Možná bude nutné navrhnout nové datové modely nebo upravit stávající data.
Celkově může být migrace z monolitické architektury na mikroslužby složitá a časově náročná. Pro zajištění úspěchu je klíčové pečlivě naplánovat a provést celou migraci.
Praktické nástroje pro migraci z monolitické architektury na mikroslužby
Existuje několik nástrojů, které mohou usnadnit proces rozkladu monolitické aplikace na mikroslužby. Například IBM Mono2Micro, Decomposition Tool a Decomposer patří mezi nejpoužívanější nástroje pro tento účel.
Tyto nástroje poskytují sadu automatizovaných nebo poloautomatizovaných mechanismů pro identifikaci mikroslužeb a refaktorování kódu. Navíc pomáhají s nastavením a správou infrastruktury potřebné pro hostování mikroslužeb.
Automatická dekompozice pro migraci z monolitických architektur na mikroslužby: Futuristaický trend
Současný rozvoj umělé inteligence a strojového učení způsobil revoluci v tradičních přístupech k plnění úkolů. Bylo by skvělé, kdyby stroje dokázaly provádět i komplexní úlohy rozkladu monolitických aplikací na mikroslužby.
I když se může zdát jednoduché použít umělou inteligenci pro rozklad monolitických aplikací, je to cesta plná výzev. Proto existuje jen málo studií, které se tímto úkolem detailně zabývají.
Abdullah et al. navrhli přístup nekontrolovaného učení pro automatickou dekompozici webových aplikací na mikroslužby. Následující diagram ukazuje celkový proces fungování automatické dekompozice.
Proces automatického rozkladu probíhá ve třech krocích:
Krok 1: Získání přístupových protokolů URI
Každá webová stránka na webu má jedinečný identifikátor URI. Naštěstí webové servery udržují přístupové protokoly k těmto URI (např. doba odezvy a velikost dokumentu). Prvním krokem je shromáždit tyto přístupové protokoly.
Krok 2: Aplikace algoritmu strojového učení pro shlukování
Algoritmus shlukování je metoda strojového učení bez dohledu, která vytváří shluky datových bodů s podobnou povahou. Tento algoritmus po zpracování dat z historických přístupových protokolů vytvoří shluky URI s podobnou dobou přístupu a velikostí dokumentu odpovědi.
Krok 3: Nasazení shluků do mikroslužeb
Pro každý shluk URI můžete vytvořit mikroslužbu. Tyto mikroslužby pak můžete nasadit do cloudové infrastruktury.
Poznámka: Tato technika automatického rozkladu je specifická pro monolitické webové aplikace a je prezentována pouze pro ilustraci nejnovějších trendů v této oblasti.
Osvědčené postupy pro migraci z monolitické architektury na mikroslužby
Níže uvádíme několik osvědčených postupů, které je vhodné dodržovat při migraci z monolitické architektury na mikroslužby:
- Začněte v malém: Často je nejlepší začít s migrací menší, samostatné části aplikace na architekturu mikroslužeb. To vám umožní získat zkušenosti a provést potřebné úpravy před tím, než se pustíte do větších částí aplikace.
- Identifikujte vhodné mikroslužby: Pečlivě analyzujte obchodní funkce vaší aplikace a zhodnoťte, které funkce je možné implementovat jako nezávislé mikroslužby.
- Navrhněte jasná rozhraní: Zajistěte, aby byla rozhraní mezi mikroslužbami dobře definovaná a snadno použitelná. To zjednoduší vývoj i údržbu mikroslužeb.
- Využívejte kontejnery: Kontejnery usnadňují nasazení a správu mikroslužeb. Umožňují vám sbalit mikroslužbu a její závislosti do jednoho samostatného celku.
- Používejte infrastrukturu vhodnou pro mikroslužby: K podpoře architektury mikroslužeb budete potřebovat infrastrukturu, která zvládne zvýšenou složitost a provoz. To může zahrnovat sítě služeb, API brány a distribuované trasování.
- Důkladné testování: Mikroslužby důkladně otestujte, abyste se ujistili, že fungují dle očekávání a že rozhraní mezi nimi fungují správně.
- Monitorujte a spravujte mikroslužby: Je důležité sledovat jejich výkon a stav a v případě problémů přijmout vhodná opatření. To může zahrnovat analýzu protokolů, sledování výkonu a sledování chyb.
Stručně řečeno, pečlivé plánování a provedení je klíčové pro úspěšnou migraci. Dodržováním těchto osvědčených postupů můžete zajistit hladký průběh migrace a splnění jejích cílů.
Závěr
Architektura mikroslužeb je nejflexibilnější a nejvíce škálovatelná architektura pro současnou éru cloud computingu. Umožňuje škálovat konkrétní části aplikace podle potřeby a upravovat či aktualizovat jednotlivé služby, aniž by to mělo vliv na celou aplikaci. Nicméně, její vývoj a údržba mohou být složitější.
Volba konkrétního architektonického stylu bude nakonec záviset na specifických potřebách a cílech vaší aplikace. Mezi faktory, které je třeba zvážit, patří velikost a složitost aplikace, požadovaná úroveň škálovatelnosti a flexibility a zdroje dostupné pro vývoj a údržbu.