Микросервисы: плюсы и минусы по сравнению с монолитной архитектурой

Что общего у разработчиков программных приложений и строителей зданий? Обе профессии постоянно сталкиваются с архитектурой, хотя понимают этот термин по-разному. В разработке ПО термин означает схематичное представление, которое определяет основные части программы и то, как они взаимодействуют друг с другом и с пользователем. В отличие от строительства зданий, архитектура приложений не бывает типовой и не делится на стили — она разрабатывается индивидуально с учётом всех особенностей проекта. Но в ней есть устоявшиеся подходы, и один из самых обсуждаемых сегодня — микросервисный. В этой статье поговорим о микросервисной архитектуре и о видах цифровых продуктов, в которых её особенно выгодно применять.

Архитектура приложения — фундамент, на котором оно строится

Архитектура программного обеспечения (ПО) — это план или структура, описывающая, как система организована, как разные ее части (компоненты) взаимодействуют между собой и с внешними системами. Её прорабатывают перед стартом работы над проектом, чтобы учесть все требования заказчика и не тратить лишнее время на создание продукта. Ведь чем понятнее задача и нагляднее план, тем меньше вероятности, что будет проделана ненужная работа. Также архитектура программы обычно включает список технологий, которые будут использоваться, и это помогает правильно оценить возможности команды.

Разработка программной архитектуры — задача для профессионалов: опытных программистов и архитекторов ПО. Они отвечают за поиск, тестирование и защиту архитектурных решений перед командой и заказчиками. Однако помимо технических знаний в программировании, базах данных и операционных системах, для успешной работы необходимы развитые аналитические и командные навыки.

Архитектуру программного приложения определяют задолго до начала разработки, на стадии верхнеуровневого планирования. Она напрямую влияет на жизнеспособность, масштабируемость и долговечность итогового продукта.

Какой бывает архитектура цифрового сервиса

Как мы уже упоминали выше, «типовой» архитектуры приложений не существует: разработчики не выбирают шаблон из готового набора, а каждый раз собирают схему заново, учитывая специфику проекта. Выбор вида архитектуры программного обеспечения зависит от задачи: целей продукта, требований и ресурсов заказчика — временных и материальных. Но можно выделить основные подходы к проектированию, которых насчитывается несколько (классификации в разных источниках могут отличаться): монолитная, микросервисная, иерархическая, многоуровневая, гибридная, сервис-ориентированная. Чаще всего выделяют два основных подхода: монолитный и микросервисный.

Монолит — это иерархическая архитектура, причем каждый слой приложения отвечает за свою часть функционала: работа с базой, логирование, интерфейс.

Микросервисная архитектура построена на принципе симметрии. Простыми словами, каждый сервис — это самостоятельный компонент, отвечающий за отдельную бизнес-функцию и имеющий собственное хранилище данных. Такая структура обеспечивает независимость, масштабируемость и удобство модульного тестирования.

У каждого решения есть свои особенности, преимущества и недостатки. Разберём подробно, в чём они заключаются.

Монолитная архитектура

Этот вид построения программ считается более традиционным. Монолитная архитектура означает, что вся программа состоит из единого блока кода, где все части взаимодействуют прямо друг с другом. Если речь о веб-приложениях, то клиентский и серверный код находятся внутри одного проекта. Другой пример — интернет-магазин, где все функциональные модули, такие как управление пользователями, каталог товаров, корзина покупок и обработка заказов, будут интегрированы в одно приложение.

Преимущества

1. Простота разработки. Все компоненты системы взаимосвязаны, что упрощает написание и тестирование кода. Единая база кода способствует лучшему пониманию общей логики приложения.
2. Высокая производительность. Поскольку все элементы работают в рамках одного процесса, нет необходимости в межпроцессном взаимодействии. Это значительно увеличивает скорость работы приложения.
3. Общая база данных. Все компоненты имеют прямой доступ к одной и той же базе данных, что обеспечивает легкий обмен данными. В итоге нет потребности в сложных механизмах синхронизации; упрощается взаимодействие между частями системы.

Недостатки

1. Проблемы с масштабированием. Масштабирование монолитных приложений представляет собой сложную задачу, так как все приложение увеличивается как единое целое. Если ресурсы необходимы только для определенных компонентов, остальные могут получать их в избытке, что является неэффективным.
2. Производительность: не всё так однозначно. Мы назвали это качество среди преимуществ, но оно также может стать недостатком. Весь монолит использует ресурсы сервера, на котором работает (будь то выделенный сервер или виртуальная машина). Если одна из функций перегружена, это негативно скажется на остальных. Например, загрузка большого файла может привести к перегрузке всех модулей, что затруднит и вход, и работу в личном кабинете.
3. Сложности с модернизацией. Монолитные приложения сильно зависят от своего технологического стека. Внедрение новых технологий или фреймворков часто требует перепроектирования всего приложения, что замедляет его развитие и ограничивает возможность интеграции современных решений.
4. Проблемы с поддержкой. Внесение изменений или обновлений требует повторного развертывания всего приложения, что может привести к увеличению времени простоя и возникновению сбоев.

Хотя монолитная архитектура обеспечивает простоту и эффективность благодаря единой кодовой базе и общим данным, она сталкивается с серьезными проблемами в области масштабируемости, развертывания и обслуживания, а также ограничивает разнообразие технологий.

Микросервисная архитектура

Микросервисы — это принципиально иной подход к созданию программ по сравнению с монолитом. Представьте, что программа — это не одно большое здание, а набор маленьких домиков из конструктора. Эти «домики» — микросервисы — легко разбирать, менять местами и обновлять. Поэтому микросервисы надежнее, и большие компании используют их, чтобы программы работали лучше и без сбоев. В отличие от монолита, каждый микросервис выполняет свою роль, имеет свою базу данных и может быть написан на разных языках программирования.

Микросервисная архитектура строится на принципах высокой сплоченности (High Cohesion) и слабой связности. Компоненты независимы, ведь микросервис должен быть автономной единицей, способной к независимому развертыванию и обновлению. Слабая связность, в свою очередь, обеспечивает возможность внесения изменений в один сервис без влияния на другие.

Процесс создания микросервисных приложений требует участия кросс-функциональных команд, включающих разработчиков, системных архитекторов и других экспертов. Существенный бонус микросервисной архитектуры — возможность параллельной разработки различных компонентов. Например, разработка модуля аутентификации и модуля пользовательского профиля может вестись параллельно различными командами, с применением оптимальных технологий и инструментов для каждой задачи.

Преимущества

1. Гибкость и масштабируемость. Микросервисы можно масштабировать по отдельности, чтобы оптимизировать производительность и эффективно распределять ресурсы. Это позволяет эффективно распределять ресурсы, особенно если меняются требования к рабочей нагрузке.
2. Независимость и технологическая свобода. Различные микросервисы можно разрабатывать с использованием различных технологий и фреймворков, если они взаимодействуют через интерфейсы, не зависящие от технологий. Команды могут выбирать лучшие инструменты для каждого сервиса, что приводит к более эффективным решениям.
3. Автономная разработка и развертывание. Поскольку микросервисы не зависят друг от друга, их можно разрабатывать, тестировать и развертывать независимо. Это ускоряет цикл выпуска, позволяя быстрее выпускать новые функции и обновления.

Недостатки

1. Сложности управления. Для эффективной координации взаимодействия между микросервисами, обеспечения согласованности данных и обработки потенциальных сбоев требуется тщательное проектирование и внедрение. Важно заранее продумать, что произойдет в случае сбоя одного из сервисов и где будут храниться данные каждого из них. Эти аспекты необходимо учитывать до начала разработки продукта.
2. Сложности взаимодействия. С ростом количества микросервисов возрастает сложность их интеграции и поддержания согласованности данных.

Хотя микросервисная архитектура предлагает масштабируемость, разнообразие технологий и непрерывную доставку, она также приносит определенные трудности, связанные с управлением распределенными системами и взаимодействием между сервисами.

Что учитывают при разработке архитектуры

Итак, мы подробно разобрали два самых востребованных типа архитектуры. А теперь выделим, что нужно учитывать при выборе: это важные вопросы, которые нужно вынести в бриф с заказчиком или обсудить внутри команды. Все ответы и решения важно закрепить в документах.

Масштабируемость и производительность

Что обсудить: прогнозы числа пользователей; предполагаемые изменения нагрузки: будет ли она резко вырастать в определённые дни и часы?

Успешное приложение, как правило, растет. Растет число пользователей, объем данных, функциональность. Правильная архитектура должна быть спроектирована с учетом этой перспективы. Она должна позволять приложению легко масштабироваться, справляться с возрастающей нагрузкой без потери производительности.

Хорошая архитектура оптимизирует использование аппаратных ресурсов, снижая затраты на инфраструктуру в долгосрочной перспективе. Она позволяет приложению работать быстро и отзывчиво даже при больших объемах данных и пользователей.

Например, архитектура, ориентированная на микросервисы, позволит масштабировать только те части системы, которые испытывают наибольшую нагрузку (модуль обработки заказов, модуль входа), не затрагивая остальные.

Поддержка и развитие

Что обсудить: планирует ли заказчик оставить сервис на поддержке разработчика, или в будущем его будут развивать своими силами?

Хорошая архитектура делает код приложения логичным, структурированным и легким для понимания. В такой проект легче интегрировать новые технологии, фреймворки и инструменты, не переписывая все приложение с нуля — а значит, команде разработчиков или поддержки проще обеспечить конкурентоспособность и актуальность продукта.

Неправильная архитектура приводит к «спагетти-коду», запутанным зависимостям и трудностям при внесении изменений. Это накапливает технический долг, замедляя разработку в будущем и увеличивая риск ошибок.

Например, если архитектура приложения монолитна и плохо структурирована, добавление новой функции может стать сложной и рискованной задачей, требующей изменений во множестве не связанных между собой частях кода. Архитектура, основанная на модульности и четких интерфейсах, наоборот, упрощает добавление и изменение функциональности.

Надежность и стабильность

Что обсудить: какова «цена простоя» сервиса? Насколько важны надёжность и отказоустойчивость?

Правильная архитектура предусматривает механизмы отказоустойчивости и резервирования. Она позволяет приложению продолжать работать даже при возникновении ошибок или сбоев в отдельных компонентах. Это касается и монолитной, и микросервисной архитектур. Архитектура, ориентированная на надежность, сложнее в проработке, но для некоторых сервисов «цена простоя» высока, а значит, затраты оправданы.

При этом архитектура, разделенная на модули (микросервисная) делает тестирование более эффективным и простым.

Безопасность

Что обсудить: будет ли приложение работать с конфиденциальной информацией?

Микросервисная архитектура позволяет эффективно внедрять меры безопасности на разных уровнях приложения. Легче изолировать критические компоненты, контролировать доступ и применять лучшие практики безопасности.

В приложении, работающем с персональными данными пользователей, безопасность является приоритетом. Архитектура должна быть спроектирована с учетом принципов «security by design», предусматривая защиту данных на всех этапах обработки и хранения.

Экономическая эффективность

Хотя на начальном этапе разработка хорошей архитектуры может потребовать дополнительных усилий, в долгосрочной перспективе это окупается за счет снижения затрат на разработку, поддержку и исправление ошибок.

Правильная архитектура может ускорить разработку новых функций и вывод продукта на рынок, так как она упрощает внесение изменений и добавление новых возможностей.

Но иногда дополнительные затраты на разработку не окупаются. Поэтому надо примерно просчитать их уже на этапе составления плана.

Саммари:

1. Архитектурой в разработке ПО называют схематичное представление, которое определяет основные части программы и их взаимодействие. Это план или структура, описывающая, как система организована и как её части общаются между собой и с внешними системами.

2. Типовой архитектуры программного приложения не существует, но есть устоявшиеся подходы. Два самых популярных — монолит и микросервис.

• Монолитная архитектура означает, что программа состоит из единого блока кода и все части взаимодействуют напрямую друг с другом. Её преимущества: простота разработки, высокая производительность, общая база данных, которая обеспечивает лёгкий обмен ими. Недостатки: проблема с масштабированием, высокая потребность в ресурсах и сложности с модернизацией.

• Микросервисная архитектура — это подход к созданию программ, где проект строится из независимых компонентов. Её преимущества: гибкость и масштабируемость, независимость и технологическая свобода (в том числе и в выборе стека), автономность разработки и развёртывания. Недостатки, сложность управления, сложности, взаимодействия.

3. При разработке архитектуры нужно учитывать такие качества будущего сервиса как масштабируемость, поддержка и развитие, уровень отказоустойчивости, потребность в безопасности и защите данных, а также бюджет на разработку и поддержку.