Mikroservisu arhitektūras ievads: galvenie punkti no projektēšanas līdz praksei

Mikroservisu arhitektūra, kā populāra programmatūras izstrādes metode, veido lietojumprogrammu kā nelielu, autonomu servisu kopumu, kas sazinās savā starpā, izmantojot tīklu. Salīdzinājumā ar tradicionālo monolīto arhitektūru, mikroservisi var nodrošināt labāku mērogojamību, elastību un kļūdu noturību. Tomēr mikroservisi ievieš arī sarežģītību, kam nepieciešama rūpīga projektēšana un ieviešana. Šī raksta mērķis ir sniegt iesācējiem mikroservisu arhitektūras ievadu, palīdzot jums izprast mikroservisu pamatjēdzienus, projektēšanas principus un praktiskos paņēmienus.

I. Mikroservisu arhitektūras pamatjēdzieni

Lai iedziļinātos mikroservisu arhitektūrā, ir svarīgi izprast šādus pamatjēdzienus:

1. Serviss (Service): Neatkarīgi izvietots programmatūras modulis ar vienu atbildību. Katram servisam jābūt atbildīgam par noteiktas biznesa funkcijas izpildi.

2. Autonomija (Autonomous): Katram servisam jābūt iespējai neatkarīgi izvietot, atjaunināt un paplašināt, neietekmējot citus servisus. Tas nozīmē, ka servisiem jābūt pēc iespējas atsaistītiem un jāsazinās, izmantojot skaidri definētus API.

3. Domēna virzīta projektēšana (Domain-Driven Design, DDD): DDD ir programmatūras izstrādes metode, kas uzsver programmatūras modelēšanu kā domēna jēdzienu kopumu. Mikroservisu arhitektūrā DDD var palīdzēt mums identificēt un sadalīt servisu robežas, nodrošinot, ka katrs serviss ir balstīts uz skaidri definētu biznesa domēnu.

4. API vārteja (API Gateway): Kā klienta piekļuves punkts mikroservisu klasterim, tā ir atbildīga par pieprasījumu maršrutēšanu, autentifikācijas autorizāciju, trafika kontroli un citām funkcijām.

5. Servisu atklāšana (Service Discovery): Ļauj servisiem dinamiski atrast un izveidot savienojumu ar citiem servisiem izpildes laikā.

6. Ziņojumu rinda (Message Queue): Izmanto asinhronai saziņai starp servisiem, lai panāktu atsaisti un uzlabotu sistēmas mērogojamību. Parastās ziņojumu rindas ietver Kafka, RabbitMQ utt.

7. Sadales darījums (Distributed Transaction): Tā kā mikroservisi ir sadalītas sistēmas, tradicionālās darījumu pārvaldības metodes vairs nav piemērotas. Ir jāizmanto sadales darījumu risinājumi, piemēram, Saga modelis.

II. Mikroservisu arhitektūras projektēšanas principi

Šeit ir daži galvenie principi, kas jāievēro, projektējot mikroservisu arhitektūru:

1. Viena atbildības princips (Single Responsibility Principle): Katram servisam jābūt atbildīgam tikai par vienu biznesa funkciju, izvairoties no tā, ka serviss ir pārāk apjomīgs.

2. Ierobežots konteksts (Bounded Context): Sadaliet lietojumprogrammu vairākos ierobežotos kontekstos, katrs konteksts atbilst noteiktam biznesa domēnam. Servisiem jābūt projektētiem ap ierobežotu kontekstu, nodrošinot servisa iekšējo konsekvenci.

3. API prioritāte (API-First): Pirms servisa projektēšanas vispirms definējiet servisa API. API jābūt skaidram, stabilam un viegli lietojamam.

4. Automatizācija (Automation): Automatizācija ir mikroservisu arhitektūras atslēga. Automatizēta izvietošana, testēšana, uzraudzība un paplašināšana var ievērojami uzlabot izstrādes efektivitāti un sistēmas uzticamību.

5. Kļūdu noturība (Fault Tolerance): Mikroservisu arhitektūrā servisu savstarpējās atkarības var izraisīt kaskādes kļūmes. Tāpēc ir jāveic pasākumi, lai uzlabotu sistēmas kļūdu noturību, piemēram, izmantojot automātslēdzi, atkārtotu mēģinājumu mehānismu un drošinātāju.

6. Novērojamība (Observability): Ir ļoti svarīgi uzraudzīt mikroservisu sistēmas veselības stāvokli. Ir jāsavāc un jāanalizē dažādi rādītāji, piemēram, pieprasījumu latentums, kļūdu līmenis un resursu izmantošana, lai savlaicīgi atklātu un atrisinātu problēmas.

III. Mikroservisu arhitektūras praktiskie soļi

Šeit ir praktiski soļi, lai no nulles izveidotu mikroservisu arhitektūru:

1. Nosakiet biznesa domēnu: Pirmkārt, ir nepieciešams veikt padziļinātu lietojumprogrammas biznesa domēna analīzi, identificējot galvenās biznesa funkcijas. Varat izmantot DDD metodi, lai sadalītu lietojumprogrammu vairākos ierobežotos kontekstos.

2. Sadaliet servisu robežas: Pamatojoties uz biznesa domēnu un ierobežoto kontekstu, nosakiet servisu robežas. Katram servisam jābūt projektētam ap skaidri definētu biznesa domēnu.

3. Definējiet API: Definējiet skaidru un stabilu API katram servisam. API jāizmanto RESTful stils un jādokumentē, izmantojot OpenAPI (Swagger).```yaml 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.  **Tehnoloģiju steka izvēle:** Izvēlieties tehnoloģiju steku, kas ir piemērots jūsu komandai un projektam. Bieži sastopamie mikroservisu tehnoloģiju steki ietver:
    *   **Programmēšanas valoda:** Java (Spring Boot), Go (Golang), Node.js (Express.js), C# (.NET)
    *   **Konteinerizācija:** Docker
    *   **Konteineru orķestrācija:** Kubernetes, Docker Swarm
    *   **API vārteja:** Kong, Apigee, Tyk
    *   **Servisu atklāšana:** Eureka, Consul, etcd
    *   **Ziņojumu rinda:** Kafka, RabbitMQ
    *   **Konfigurācijas pārvaldība:** Spring Cloud Config, Consul
    *   **Monitorings:** Prometheus, Grafana, ELK Stack (Elasticsearch, Logstash, Kibana)

5.  **Servisu izveide:** Izmantojiet izvēlēto tehnoloģiju steku, lai izveidotu katru servisu. Pārliecinieties, ka katrs serviss atbilst viena atbildības principam un var tikt izvietots un paplašināts neatkarīgi.

6.  **API vārtejas ieviešana:** Konfigurējiet API vārteju, lai maršrutētu klientu pieprasījumus uz atbilstošajiem servisiem. API vārteja var arī apstrādāt autentifikāciju, autorizāciju, trafika kontroli un citas funkcijas.

7.  **Servisu izvietošana:** Izmantojiet konteinerizācijas tehnoloģiju, lai iepakotu servisus attēlos, un izmantojiet konteineru orķestrācijas sistēmu, lai tos izvietotu klasterī.

8.  **Servisu atklāšanas konfigurēšana:** Konfigurējiet servisu atklāšanas mehānismu, lai servisi varētu dinamiski atrast un izveidot savienojumu ar citiem servisiem.

9.  **Asinhronās komunikācijas ieviešana:** Izmantojiet ziņojumu rindu, lai ieviestu asinhrono komunikāciju starp servisiem. Piemēram, varat izmantot Kafka, lai nosūtītu lietotāja reģistrācijas notikumu uz e-pasta servisu, kas ir atbildīgs par sveiciena e-pasta nosūtīšanu.

10. **Monitoringa ieviešana:** Konfigurējiet monitoringa sistēmu, lai apkopotu un analizētu dažādus rādītājus. Izmantojiet informācijas paneļus, lai vizualizētu monitoringa datus, un iestatiet brīdinājumus, lai savlaicīgi atklātu un atrisinātu problēmas.

## IV. Ieteicamie rīki

Tālāk ir norādīti daži noderīgi rīki, ko varat izmantot, veidojot mikroservisu arhitektūru:

*   **Spring Boot:** Populārs Java ietvars, ko izmanto, lai ātri izveidotu neatkarīgas, ražošanas līmeņa Spring lietojumprogrammas.

*   **Kubernetes:** Atvērtā koda konteineru orķestrācijas sistēma, ko izmanto, lai automatizētu konteinerizētu lietojumprogrammu izvietošanu, paplašināšanu un pārvaldību.

*   **Docker:** Konteinerizācijas platforma, ko izmanto, lai iepakotu, izplatītu un palaistu lietojumprogrammas.*   **Kafka:**  Izplatīta straumēšanas platforma, ko izmanto reāllaika datu cauruļvadu un straumēšanas lietojumprogrammu izveidei.

*   **Prometheus:**  Atvērtā koda uzraudzības un brīdinājumu sistēma, ko izmanto laika rindu datu vākšanai un analīzei.

*   **Grafana:**  Datu vizualizācijas rīks, ko izmanto informācijas paneļu un uzraudzības datu vizualizācijai.

## V. Monolīts vs. Mikropakalpojumi: Izvēles kompromisi

Diskusijā tika minēts, ka Stack Overflow varēja paplašināties līdz 100 miljoniem lietotāju ar monolītu arhitektūru, savukārt Amazon izmanto tūkstošiem mikropakalpojumu, lai paplašinātos. Tas uzsver, ka galvenais, izvēloties monolītu vai mikropakalpojumu arhitektūru, ir izprast biznesa prasības un komandas iespējas, nevis akli sekot tehnoloģiju tendencēm.

Monolītas arhitektūras priekšrocības ietver:

*   **Vienkāršota izstrāde un izvietošana:** Viss kods atrodas vienā kodu bāzē, ko ir viegli izveidot, testēt un izvietot.
*   **Vienkāršota transakciju pārvaldība:** Tradicionālās transakciju pārvaldības metodes var vieglāk piemērot monolītiem lietojumiem.
*   **Samazināta darbības sarežģītība:** Jāpārvalda tikai viens lietojums, samazinot darbības izmaksas.

Mikropakalpojumu arhitektūras priekšrocības ietver:

*   **Uzlabota mērogojamība:** Katru pakalpojumu var mērogot neatkarīgi, piešķirot resursus pēc vajadzības.
*   **Uzlabota elastība:** Dažādu pakalpojumu izveidei var izmantot dažādas tehnoloģiju stekus.
*   **Uzlabota kļūdu noturība:** Viena pakalpojuma kļūme neietekmē citus pakalpojumus.
*   **Veicina komandas autonomiju:** Katra komanda var neatkarīgi izstrādāt un izvietot savus pakalpojumus.

Tāpēc, izvēloties arhitektūru, ir jāsver iepriekš minētie faktori un jāpieņem lēmums, pamatojoties uz konkrēto situāciju. Ja jūsu lietojumprogramma ir salīdzinoši vienkārša un komanda ir maza, monolīta arhitektūra varētu būt labāka izvēle. Ja jūsu lietojumprogramma ir ļoti sarežģīta, komanda ir liela un jums ir nepieciešama augsta mērogojamība un elastība, mikropakalpojumu arhitektūra varētu būt piemērotāka.

## VI. SecinājumsMikroservisu arhitektūra ir spēcīga programmatūras izstrādes metode, kas var nodrošināt labāku mērogojamību, elastību un kļūmizturību. Tomēr mikroservisi ievieš arī sarežģītību, kas prasa rūpīgu projektēšanu un ieviešanu. Šis raksts sniedz ievadu mikroservisu arhitektūrā, cerot palīdzēt jums izprast mikroservisu pamatjēdzienus, projektēšanas principus un praktiskos paņēmienus, lai veiksmīgi izveidotu uz mikroservisiem balstītas lietojumprogrammas. Atcerieties, ka nav sudraba lodes, un pareizas arhitektūras izvēlei ir jāņem vērā biznesa prasības, komandas iespējas un tehnoloģiju steks.