Det er essensielt å tenke strategisk før man bestemmer seg for å transformere en monolittisk applikasjon til en mikroservicebasert løsning. En feilvurdering av tidspunktet for en slik overgang kan resultere i at man sakker akterut i forhold til konkurrenter.
De siste årene har det vært en tydelig trend mot å erstatte monolittiske strukturer med mikrotjenestearkitekturer innen programvareutvikling. Organisasjoner som søker å øke skalerbarheten og fleksibiliteten i sine applikasjoner, ser overgangen til mikrotjenester som et stadig mer attraktivt alternativ. Men hva innebærer egentlig denne overgangen, og hvorfor kan det være det rette valget for din organisasjon?
Denne artikkelen ser nærmere på forskjellene mellom monolittiske, flerlags (N-tier) og mikrotjenestearkitekturer. I tillegg diskuteres tidspunktet for og fremgangsmåten ved en migrering til en mikrotjenestearkitektur.
La oss utforske dette nærmere! 😀
Hva er en monolittisk arkitektur?
En monolittisk arkitektur er en designmodell hvor hele applikasjonen er bygget som en enkelt, selvstendig enhet. I en slik struktur er alle komponenter, inkludert brukergrensesnitt, forretningslogikk og datalagring, samlet i én kodebase.
Fordeler 👍
- Enkelhet: Monolittiske arkitekturer er lette å forstå og håndtere.
- Enkel distribusjon: En monolittisk applikasjon er en enkelt enhet, noe som forenkler distribusjonsprosessen.
- Forbedret ytelse: Intern kommunikasjon mellom komponenter er raskere i en monolittisk struktur, noe som resulterer i bedre ytelse.
- Kostnadseffektivt: Monolittisk utvikling kan være rimeligere sammenlignet med mer komplekse arkitekturer.
- Kjennskap: Mange utviklere er kjent med monolittiske systemer og foretrekker denne tilnærmingen.
Ulemper 👎
- Begrenset fleksibilitet: Endringer i en komponent kan påvirke hele systemet i en monolittisk arkitektur.
- Skaleringsutfordringer: Skalering krever at hele systemet skaleres, noe som kan være ineffektivt.
- Høyere vedlikeholdskostnader: Vedlikehold av en monolittisk struktur kan bli kostbart og tidkrevende etter hvert som applikasjonen vokser og blir mer kompleks.
- Begrenset gjenbruk av kode: Det er vanskeligere å gjenbruke kode på tvers av ulike deler av applikasjonen.
Hva er en flerlagsarkitektur?
Flerlagsarkitektur deler et system inn i flere lag som samarbeider for å utføre en spesifikk funksjon. Hvert lag har ansvar for en bestemt del av systemet og kommuniserer med andre lag for å løse en oppgave.
Denne arkitekturen fokuserer på å skille ulike ansvarsområder ved bruk av lag for spesifikke oppgaver. For eksempel viser bildet under en typisk 3-lags arkitektur for en MVC-applikasjon. Modellaget administrerer datakildene, visningen representerer presentasjonslaget, mens kontrolleren fungerer som en mellommann mellom modell- og visningslagene.
En typisk 3-lags MVC-arkitektur
Fordeler 👍
- Forbedret sikkerhet: Adskilte lag gjør det vanskeligere for uvedkommende å få tilgang til sensitiv data eller funksjonalitet.
- Bedre skalerbarhet: Lagene kan skaleres individuelt, noe som gjør det lettere å håndtere økt bruk eller belastning.
- Enklere vedlikehold: Ansvarsseparasjonen i flerlagsarkitektur forenkler vedlikehold og oppdatering av ulike deler av applikasjonen.
- Økt fleksibilitet: Den modulære strukturen gir økt fleksibilitet for endringer og tillegg av funksjonalitet. Integrasjon med andre systemer er også enklere.
- Forbedret kodegjenbruk: Lagdelt design muliggjør modularitet. Samme forretningslogikk kan brukes med forskjellige presentasjonslag.
Ulemper 👎
- Økt kompleksitet: Bruk av flere lag kan gjøre systemet mer komplekst, noe som vanskeliggjør forståelse og vedlikehold.
- Lengre utviklingstid: Utvikling av en flerlagsarkitektur kan ta lengre tid enn en enkeltlagsarkitektur grunnet lagene og kommunikasjonen mellom dem.
- Økt implementerings- og konfigurasjonsarbeid: Distribusjon og konfigurering av et flerlagssystem kan være mer tidkrevende enn et enkeltlagssystem.
- Høyere krav til maskinvare og infrastruktur: En flerlagsarkitektur kan kreve mer maskinvare- og infrastrukturressurser.
- Mer omfattende testing: Testing av et flerlagssystem kan være mer komplekst grunnet flere lag og kommunikasjonskanaler.
Hva er mikrotjenestearkitektur?
Mikrotjenestearkitektur deler en applikasjon inn i små, uavhengige tjenester som kommuniserer via APIer.
Mikrotjenester
Denne tilnærmingen gir økt fleksibilitet og skalerbarhet da hver tjeneste kan utvikles og distribueres uavhengig. Dette gjør det også enklere å skalere opp eller ned etter behov. Mikrotjenestearkitektur er spesielt godt egnet for skybaserte miljøer, hvor ressurser raskt kan allokeres og deallokeres.
Fordeler 👍
- Skalerbarhet: Mikrotjenester kan skaleres individuelt, noe som gjør det mulig å tilpasse ressursbruken til behov.
- Robusthet: Feil i en mikrotjeneste påvirker ikke nødvendigvis de andre tjenestene, noe som gir økt stabilitet.
- Modularitet: Hver mikrotjeneste kan utvikles, testes og distribueres uavhengig, noe som forenkler endringer og oppdateringer.
- Fleksibilitet: Mikrotjenester tillater bruk av ulike teknologier for forskjellige tjenester, slik at man kan bruke de beste verktøyene for hver oppgave.
- Enkel distribusjon: Uavhengig distribusjon av mikrotjenester forenkler utrulling av nye versjoner av applikasjonen.
Ulemper 👎
- Økt kompleksitet: Administrasjon av mange uavhengige tjenester kan være mer komplekst.
- Høyere ressurskrav: Kjøring av mange tjenester kan kreve mer ressurser og infrastruktur.
- Økte kommunikasjonskostnader: Kommunikasjon mellom tjenester via APIer kan påføre overhead.
- Mer kompleks testing og distribusjon: Testing og distribusjon av mange tjenester kan være komplisert.
Monolittisk vs. flerlags vs. mikrotjenester
Tabellen nedenfor oppsummerer de viktigste forskjellene mellom arkitekturene:
| Sammenligning | Monolittisk arkitektur | Flerlagsarkitektur | Mikrotjenestearkitektur |
| Kompleksitet | Enklest | Mer kompleks | Mest kompleks |
| Nettverkstrafikk | Minimal | Minimal (så lenge lagene er på samme nettverk) | Maksimal |
| Utviklingstid | Kortere | Mer enn monolittisk | Mer enn flerlags |
| Gjenbruk av kode | Mindre | Maksimal | Minimum |
| Avhengighet av DevOps | Nei | Nei | Høy |
| Vanskelighetsgrad i global testing & feilsøking | Nei | Nei | Ja |
| Skalerbarhet | Lav | Middels | Høy |
| Distribusjonstid | Kortere | Høy | Kortere |
| Vedlikehold og oppdatering | Lav | Middels | Høy |
| Tid til marked | Saktere | Saktere | Raskere |
| Feiltoleranse | Lav | Lav | Høy |
| Modularitet | Lav | Middels | Høy |
| Distribusjonsuavhengighet | Lav | Lav | Høy |
Sammenligning av monolittiske, flerlags- og mikrotjenestearkitekturer
Fra monolittisk til mikrotjenester: Når er det riktig tidspunkt for overgang?
Det finnes ikke et enkelt svar på dette spørsmålet, da beslutningen om å migrere fra en monolittisk til en mikrotjenestearkitektur avhenger av applikasjonens spesifikke behov og mål. Her er noen faktorer du bør vurdere:
- Applikasjonens størrelse og kompleksitet: En mikrotjenestearkitektur kan forenkle utvikling og vedlikehold hvis applikasjonen din er stor og kompleks med mange sammenkoblede komponenter. Monolittisk arkitektur kan være tilstrekkelig for mindre og enklere applikasjoner.
- Behov for skalerbarhet: Hvis applikasjonen din må skaleres raskt for å møte endrede krav, kan mikrotjenester være et bedre valg da de kan skaleres uavhengig.
- Behov for fleksibilitet: Hvis du trenger å endre eller oppdatere individuelle komponenter uten å påvirke hele applikasjonen, er mikrotjenester fordelaktig da hver tjeneste kan utvikles, testes og distribueres uavhengig.
- Tilgjengelige ressurser for utvikling og vedlikehold: Hvis du har et stort team med de nødvendige ferdighetene, kan en mikrotjenestearkitektur være hensiktsmessig. Et mindre team eller mangel på nødvendig kompetanse kan tilsi en enklere monolittisk arkitektur.
Overgang fra monolittisk til mikrotjenester: Vellykkede eksempler
Beslutningen om å bytte fra en monolittisk til en mikrotjenestearkitektur bør være basert på en nøye vurdering av fordeler og ulemper. Valget bør være det som best tjener applikasjonens behov.
La oss se på eksempler fra Amazon og Netflix for å forstå hvordan de tok sine migrasjonsbeslutninger.
Amazon casestudie
Amazon, en kjent detaljhandelsgigant, brukte opprinnelig en monolittisk arkitektur for sin nettside. Etter hvert som kodebasen vokste og flere utviklere bidro, ble det vanskelig å håndtere avhengigheter og gjøre endringer. Dette førte til forsinkelser og utfordringer som hindret selskapets evne til å skalere plattformen for å møte behovene til en voksende kundebase.
For å løse disse utfordringene, delte Amazon sine monolittiske applikasjoner inn i mindre, uavhengige tjenestespesifikke applikasjoner. Dette innebar å analysere kildekoden og trekke ut kodeenheter som tjente ett enkelt funksjonelt formål. De pakket enhetene inn i et web service-grensesnitt og delegerte eierskapet til hvert tjeneste til et utviklerteam.
Kilde: Sanntids Amazon tjenesteavhengighetsgraf
Mikrotjenestearkitekturen gjorde det lettere for Amazon å foreta endringer og oppdateringer, samt å skalere spesifikke komponenter etter behov. Til tross for utfordringer med overgangen, har fordelene med mikrotjenestearkitektur vært betydelige. Amazons e-handelsplattform håndterer nå over 2,5 milliarder produktsøk daglig og inkluderer millioner av produkter fra hundretusenvis av selgere.
Netflix casestudie
Netflix, en populær strømmetjeneste, er tilgjengelig i 190 land og hadde over 223 millioner betalende brukere i 2022.
I 2008 opplevde Netflix databasekorrupsjon som varte i tre dager. Dette var et vendepunkt som fremhevet problemene med enkeltpunktfeil i en monolittisk design. Netflix migrerte gradvis fra en monolittisk arkitektur til en skybasert mikrotjenestearkitektur ved å bruke Amazons webtjenester.
Det tok Netflix flere år å migrere sine kunde- og ikke-kundevendte applikasjoner. Likevel er fordelene enorme. Selskapets månedlige seertimer økte 1000 ganger mellom 2008 og 2015, noe som resulterte i betydelig vekst i inntekter og overskudd.
Hvordan migrere en applikasjon fra monolittisk til mikrotjenestearkitektur manuelt
Her er noen trinn du kan følge for å migrere applikasjonen din (manuelt) fra en monolittisk til en mikrotjenestearkitektur:
- Identifiser applikasjonens forretningsfunksjoner: Start med å identifisere de forskjellige forretningsfunksjonene i applikasjonen. Analyser om disse funksjonene kan implementeres som uavhengige mikrotjenester.
- Del applikasjonen inn i mikrotjenester: Når funksjonene er identifisert, kan du begynne å dele applikasjonen i mikrotjenester. Dette kan kreve refaktorering av kodebasen for å skille funksjonene i uavhengige tjenester.
- Design grensesnittene mellom mikrotjenestene: Hver mikrotjeneste skal kommunisere med de andre gjennom veldefinerte grensesnitt eller APIer. Det er viktig å designe disse grensesnittene nøye for å sikre at de er enkle å bruke og vedlikeholde.
- Implementer mikrotjenestene: Når applikasjonen er delt og grensesnittene designet, kan du begynne å implementere mikrotjenestene. Dette kan innebære å bygge nye tjenester eller restrukturere eksisterende kode.
- Test og distribuer mikrotjenestene: Etter implementering er grundig testing viktig for å sikre at de fungerer som forventet. Deretter kan mikrotjenestene distribueres til produksjon, enkeltvis eller samlet.
- Migrer dataene: Hvis applikasjonen din bruker en database, må dataene migreres fra den monolittiske applikasjonen til mikrotjenestene. Det kan også være nødvendig å designe nye datamodeller eller refaktorere eksisterende data.
Overgangen fra en monolittisk til en mikrotjenestearkitektur kan være kompleks og tidkrevende. Grundig planlegging og gjennomføring er avgjørende for å lykkes.
Nyttige verktøy for overgang fra monolittisk til mikrotjenester
Det finnes flere verktøy som kan bistå med å bryte ned en monolittisk applikasjon til mikrotjenester. IBMs Mono2Micro, Decomposition Tool og Decomposer er populære verktøy som hjelper i nedbrytningsprosessen.
Disse verktøyene gir automatiserte eller halvautomatiske mekanismer for å identifisere mikrotjenester og refaktorere koden. De hjelper også med å sette opp og administrere den nødvendige infrastrukturen for å hoste mikrotjenestene.
Automatisk dekomponering for migrering fra monolittisk til mikrotjenester: En fremtidig trend
Den siste utviklingen innen kunstig intelligens og maskinlæring har revolusjonert tradisjonelle arbeidsmetoder. Det ville vært ideelt om maskiner kunne utføre den komplekse oppgaven med å dekomponere monolittiske applikasjoner til mikrotjenester.
Selv om det kan virke enkelt å bruke AI for å bistå med dekomponering, er det en vei full av utfordringer. Derfor finnes det foreløpig få fullstendige studier om dette temaet.
Abdullah et al. har foreslått en metode for uovervåket læring for automatisk dekomponering av webapplikasjoner til mikrotjenester. Følgende diagram viser den generelle arbeidsgangen i denne automatiske nedbrytningsprosessen.
Kilde: Abdullah, M., Iqbal, W., & Erradi, A. (2019). Uovervåket læringstilnærming for automatisk dekomponering av webapplikasjoner til mikrotjenester. Journal of Systems and Software, 151, 243-257.
Den automatiske nedbrytningsprosessen følger tre enkle trinn.
Trinn 01: Få tilgang til URI-tilgangslogger
Hver side på et nettsted har en unik URI. Webservere som hoster applikasjonene, lagrer tilgangslogger (f.eks. responstid og dokumentstørrelse) for disse URI-ene. Første trinn er å samle disse loggene.
Trinn 02: Bruk en klyngealgoritme (ML)
En klyngealgoritme er en uovervåket maskinlæringsmetode som grupperer datapunkter med lik karakter. Når denne algoritmen får tilgangsloggdata, danner den klynger av URIer med lignende tilgangstid og responsstørrelse.
Trinn 03: Klynger til distribusjon av mikrotjenester
En mikrotjeneste kan opprettes for hver klynge av URIer. Disse mikrotjenestene kan deretter distribueres til en valgfri skyinfrastruktur.
Merk: Denne automatiske dekomponeringsteknikken er spesifikk for monolittiske webapplikasjoner og presenteres kun for å gi en forståelse av de nyeste trendene.
Beste praksis for å migrere fra monolittisk til mikrotjenestearkitektur
Her er noen beste praksiser du bør følge når du migrerer fra en monolittisk til en mikrotjenestearkitektur:
- Begynn i det små: Det er fordelaktig å starte med å migrere en liten, selvstendig del av applikasjonen til en mikrotjenestearkitektur. Dette gir erfaring og mulighet for justeringer før de større delene av applikasjonen håndteres.
- Identifiser de riktige mikrotjenestene: Identifiser applikasjonens forretningsfunksjoner nøye og avgjør om de er egnet for uavhengige mikrotjenester.
- Design klare grensesnitt: Sørg for at grensesnittene mellom mikrotjenestene er godt definerte og enkle å bruke, for å forenkle utvikling og vedlikehold.
- Bruk beholdere: Beholdere kan forenkle distribusjon og administrasjon av mikrotjenester ved å pakke en tjeneste og dens avhengigheter i én enhet.
- Bruk mikrotjenestevennlig infrastruktur: For å støtte mikrotjenester, kreves en infrastruktur som kan håndtere den økte kompleksiteten og trafikken. Dette kan innebære bruk av tjenestemasker, API-gatewayer og distribuert sporing.
- Test grundig: Test mikrotjenestene nøye for å sikre at de fungerer som forventet og at grensesnittene fungerer korrekt.
- Overvåk og administrer mikrotjenestene: Det er viktig å overvåke ytelse og helse, og iverksette tiltak ved problemer. Dette kan innebære bruk av verktøy for logganalyse, ytelsesovervåking og feilsporing.
God planlegging og gjennomføring er avgjørende for en vellykket migrering. Ved å følge denne beste praksisen, kan du sikre en smidig overgang og oppnå de ønskede fordelene.
Konklusjon
Mikrotjenestearkitektur er den mest fleksible og skalerbare arkitekturen for moderne skybasert databehandling. Den gir muligheten til å skalere spesifikke deler av applikasjonen etter behov, samt å endre eller oppdatere individuelle tjenester uten å påvirke hele applikasjonen. Samtidig kan det være mer komplekst å utvikle og vedlikeholde.
Det endelige valget av arkitekturstil vil avhenge av de spesifikke behovene og målene til applikasjonen. Faktorer som størrelse og kompleksitet, behov for skalerbarhet og fleksibilitet, og tilgjengelige ressurser er alle viktige å vurdere.