Микросервисная и монолитная архитектура в разработке приложений
Рассматриваем преимущества и недостатки монолитной и микросервисной архитектур, случаи использования, применение Kubernetes.
Большинство приложений можно спроектировать как на монолитной, так и на микросервисной архитектуре. Дискуссии о том, какой из этих подходов лучше, не утихают с момента их появления. Чтобы внести ясность, давайте разберемся в ключевых особенностях каждой архитектуры, оценим их преимущества и недостатки и заодно поймем, какую роль в этом процессе играет Kubernetes.
Что такое микросервисная и монолитная архитектура
Давайте посмотрим, что такое монолит и микросервисы. Сравнивать пока не будем, сделаем это позже.
Монолитная архитектура
Это способ разработки, при котором все компоненты приложения собираются в единый проект и тесно связаны между собой. В такой архитектуре интерфейс, логика приложения, базы данных и т. д. собраны в одно целое. Это упрощает запуск и тестирование.
Такой подход отлично работает с небольшими проектами, стартапами или приложениями, где нет необходимости в сложной системе модулей и сервисов. К примерам монолитных приложений можно отнести сайты-визитки, простые онлайн-магазины или небольшие внутренние корпоративные системы.
Монолитная архитектура была особенно популярна в 90-х и 2000-х годах, когда веб-приложения были проще. Тогда развернуть единый проект на сервере было логичным решением.
Однако по мере роста проекта поддержка и масштабирование монолита может стать сложнее, так как любое изменение в коде может повлиять на всю систему. Если приложение активно развивается и требует частых изменений, стоит задуматься о более гибких подходах, таких как микросервисы.
Микросервисная архитектура
Это подход, при котором приложение разделяется на множество независимых сервисов, каждый из которых выполняет свою задачу. Отдельный сервис может разрабатываться, развертываться и масштабироваться отдельно от других.
Микросервисы получили популярность в 2011 году. Тогда крупные компании, такие как Amazon и Netflix, столкнулись с проблемами масштабирования своих монолитных систем и начали переходить к более универсальным и модульным структурам.
Микросервисы идеально подходят для сложных и крупных проектов. Примерами приложений с микросервисной архитектурой являются Uber и Spotify, где различные модули работают как отдельные сервисы. Например, потоковое видео, обработка платежей, пользовательский интерфейс — все это работает независимо друг от друга.
Такой подход позволяет крупным приложениям становиться гибкими и справляться с большим количеством нагрузки со стороны клиентов. Это требует хорошей организации и инструментов управления инфраструктурой.
Сравнение подходов к архитектуре
Каждая архитектура имеет свои объективные особенности. Посмотрим, с чем будем иметь дело, выбрав тот или иной подход.
Особенности монолитной архитектуры
В целом мы уже выяснили, что при таком подходе проще разрабатывать приложения, но сложнее их масштабировать. Теперь рассмотрим особенности чуть подробнее.
Монолитная архитектура представляет собой единый проект, в котором все компоненты (пользовательский интерфейс, бизнес-логика, база данных) объединены в одном программном коде. Разворачивать на сервере такое решение удобно. Может быть достаточно одного сборочного пакета, который включает все, что нужно для запуска. Это позволяет сократить этапы при введении продукта в эксплуатацию.
Основное достоинство монолитного подхода — это тесная связь всех компонентов, которая обеспечивает удобную работу над улучшением функциональности. В то же время любое изменение в отдельном модуле оказывает влияние на всю систему. Это может быть проблемой при масштабировании. Следовательно, при росте нагрузки приходится оптимизировать код или масштабировать весь проект, а не отдельные модули.
Монолитная архитектура наиболее эффективно работает в небольших проектах или приложениях. На ранних этапах разработки монолит удобен благодаря понятной структуре и удобству эксплуатации. Тем не менее, по мере роста и усложнения приложения компании часто рассматривают переход на микросервисы.
Особенности микросервисной архитектуры
Отчасти ситуацию можно назвать противоположной. Впрочем, не будем спешить с выводами. Вот что характерно для этого подхода.
Микросервисная архитектура отличается тем, что приложение разбивается на автономные компоненты, каждый из которых выполняет свою конкретную функцию. Это позволяет разрабатывать, обновлять и развертывать каждый модуль отдельно, не затрагивая другие части системы. Такой гибкий подход предоставляет возможность легко вносить изменения и исправлять ошибки без риска длительного даунтайма (недоступности всего проекта).
Кроме того, микросервисы легко масштабировать. При увеличении нагрузки можно усиливать определенные части системы, что помогает оптимально распределять ресурсы серверной инфраструктуры. Коммуникация между сервисами осуществляется через стандартные интерфейсы, такие как REST API или gRPC. Это упрощает интеграцию и делает каждый микросервис модульным и независимым.
Однако использование микросервисной архитектуры усложняет управление серверной инфраструктурой, несмотря на множество преимуществ. Организация взаимодействия между сервисами требует продуманной настройки, а также дополнительных инструментов для мониторинга и координации, чтобы система оставалась стабильной и хорошо синхронизированной.
Когда переезжать с монолита на микросервисы
Бывает так, что перед запуском небольшого проекта вы выбрали монолитную архитектуру. Как мы уже выяснили, это может быть вполне оправдано в определенных условиях. Например, когда важны простота и скорость разработки и тестирования, у команды ограничены ресурсы и время, а значительных изменений или масштабирования в ближайшем будущем не предвидится.
Но что делать, если приложение начинает разрастаться и его обслуживание становится сложным? Правильно — задуматься о переходе на микросервисы. Если одна часть системы требует частых изменений, а каждое обновление затрагивает другие компоненты, это сигнал к изменениям. Микросервисная архитектура помогает также в случаях, когда разные части системы нуждаются в независимом масштабировании или когда разным командам нужно работать над разными частями приложения параллельно.
Как упростить переход
Смена типа архитектуры — серьезное мероприятие, которое требует времени и навыков. Чтобы упростить себе задачу, можно воспользоваться готовыми open source-решениями. Например, Kubernetes, он же K8s.
Kubernetes — это инструмент для автоматизации развертывания, масштабирования и управления контейнеризованными приложениями. Это особенно важно в микросервисной архитектуре. Он помогает управлять множеством микросервисов, обеспечивая их правильное распределение по ресурсам и автоматическое восстановление при сбоях.
Kubernetes позволяет легко масштабировать приложение по мере роста нагрузки, распределяя сервисы по кластерам, а также упрощает координацию и обновление отдельных частей системы, обеспечивая непрерывность работы приложения.
Причем здесь Managed Kubernetes
Kubernetes — действительно мощный инструмент для работы с контейниризованными приложениями. Кроме того, он бесплатен. Сложность тут только в том, что работа с ним требует немалых знаний и опыта. Даже просто развернуть и настроить K8s — не самая тривиальная задача.
Чтобы сделать жизнь разработчика чуть проще, в Selectel есть Managed Kubernetes. Это готовый сервис, который «из коробки» предлагает пользователю автоматизацию обслуживания кластеров. Развертывать и администрировать Kubernetes самостоятельно при этом не нужно.
Решение обеспечит бесперебойную работу за счет отказоустойчивого кластера и автомасштабирования ресурсов. Кроме того, с ним можно построить микросервисную архитектуру и процесс CI/CD для ускорения релизов и обновления приложений. А кластеры Kubernetes с GPU подойдут для ускорения вычислений, проведения ML-экспериментов и анализа больших данных.
Чек-лист: как переехать на микросервисы
Переход от монолитной архитектуры к микросервисной может показаться сложным, но если разбить этот процесс на отдельные шаги, все станет проще. Ниже описан пошаговый гайд, который поможет мигрировать с монолита на микросервисы.
Дисклеймер. Это не единственно верный алгоритм, но, возможно, он придаст вам сил пройти этот увлекательный путь!
- Проанализируйте монолит. Начните с того, чтобы понять, как ваш монолит работает. Найдите части, которые можно выделить в отдельные сервисы. Например, модуль обработки заказов или авторизации.
- Определите границы сервисов. Решите, какие функции можно выделить в отдельные микросервисы. Обычно это логически независимые модули, которые должны быть автономными для выполнения своей задачи.
- Создайте API. Микросервисы должны общаться между собой. Продумайте, как они будут обмениваться данными. Наиболее подходящие протоколы: REST API или gRPC.
- Перепишите один модуль как микросервис. Начните с чего-то небольшого. Например, выделите отдельно систему работы с пользователями.
- Проверьте работу сервиса. Убедитесь, что новый микросервис работает так же хорошо (или даже лучше), как его старый монолитный аналог. Напишите необходимый набор тестов и наблюдайте за логами.
- Деплой микросервиса. Разверните новый микросервис в продакшене и проверьте, что он корректно работает в связке с остальной системой.
- Повторите процесс для других модулей. Как только один микросервис успешно реализован, можно приступить к другим модулям системы. Производите работы поэтапно.
- Настройте оркестрацию и управление. Когда у вас будет много микросервисов, вам понадобится инструмент для управления ими — например, Kubernetes.
- Тестируйте и масштабируйте. После успешного внедрения микросервисов будет полезно провести нагрузочное тестирование всего проекта. Микросервисы легче масштабировать, чем монолит, поэтому теперь можно расти без боли.
- Наслаждайтесь преимуществами микросервисов. Отлично, теперь ваша архитектура готова к росту и гибкости. Может даже появиться время сделать перерыв и выпить кофе.
Заключение
Монолитная и микросервисная архитектура встречаются повсеместно. Для различных проектов на разных этапах развития может быть предпочтительнее тот или иной подход. Монолит чаще выбирают, когда начинают с нуля разработку новой системы. На ранних этапах сложно спланировать, какие модули проекта стоит выделить в отдельные сервисы. В тоже время можно использовать готовые решения других разработчиков, а не писать сервисы самостоятельно. Это поможет быстрее запустить проект.
Микросервисный подход к разработке популярен в больших продуктовых командах, которые пишут код для сложных высоконагруженных систем. После того, как продукт на основе монолита сталкивается с проблемами масштабирования и производительности, в команде могут принять решение о переходе на микросервисы.
