Microservices-Architektur: Funktionen, Vorteile, Beispiele aus der Praxis

​Die Cloud-Architektur erschien als grundlegender Ansatz für Softwareanwendungen. Gleichzeitig wurden Microservices eingeführt, um den Entwicklungsprozess produktiver zu gestalten.

Die Notwendigkeit von Microservices ist offensichtlich, aber es gibt so viele Fälle, in denen Benutzer dieses Wort sehen, aber kaum seine Bedeutung verstehen. Es gibt so viele Verwirrungen, die mit Microservices verbunden sind, dass wir sie in diesem Artikel besprechen wollen.

Hier erhalten Sie alle notwendigen Informationen über die Microservice-Architektur (MA), reale Anwendungen mit MA und einige Vor- und Nachteile ihrer Verwendung.

​Verständnis von Microservices

MA ist ein Ansatz für die App-Entwicklung, bei dem die Dienste klein sind und unabhängig voneinander eingesetzt werden. Mit anderen Worten: Diese Art von Architektur vereint Dienste und orchestriert sie in einem Rahmen.

Die Dienste sind mit einer API verbunden, die bei der Interaktion zwischen den Elementen des Systems hilft. Jeder Dienst innerhalb des Rahmens ist unabhängig, was die Leichtigkeit der Wartung und Entwicklung drastisch beeinflusst.

Die Microservices-Architektur ist eine ideale Wahl für Unternehmen, die eine höhere Skalierbarkeit und Agilität anstreben. Die Unabhängigkeit der Microservices vereinfacht praktisch die Aktualisierung jedes Dienstes, ohne mit dem gesamten System einer App zu verschmelzen.  

​Definition des Konzepts der Microservices

Das Hauptkonzept von Microservices ist die Dekomposition. Dies ist ein wichtiger Punkt, der bei der Festlegung der Struktur der Microservices beachtet werden sollte. Also, lassen Sie uns ein wenig mehr in die Dekompositionsansätze eintauchen:

• Zerlegung des Anwendungsfalls. In diesem speziellen Fall kann Amazon als Beispiel verwendet werden. Es gelten also bestimmte Microservices für die Versandaufträge.
• Dekomposition der Geschäftsfähigkeiten. Hier ist jeder spezifische Microservice für einen bestimmten Teil des Geschäftsbetriebs zuständig. Beispielsweise kann Enterprise Resource Planning oder ERP für die Automatisierung von Prozessen in den Bereichen Personalwesen, Finanzsysteme, Beschaffung, Fertigung und mehr verwendet werden.
• Dekomposition der Ressourcen. In diesem Szenario werden alle Vorgänge bestimmter Bereiche durch Microservices abgedeckt. Am Beispiel von Spotify wird der Microservice für die Verwaltung der Benutzerkonten eingesetzt. Auf diese Weise ist es möglich, die Ebene der Personalisierung zu erreichen, auf der die Funktionen tiefer sind.    

Strategien zur Sicherstellung der Datenkonsistenz

Die Microservices-Architektur ist vorteilhaft für die Ausfallsicherheit und Skalierbarkeit, allerdings kann die Datenkonsistenz in diesem System eine große Herausforderung darstellen. Um einige Risiken zu beleuchten, sollten Sie besser verstehen, wie alles funktioniert, und über praktische Strategien verfügen.

Jeder Dienst innerhalb des Frameworks hat also seine eigene Datenbank. Die Synchronisierung aller Datenbanken erfolgt während des Betriebs.

Um eine starke Konsistenz innerhalb eines Systems zu erreichen, kann SAGA verwendet werden. Sequence of Aggregated Actions funktioniert durch Aufteilung von Transaktionen in mehrere kleinere. Diese sind isoliert, so dass im Falle eines Ausfalls einer Transaktion andere Transaktionen einspringen können. Es gibt 2 Ansätze: Orchestrierung und Choreographie. Bei der ersten Methode ist ein zentraler Dienst für die Koordinierung der Vorgänge und deren Reihenfolge zuständig. Bei der Choreografie entscheiden alle Dienste unabhängig voneinander über die Aktionen.

Eine weitere gute Strategie ist die Verwendung von verteilten Sperren. Es kann zu Problemen kommen, wenn mehrere Dienste gemeinsam genutzte Ressourcen haben. Um dieses Problem zu lösen, können Sie Systeme wie ZooKeeper oder Redis verwenden. Mit den verteilten Sperren kann nur ein Dienst zu einem bestimmten Zeitpunkt Änderungen an der Ressource vornehmen.

​Praktische Anwendungen zur Demonstration der Microservices-Architektur

Walmart's

Ein gutes Beispiel für den Einsatz der Microservices-Architektur ist Walmart. Die Architektur wurde 2012 nach ständigen Problemen während der Spitzenzeiten der Kundenaktivität eingeführt. Der Arbeitsablauf war unvollkommen, und aufgrund der Systemprobleme kam es zu einem spürbaren Umsatzrückgang.

Nach einer Überprüfung des bestehenden Systems beschloss das Unternehmen, auf Microservices umzusteigen. Mit Hilfe dieses Ansatzes wurde es möglich, die Aufgaben neu zu verteilen und so den Arbeitsablauf zu vereinfachen.

Hier sind einige Ergebnisse nach der Umstellung:

• Der Verbrauch von Computerleistung sank auf 40 Prozent.
• Durch die Umstellung der Architektur sank der Hardwareaufwand auf mindestens 20 und maximal 50 Prozent in einigen Fällen.
• Es wurde möglich, die volle Nutzung von mobilen Anwendungen zu erreichen. Microservices erhöhten also die Konversionsrate durch einen weiteren Kaufstrom.
• Die Ausfallzeiten wurden während des Weihnachtsgeschäfts, des Schwarzen Freitags und anderer Spitzen der Kundenaktivität vermieden.

Der Ansatz von Spotify

Ein weiteres Unternehmen, das sich für eine Microservices-Architektur entschieden hat, ist Spotify. Jüngsten Statistiken zufolge gibt es mehr als 75 Millionen aktive Nutzer und ein komplexes monolithisches System kann mehr Herausforderungen mit sich bringen, als dass es zum reibungslosen Funktionieren des Dienstes beiträgt.

Um den Kunden die bestmögliche Erfahrung zu bieten, hat dieses Unternehmen es geschafft, seine Ziele zu erreichen, indem es die folgenden Punkte umgesetzt hat:

• Jeder Microservice hat ein bestimmtes Ziel. Zum Beispiel hilft die Analyse des Nutzerverhaltens bei der automatischen Erstellung von Wiedergabelisten.
• Das gesamte System ist in einzelne, in sich geschlossene Microservices unterteilt, die von separaten Entwicklungsteams verwaltet werden.
• Jedes wahrscheinliche Problem betrifft einen bestimmten Dienst, so dass es die allgemeine Arbeitsbelastung nicht beeinträchtigt.
• Alle Dienste sind isoliert und daher nur minimal voneinander abhängig. Dadurch wurde es möglich, einen konsistenten Kundenservice zu erreichen.       

Reisepass-Scan

Die Microservices-Architektur wird auch bei PassportScan verwendet. Durch diese Art der Architektur wurde ein strukturierter Arbeitsablauf geschaffen, der den Benutzern eine bessere Erfahrung mit dem Dienst ermöglicht. Die nächsten Elemente wurden durch Microservices abgedeckt:

• Erkennung von Bildern
• Speicherung von sensiblen Informationen
• Bestandteile der Zahlung
• Buchungselemente
• Verwaltung des Benutzerkontos

Diese Herangehensweise an die Datenstrukturen hat alle Prozesse stark beeinflusst und das Sicherheitsniveau in allen Phasen verbessert. Außerdem wurde der Arbeitsablauf vereinfacht, so dass es keine Probleme mit der Reihenfolge der Aktionen gab.   

Vorteile und Herausforderungen bei der Implementierung einer Microservice-Architektur

Hier sind einige Vorteile der Microservices-Architektur:

• Der größte Vorteil von Microservices ist ihre Größe. Jeder Microservice ist relativ klein und tut nur eine Sache. Das minimiert die Menge des benötigten Codes erheblich. Wenn also jemand neu in ein Team kommt, braucht er weniger Zeit, um eine kleine Anwendung zu verstehen als ein riesiges erweitertes System mit vielen Eigenheiten.   
• Die Microservice-Architektur basiert auf dem Prinzip der Isolierung, so dass es möglich ist, Projekte in mehrere autonome Teile zu unterteilen. Jeder einzelne Teil ist für die Bereitstellung, die Entwicklung, das Testen und die Skalierung eines Teils einer Anwendung verantwortlich. Dadurch werden die Ergebnisse und Fortschritte viel schneller erzielt.
• In einer solchen Arbeitsumgebung wird der gesamte Prozess schneller und produktiver. Ein minimierter Umfang trägt dazu bei, die Zahl der Fehler zu verringern, und das ist ebenfalls ein zeitsparender Ansatz.
• Der isolierte Ansatz der Microservices-Architektur vereinfacht auch den Prozess der Behebung auftretender Probleme. Wenn beispielsweise ein Speicherleck auftritt, hat dies in der Regel zur Folge, dass das gesamte System nicht mehr funktioniert. Bei der Wahl einer Microservice-Architektur tritt dieses Problem nur bei einem Dienst auf, so dass andere nicht betroffen sind.
• Die kontinuierliche Bereitstellung einer App ist ein weiterer Vorteil, der erwähnt werden sollte. Die Anwendung ist in mehrere Teile aufgeteilt - es wird viel einfacher, einige Komponenten zu ändern, ohne den gesamten Arbeitsablauf zu beeinflussen. Die Anwendung ist also ständig in Betrieb und entwickelt sich gleichzeitig weiter.
• Flexibilität des Tech-Stacks. Eine großartige Sache ist, dass jeder Microservice seinen eigenen Tech-Stack hat und keinen Einfluss auf die anderen Teile hat. Das ist eine perfekte Umgebung für Innovationen und Experimente des Teams.
• Abgesehen von der Bereitstellung und Wartung macht die Microservice-Architektur das Testen sehr viel einfacher. Es wird ein kürzerer Zeitrahmen benötigt, um die Testsequenz abzuschließen. Das wirkt sich langfristig auch auf den gesamten Entwicklungszyklus aus.
• Da alle Elemente in sich geschlossen sind, ist es sehr einfach, die Anwendung zu warten. Es gibt keine Elementabhängigkeit, die das System sofort beeinflusst.
• Und natürlich dürfen wir nicht vergessen, wie einfach der Bereitstellungsprozess bei der Microservices-Architektur ist. Alle Dienste werden einzeln bereitgestellt, und wie bei allen anderen Prozessen haben auftretende Probleme keinen Einfluss auf das System im Allgemeinen.   

Herausforderungen im Zusammenhang mit Microservices

Alle Arten von Architekturen haben einige Herausforderungen, Microservices haben auch einige Dinge, die wir teilen können:

• Wie wir bereits erörtert haben, sind Microservices klein, und es kann viele von ihnen geben, so dass ein schwieriges verteiltes System von Verbindungen entsteht. Aus diesem Grund wird die Bereitstellung so viel schwieriger. Die betriebliche Komplexität wird durch die zahlreichen beweglichen Teile innerhalb des Systems erhöht. Die Entwickler haben viel mehr Arbeit, die mit der Zusammenarbeit zahlreicher Dienste verbunden ist.
• Das Testen der verschiedenen Interaktionen zwischen den Diensten wird wesentlich schwieriger. Aufgrund der komplexen Systemstruktur wird es nicht nur schwieriger, sondern auch zeitaufwändiger.
• Die Entwickler benötigen mehr Zeit für die Implementierung der Interaktionsmechanismen, um einige mögliche Probleme zu lösen.
• Die Kommunikation innerhalb des Teams sollte transparent sein, um Multi-Service-Anfragen umzusetzen. Jedes Teammitglied muss voll präsent sein und die Prozesse genau verstehen, sonst wird es schwierig, einen perfekten Arbeitsablauf zu erreichen.   

Schlussfolgerung

Die Microservice-Architektur wird langsam zu einer immer beliebteren Art der Anwendungsentwicklung. Viele Unternehmen aus verschiedenen Märkten akzeptieren sie als perfekte Wahl für ihre Branche. Wir haben bereits die Beispiele von Unternehmen wie Walmart, Spotify und Passport Scan besprochen.

Diese Methode gilt als kostengünstiger und flexibler für die Entwicklung einer App. Außerdem kann sie sich schrittweise weiterentwickeln und mit dem Wachstum der Geschäftsanforderungen wachsen. Die wichtigsten Vorteile, die die Microservice-Architektur von anderen Optionen abheben, sind Isolierung, höhere Produktivität, einfaches Testen und Deployment.