Sissejuhatav juhend mikroteenuste arhitektuurile: peamised punktid disainist praktikani

Mikroteenuste arhitektuur, kui populaarne tarkvaraarendusmeetod, ehitab rakendused väikeste, autonoomsete teenuste kogumina, mis suhtlevad võrgu kaudu. Võrreldes traditsioonilise monoliitse arhitektuuriga, suudavad mikroteenused pakkuda paremat skaleeritavust, paindlikkust ja veakindlust. Kuid mikroteenused toovad kaasa ka keerukuse, mis nõuab hoolikat disaini ja rakendamist. Selle artikli eesmärk on pakkuda algajatele sissejuhatavat juhendit mikroteenuste arhitektuurile, aidates teil mõista mikroteenuste põhimõisteid, disainiprintsiipe ja praktilisi nippe.

I. Mikroteenuste arhitektuuri põhimõisted

Enne mikroteenuste arhitektuuri süvenemist on oluline mõista järgmisi põhimõisteid:

1. Teenus (Service): Sõltumatult juurutatav tarkvaramoodul, millel on üksainus vastutus. Iga teenus peaks vastutama konkreetse äri funktsiooni täitmise eest.

2. Autonoomne (Autonomous): Iga teenus peaks olema võimeline iseseisvalt juurutama, uuendama ja laiendama, ilma et see mõjutaks teisi teenuseid. See tähendab, et teenused peaksid olema võimalikult lahtiühendatud ja suhtlema selgelt määratletud API-de kaudu.

3. Valdkonnapõhine disain (Domain-Driven Design, DDD): DDD on tarkvaraarendusmeetod, mis rõhutab tarkvara modelleerimist valdkonna kontseptsioonide kogumina. Mikroteenuste arhitektuuris võib DDD aidata meil tuvastada ja piiritleda teenusepiire, tagades, et iga teenus on üles ehitatud selgelt määratletud ärivaldkonna ümber.

4. API lüüs (API Gateway): Toimib kliendi juurdepääsupunktina mikroteenuste klastrile, vastutades päringute suunamise, autentimise ja autoriseerimise, liikluse juhtimise jms eest.

5. Teenuse avastamine (Service Discovery): Võimaldab teenustel käitusajal dünaamiliselt leida ja ühenduda teiste teenustega.

6. Sõnumijärjekord (Message Queue): Kasutatakse teenuste vaheliseks asünkroonseks suhtluseks, et saavutada lahtiühendamine ja parandada süsteemi skaleeritavust. Levinud sõnumijärjekorrad on näiteks Kafka, RabbitMQ jne.

7. Hajutatud tehing (Distributed Transaction): Kuna mikroteenused on hajutatud süsteem, ei ole traditsioonilised tehingute haldamise meetodid enam kohaldatavad. Vaja on kasutada hajutatud tehingute lahendusi, näiteks Saga muster.

II. Mikroteenuste arhitektuuri disainipõhimõtted

Siin on mõned peamised põhimõtted, mida tuleb mikroteenuste arhitektuuri kujundamisel järgida:

1. Üksikvastutuse põhimõte (Single Responsibility Principle): Iga teenus peaks vastutama ainult ühe äri funktsiooni eest, vältides teenuste liiga mahukaks muutumist.

2. Piiritletud kontekst (Bounded Context): Jagage rakendus mitmeks piiritletud kontekstiks, millest igaüks vastab konkreetsele ärivaldkonnale. Teenused peaksid olema kujundatud piiritletud konteksti ümber, tagades teenuse sisemise järjepidevuse.

3. API-eesmärgistatud (API-First): Enne teenuse kujundamist määratlege esmalt teenuse API. API peaks olema selge, stabiilne ja hõlpsasti kasutatav.

4. Automatiseerimine (Automation): Automatiseerimine on mikroteenuste arhitektuuri võti. Automatiseeritud juurutamine, testimine, jälgimine ja laiendamine võivad oluliselt parandada arenduse efektiivsust ja süsteemi usaldusväärsust.

5. Veakindlus (Fault Tolerance): Mikroteenuste arhitektuuris võivad teenuste vahelised sõltuvused põhjustada kaskaadrikkeid. Seetõttu on vaja võtta meetmeid süsteemi veakindluse parandamiseks, näiteks kasutada kaitselüliteid, uuesti proovimise mehhanisme ja sulavkaitsmeid.

6. Vaadeldavus (Observability): Mikroteenuste süsteemi tervise jälgimine on ülioluline. Probleemide õigeaegseks avastamiseks ja lahendamiseks on vaja koguda ja analüüsida erinevaid näitajaid, näiteks päringu latentsust, veamäära ja ressursikasutust.

III. Mikroteenuste arhitektuuri praktilised sammud

Siin on praktilised sammud mikroteenuste arhitektuuri nullist ülesehitamiseks:

1. Määrake ärivaldkond: Esiteks on vaja põhjalikult analüüsida rakenduse ärivaldkonda, et tuvastada peamised äri funktsioonid. Rakenduse jagamiseks mitmeks piiritletud kontekstiks saab kasutada DDD meetodit.

2. Piiritle teenusepiirid: Määrake teenusepiirid vastavalt ärivaldkonnale ja piiritletud kontekstile. Iga teenus peaks olema kujundatud selgelt määratletud ärivaldkonna ümber.

3. Määratlege API: Määratlege iga teenuse jaoks selged ja stabiilsed API-d. API peaks kasutama RESTful stiili ja olema dokumenteeritud OpenAPI (Swagger) abil.

openapi: 3.0.0
info:
  title: User Service
  version: 1.0.0
paths:
  /users/{userId}:
    get:
      summary: Get user by ID
      parameters:
        - name: userId
          in: path
          required: true
          schema:
            type: integer
      responses:
        '200':
          description: Successful operation
          content:
            application/json:
              schema:
                type: object
                properties:
                  id:
                    type: integer
                  name:
                    type: string

4. Valige tehnoloogiapakk: Valige oma meeskonnale ja projektile sobiv tehnoloogiapakk. Levinud mikroteenuste tehnoloogiapakid on järgmised:

   • Programmeerimiskeel: Java (Spring Boot), Go (Golang), Node.js (Express.js), C# (.NET)
   • Konteineriseerimine: Docker
   • Konteinerite orkestreerimine: Kubernetes, Docker Swarm
   • API lüüs: Kong, Apigee, Tyk
   • Teenuse avastamine: Eureka, Consul, etcd
   • Sõnumijärjekorrad: Kafka, RabbitMQ
   • Konfiguratsioonihaldus: Spring Cloud Config, Consul
   • Monitooring: Prometheus, Grafana, ELK Stack (Elasticsearch, Logstash, Kibana)

5. Ehitage teenused: Kasutage valitud tehnoloogiapakki iga teenuse ehitamiseks. Veenduge, et iga teenus vastaks ühtse vastutuse põhimõttele ning oleks iseseisvalt juurutatav ja laiendatav.

6. Rakendage API lüüs: Konfigureerige API lüüs, et suunata kliendipäringud vastavatesse teenustesse. API lüüs saab hakkama ka autentimise, autoriseerimise, liikluse juhtimise jms funktsioonidega.

7. Juurutage teenused: Kasutage konteineriseerimistehnoloogiat, et pakkida teenused kujutisteks ja juurutada need klastrisse konteinerite orkestreerimissüsteemi abil.

8. Konfigureerige teenuse avastamine: Konfigureerige teenuse avastamise mehhanism, et teenused saaksid dünaamiliselt leida ja ühendada teiste teenustega.

9. Rakendage asünkroonkommunikatsioon: Kasutage sõnumijärjekordi teenuste vahelise asünkroonkommunikatsiooni rakendamiseks. Näiteks saab Kafka abil saata kasutaja registreerimissündmuse meiliteenusele, mis vastutab tervitusmeili saatmise eest.

10. Rakendage monitooring: Konfigureerige monitoorimissüsteem, et koguda ja analüüsida erinevaid näitajaid. Kasutage armatuurlaudu monitooringuandmete visualiseerimiseks ja seadistage hoiatused, et probleeme õigeaegselt avastada ja lahendada.

Neli. Soovitatavad tööriistad

Siin on mõned kasulikud tööriistad, mida saab kasutada mikroteenuste arhitektuuri loomisel:

• Spring Boot: Populaarne Java raamistik, mida kasutatakse iseseisvate, tootmistasemel Springi rakenduste kiireks ehitamiseks.

• Kubernetes: Avatud lähtekoodiga konteinerite orkestreerimissüsteem, mida kasutatakse konteineriseeritud rakenduste juurutamise, laiendamise ja haldamise automatiseerimiseks.

• Docker: Konteineriseerimisplatvorm rakenduste pakkimiseks, levitamiseks ja käitamiseks.* Kafka: hajus voogedastuse platvorm, mida kasutatakse reaalajas andmetorude ja voogedastusrakenduste loomiseks.

• Prometheus: avatud lähtekoodiga seire- ja hoiatussüsteem, mida kasutatakse ajasarja andmete kogumiseks ja analüüsimiseks.

• Grafana: andmete visualiseerimise tööriist, mida kasutatakse armatuurlaudade loomiseks ja seireandmete visualiseerimiseks.

V. Monoliit vs. Mikroteenused: Valiku kaalutlused

Arutelus mainiti, et Stack Overflow suudab monoliitse arhitektuuriga skaleerida 100 miljoni kasutajani, samas kui Amazon kasutab skaleerimiseks tuhandeid mikroteenuseid. See rõhutab, et monoliitse või mikroteenuste arhitektuuri valiku võti on ärivajaduste ja meeskonna võimekuse mõistmine, mitte pimesi tehnoloogiliste suundumuste järgimine.

Monoliitse arhitektuuri eelised on järgmised:

• Lihtsustatud arendus ja juurutamine: kogu kood on ühes koodibaasis, mida on lihtne ehitada, testida ja juurutada.
• Lihtsustatud tehingute haldus: traditsioonilisi tehingute haldamise meetodeid saab monoliitsetes rakendustes lihtsamini rakendada.
• Vähendatud operatsioonide keerukus: vaja on hallata ainult ühte rakendust, mis vähendab operatsioonide kulusid.

Mikroteenuste arhitektuuri eelised on järgmised:

• Suurem skaleeritavus: iga teenust saab iseseisvalt skaleerida, eraldades ressursse vastavalt vajadusele.
• Suurem paindlikkus: erinevate teenuste loomiseks saab kasutada erinevaid tehnoloogiapinu.
• Suurem veakindlus: ühe teenuse rike ei mõjuta teisi teenuseid.
• Edendab meeskonna autonoomiat: iga meeskond saab iseseisvalt arendada ja juurutada oma teenuseid.

Seetõttu on arhitektuuri valimisel vaja kaaluda ülaltoodud tegureid ja teha otsus vastavalt konkreetsele olukorrale. Kui teie rakendus on suhteliselt lihtne ja meeskond on väike, võib monoliitne arhitektuur olla parem valik. Kui teie rakendus on väga keeruline, meeskond on suur ning vajate kõrget skaleeritavust ja paindlikkust, võib mikroteenuste arhitektuur olla teile sobivam.

VI. JäreldusMikroteenuste arhitektuur on võimas tarkvaraarendusmeetod, mis võib tuua paremat skaleeritavust, paindlikkust ja veakindlust. Kuid mikroteenused toovad kaasa ka keerukuse, mis nõuab hoolikat disaini ja rakendamist. See artikkel pakub sissejuhatuse mikroteenuste arhitektuuri, lootes aidata teil mõista mikroteenuste põhimõisteid, disainipõhimõtteid ja praktilisi nippe, et edukalt luua mikroteenustel põhinevaid rakendusi. Pidage meeles, et hõbekuuli pole olemas, sobiva arhitektuuri valik nõuab ärivajaduste, meeskonna võimekuse ja tehnoloogiapinu terviklikku arvessevõtmist.