Микросервисна архитектура представља прилагодљив, размерабилан и модуларан начин развоја софтверских апликација. Она подразумева разлагање обимних апликација на мање, самосталне компоненте, од којих свака извршава тачно одређену функцију.
У суштини, ова архитектура нуди оквир за самостално креирање, ажурирање, тестирање, примену и одржавање сваке појединачне услуге. На тај начин, програмери могу да конструишу апликације као скуп међусобно повезаних, али аутономних услуга.
Већина савремених cloud апликација представља одличне примере микросервиса, често изграђених помоћу контејнера. Контејнери садрже све неопходне елементе потребне за рад микросервиса, попут кодова, библиотека, извршних датотека и других ресурса. Захваљујући томе, програмери могу да стварају апликације без бриге о зависностима.
Извор: microsoft.com
Данас многе компаније, попут Netflix-a, Amazon-a, Uber-a и eBay-a, прелазе са традиционалних монолитних апликација на микросервисе. Ова промена је резултирала апликацијама које су више прилагођене корисницима, поузданијим и са унапређеним услугама.
Преглед
У потрази за конкурентношћу у нестабилном и сложеном пословном окружењу, компаније непрестано траже начине за побољшање ефикасности. Програмери софтвера посебно траже нове приступе за израду и одржавање апликација, увођење нових функција и слично.
У складу с тим, они напуштају монолитну архитектуру и прихватају микросервисну архитектуру, омогућавајући бржу и поузданију израду апликација и нових функционалности. Штавише, програмери и компаније могу редовно ажурирати апликације, користећи мање, мултифункционалне тимове са лабавијим међусобним везама.
Микросервисна архитектура подржава континуирани развој и имплементацију софтвера. Сваки тим може направити мањи број измена, брже тестирати апликацију и нове функције користећи аутоматизоване процесе имплементације.
Извор: aws.amazon.com
У идеалним околностима, ова архитектура превазилази већину изазова и ограничења монолитне архитектуре. Дељењем великих и сложених апликација на мање целине, олакшава се развој таквих апликација као колекције самосталних под-јединица.
Како функционише микросервисна архитектура
Микросервисна архитектура је приступ који омогућава програмерима да апликацију саставе од скупа услуга које су међусобно лабаво повезане и које се могу примењивати засебно. Свака услуга, за коју је задужен мали специјализовани тим, је самостална и фокусирана на решавање одређене пословне потребе.
Тимови могу самостално да граде, постављају, мењају, тестирају и одржавају сваку компоненту без утицаја на друге услуге. Насупрот монолитној апликацији, где су све услуге спојене у једну целину, микросервисна архитектура дели сваку пословну функцију у засебну, независну целину.
Сваки микросервис је усмерен на конкретну функцију, као што су евидентирање, фактурисање, претраживање или слање порука. Комбиновањем више микросервиса добија се једна апликација са различитим функционалностима. Иако неки микросервиси могу самостално да обављају одређену функцију, у другим случајевима две или више услуга сарађују како би извршиле сложенији задатак.
У овој архитектури, програмери могу да разложе велику и сложену апликацију вертикално, према пословним или функционалним захтевима. Резултат су мање под-јединице које се могу самостално распоређивати.
За неке операције је довољан само један микросервис. Међутим, за сложеније операције се користи више микросервиса. У таквим ситуацијама, компоненте комуницирају међусобно користећи једноставне синхроне или асинхроне мрежне позиве који су независни од програмског језика, као што су REST, gRPC или размена порука.
Поред тога, клијенти не комуницирају директно са микросервисима. Уместо тога, користе API мрежне пролазе, који прослеђују захтеве одговарајућем микросервису.
Карактеристике микросервисне архитектуре
Сваки микросервис или процес у оквиру апликације функционише као лабаво повезана, независна услуга, са сопственом логиком и зависностима. Тимови могу да мењају, тестирају, ажурирају, примењују и прилагођавају микросервис без утицаја на друге компоненте исте апликације.
Неке од карактеристика микросервисне архитектуре су:
- Апликација се састоји од неколико засебних процеса који се могу примењивати самостално. Међутим, систем може да позове више микросервиса ради испуњења једног корисничког захтева.
- Архитектура омогућава грануларно и хоризонтално скалирање.
- Микросервиси имају спољне границе и не комуницирају директно једни са другима. Уместо тога, они размењују информације преко једноставних мрежних позива као што су RPC и размена порука.
- Састоји се од специјализованих и једноставних јединица, од којих је свака фокусирана на специфичну пословну функцију или проблем. Често сваки развојни тим има стручност у одређеној компоненти.
- Како се повећава потреба за додатним функционалностима, програмери могу да додају код, што ће апликацију учинити сложенијом. У том случају, тимови могу даље раздвојити апликацију на независније услуге, којима је лакше управљати.
Монолитне наспрам микросервисних архитектура
У монолитној архитектури, ако порасте потражња за једном функцијом, програмери морају да скалирају целу архитектуру. Увођење нових функција или модификација постојеће апликације је компликовано, дуготрајно и скупо.
Такође, последице грешке у једној компоненти могу утицати на доступност целе апликације, посебно када су компоненте или процеси међусобно зависни.
Неки од главних недостатака монолитне апликације су:
- Ниска поузданост, јер ако једна компонента откаже, цела апликација престаје да ради
- Нефлексибилност
- Тешко скалирање
- Споро развијање, јер се функција мора изградити пре преласка на следећи корак
- Непогодна за велике и сложене апликације због нефлексибилности и спорог развоја
У микросервисној архитектури, за изградњу апликације се користе различите и независне компоненте. Свака функција или микросервис ради као засебна услуга, и када је потребно додати или модификовати неке функције, није потребно надограђивати целу архитектуру. Уместо тога, граде се само потребне компоненте.
Извор: ibm.com
Ово омогућава ажурирање, примену или скалирање сваке услуге независно, у складу са пословним захтевима. Поред тога, утицај грешке у једној компоненти је мањи у поређењу са монолитном апликацијом, где све отказује.
Предности микросервисне архитектуре
Главне предности микросервисне архитектуре су:
#1. Лако и флексибилно скалирање услуга
Микросервисна архитектура омогућава програмерима да самостално скалирају сваку услугу, у складу са специфичним потребама одређене функције.
Захваљујући томе, тимови не морају скалирати целу апликацију. Уместо тога, фокусирају се само на компоненту за којом постоји већа потражња и прилагођавају је, заједно са пратећом инфраструктуром.
#2. Побољшана отпорност
Будући да су микросервиси независни и самостални, проблем са једном услугом ће само делимично ограничити функционалност апликације, а неће довести до потпуног отказивања. Остале исправне микроуслуге ће наставити са радом, а недоступна ће бити само погођена функција.
У монолитној архитектури, проблем у једној компоненти ће вероватно довести до отказивања целе апликације.
#3. Код који се може поново користити
Програмери могу да користе одређене модуле за извршавање више процеса. На пример, микросервис који обавља одређени задатак може послужити и као градивни елемент за другу услугу.
На тај начин, програмери могу да додају додатне функције без писања новог кода од самог почетка. Уместо тога, могу поново да користе део кода за другу услугу.
Остале предности су:
- Микросервисна архитектура користи предности контејнера, рачунарства без сервера, DevOps приступа и других савремених технологија за развој софтвера.
- Омогућава програмерима да креирају и испоручују више услуга истовремено.
- Могућност тестирања, решавања проблема, ажурирања или уклањања одређених функција без утицаја на друге.
- Краћи циклуси развоја и бржа имплементација.
- Мањи развојни тимови
Недостаци микросервисне архитектуре
Микросервисна архитектура пружа предности као што је могућност брзог, честог и поузданог развоја великих и сложених апликација. Међутим, има и своје мане и ограничења.
- Кодирање сложених интеракција између микросервиса може бити изазовно за велике апликације.
- Управљање безбедношћу постаје сложеније како се број микросервиса повећава, а апликација расте. У пракси, ова архитектура доводи до широко распрострањеног система са већом површином за нападе, сложеним правилима приступа и повећаним мрежним саобраћајем. На пример, постоји много изложених портова, API-ја и других компоненти, тако да традиционални безбедносни алати и заштитни зидови нису довољно ефикасни. Ово чини микросервисе рањивим на DDoS, man-in-the-middle, cross-site scripting и друге врсте напада.
- Решавање проблема са великим и сложеним апликацијама постаје све теже како оне расту. Велики број међусобно повезаних модула може довести до преоптерећења комуникационим каналима због повећаног мрежног саобраћаја и RPC позива.
- Велики број услуга, процеса, контејнера, база података и других елемената доноси сложеност и изазове типичне за дистрибуиране системе.
- Како апликације постају веће и сложеније, тешко је осигурати безбедност трансакција.
Извор: developers.redhat.com
Микросервисна архитектура омогућава мањим тимовима да развијају појединачне, лабаво повезане услуге. Да би остали конкурентни, тимови морају користити различите алате који подржавају оквир, аутоматизују неке задатке који се понављају и убрзавају имплементацију апликација и нових функционалности.
Алати за микросервисе се разликују по функционалностима и другим карактеристикама. Зато избор зависи од специфичних потреба и циљева које програмери желе постићи.
Неки од уобичајених алата су:
- Оперативни системи попут Linux-а и Windows-а
- Програмски језици – Spring Boot, Elixir, Java, Golang, Python, Node.js
- Алати за управљање API-јима и тестирање – API Fortress, Postman, Tyk
- Алати за размену порука – RabbitMQ, Amazon Simple Queue Service (SQS), Apache Kafka, Google Cloud Pub/Sub
- Комплети алата – Seneca, fabric8, Google Cloud Functions
- Архитектонски оквири – Kong, Goa, Helidon, Quarkus, Moleculer
- Алати за оркестрацију – Conductor, Kubernetes, Azure Kubernetes Service (AKS), Apache Mesos, Amazon Elastic Container Service
- Алати за надгледање – Logstash, Graylog, Elastic Stack, Middleware
- Алати без сервера – Kubeless, Claudia, Apache Openwhisk
Случајеви примене микросервисне архитектуре
Микросервиси су идеални за различите индустрије и апликације, где побољшавају перформансе и ефикасност. У наставку су неки од уобичајених случајева примене:
#1. Стримовање података
Када је потребно стримовати и обрађивати велике количине података из једног или више извора, микросервиси могу помоћи у побољшању ефикасности и перформанси.
#2. Скалабилне веб апликације
Иако су неке веб апликације обично монолитне, коришћење микросервисне архитектуре може побољшати скалабилност и перформансе.
#3. Апликације за Интернет ствари (IoT)
Програмери IoT апликација могу користити микросервисну архитектуру за изградњу апликација. Ово им омогућава да креирају мале, једноставне апликације које се могу примењивати и управљати самостално.
ETL је технологија која издваја податке из једног или више извора, трансформише их у жељени формат и учитава у складиште података или базу података. Микросервиси могу помоћи у побољшању скалабилности и перформанси таквих ETL процеса.
Примери компанија које користе микросервисну архитектуру
Неке од највећих технолошких компанија које су прихватиле микросервисе су:
Amazon
Amazon је један од највећих промотера микросервисне архитектуре. Како су компанија и база корисника расли, монолитна апликација коју су користили је постала нестабилна и непоуздана.
Да би решили овај проблем, прешли су на микросервисе, који сада омогућавају лакше одржавање, увођење нових функција и одржавање засебних независних сервиса, спречавајући тако потпуне прекиде.
Поред коришћења микросервиса на свом сајту за куповину, Amazon такође нуди инфраструктуру, Amazon Web Services (AWS), где компаније могу да граде, хостују и управљају микросервисима.
Uber
У почетку је Uber користио монолитну апликацију, која је била прихватљива за град у којем су почели да пружају услуге. Међутим, како се компанија ширила на нова тржишта и регионе, апликација није могла ефикасно да подржи кориснике.
Да би обезбедио поуздане услуге, Uber је прешао на микросервисну архитектуру за одређене функције као што су управљање путовањима, управљање пролазима итд.
Извор: uber.com
Netflix
Уз помоћ микросервиса, Netflix је успео да превазиђе изазове у скалирању са којима се суочавао како је база корисника расла.
Користе више од 500 cloud микросервиса за обраду око 2 милијарде захтева дневно. Поред побољшања поузданости и доступности, микросервисна архитектура је смањила трошкове стримовања.
Закључак
Микросервисна архитектура нуди неколико предности у поређењу са монолитним системима. Ту спадају бржа имплементација апликација и функција, висока флексибилност и скалабилност, отпорност и још много тога.
Међутим, она има и неке недостатке и можда није погодна за све апликације. На пример, можда неће бити исплатива за мање апликације.
Поред тога, како апликације расту у обиму и функционалностима, постаје теже и скупље изградити, имплементирати и тестирати подјединице, посебно ако су распоређене у различитим cloud и мрежним окружењима.
Зато је од кључног значаја проценити и разумети предности и недостатке микросервисне архитектуре пре усвајања ове технологије.
Погледајте и решење за управљање API-јима намењено малим и великим компанијама.