بنية الخدمات المصغرة: أنماط التصميم لتحقيق النجاح العالمي

لقد أحدثت بنية الخدمات المصغرة ثورة في كيفية بناء التطبيقات ونشرها. هذا النهج، الذي يتميز بتقسيم التطبيقات الكبيرة إلى خدمات أصغر ومستقلة، يقدم مزايا كبيرة من حيث قابلية التوسع، والمرونة، والرشاقة. بالنسبة للجمهور العالمي، يعد فهم وتطبيق أنماط التصميم الفعالة أمرًا حاسمًا لبناء تطبيقات يمكنها تحمل تحديات الأنظمة الموزعة وتلبية احتياجات قاعدة مستخدمين متنوعة في جميع أنحاء العالم.

ما هي بنية الخدمات المصغرة؟

في جوهرها، تتضمن بنية الخدمات المصغرة هيكلة التطبيق كمجموعة من الخدمات المرتبطة بشكل فضفاض. تركز كل خدمة على قدرة عمل محددة وتعمل بشكل مستقل. يتيح هذا الاستقلال للفرق تطوير الخدمات ونشرها وتوسيعها بشكل مستقل، باستخدام تقنيات مختلفة إذا لزم الأمر. وهذا يمثل خروجًا كبيرًا عن التطبيقات المتجانسة (monolithic)، حيث يتم تجميع جميع المكونات معًا ونشرها كوحدة واحدة.

الفوائد الرئيسية للخدمات المصغرة:

• قابلية التوسع: يمكن توسيع الخدمات الفردية بشكل مستقل بناءً على الطلب، مما يحسن استخدام الموارد. تخيل منصة تجارة إلكترونية عالمية حيث تحتاج خدمة كتالوج المنتجات إلى التوسع بشكل كبير خلال مواسم التسوق القصوى في مناطق زمنية مختلفة.
• المرونة: إذا فشلت إحدى الخدمات، يكون التأثير معزولاً، مما يمنع التطبيق بأكمله من التوقف. على سبيل المثال، لا ينبغي لانقطاع محلي يؤثر على خدمة معالجة الدفع في سنغافورة أن يؤدي إلى تعطل المنصة بأكملها للمستخدمين في أوروبا أو الأمريكتين.
• التطوير والنشر الأسرع: تؤدي قواعد الأكواد الأصغر ودورات النشر المستقلة إلى أوقات تطوير ونشر أسرع. وهذا أمر حاسم للتكيف مع متطلبات السوق المتغيرة وإطلاق ميزات جديدة بسرعة للعملاء العالميين.
• تنوع التقنيات: يمكن بناء خدمات مختلفة باستخدام تقنيات مختلفة، مما يسمح للفرق باختيار أفضل الأدوات للمهمة. قد تتم كتابة خدمة تحليل البيانات بلغة Python، بينما تتم كتابة خدمة الواجهة الأمامية بلغة JavaScript.
• تحسين استقلالية الفرق: يمكن للفرق امتلاك وتشغيل خدماتها، مما يعزز الاستقلالية ويقلل من التبعيات.

أنماط تصميم الخدمات المصغرة الأساسية

يتطلب تنفيذ الخدمات المصغرة بشكل فعال فهمًا عميقًا لأنماط التصميم المختلفة. توفر هذه الأنماط حلولًا مجربة للتحديات الشائعة التي تواجهها الأنظمة الموزعة. دعنا نستكشف بعض أنماط التصميم الحاسمة:

1. نمط بوابة الواجهة البرمجية (API Gateway)

تعمل بوابة الواجهة البرمجية كنقطة دخول واحدة لجميع طلبات العملاء. وهي تتولى التوجيه، والمصادقة، والتفويض، وغيرها من الاهتمامات الشاملة. بالنسبة للتطبيق العالمي، يمكن لبوابة الواجهة البرمجية أيضًا التعامل مع إدارة حركة المرور وموازنة التحميل عبر مناطق مختلفة.

المسؤوليات الرئيسية:

• التوجيه: توجيه الطلبات إلى الخدمات المناسبة.
• المصادقة: التحقق من هويات المستخدمين.
• التفويض: التأكد من أن المستخدمين لديهم الأذونات اللازمة.
• تحديد المعدل: حماية الخدمات من التحميل الزائد.
• المراقبة والتسجيل: جمع البيانات لتحليل الأداء واستكشاف الأخطاء وإصلاحها.
• ترجمة البروتوكولات: التحويل بين البروتوكولات المختلفة إذا لزم الأمر.

مثال: تستخدم خدمة بث عالمية بوابة واجهة برمجية للتعامل مع الطلبات من أجهزة مختلفة (أجهزة تلفزيون ذكية، هواتف محمولة، متصفحات ويب) وتوجيهها إلى خدمات الخلفية المناسبة (كتالوج المحتوى، مصادقة المستخدم، معالجة الدفع). تقوم البوابة أيضًا بتحديد المعدل لمنع إساءة الاستخدام وموازنة التحميل لتوزيع حركة المرور عبر مثيلات خدمة متعددة في مناطق جغرافية مختلفة (مثل أمريكا الشمالية، وأوروبا، وآسيا والمحيط الهادئ).

2. نمط اكتشاف الخدمات (Service Discovery)

في بيئة الخدمات المصغرة الديناميكية، غالبًا ما تظهر الخدمات وتختفي. يمكّن نمط اكتشاف الخدمات الخدمات من العثور على بعضها البعض والتواصل معها. تسجل الخدمات مواقعها في سجل خدمة، ويمكن للخدمات الأخرى الاستعلام من السجل للعثور على موقع خدمة معينة.

التطبيقات الشائعة:

• Consul: شبكة خدمات موزعة توفر اكتشاف الخدمات وفحوصات السلامة والتكوين.
• etcd: مخزن قيم-مفاتيح موزع يستخدم لاكتشاف الخدمات وإدارة التكوين.
• ZooKeeper: خدمة مركزية للحفاظ على معلومات التكوين والتسمية وتوفير المزامنة الموزعة.
• Kubernetes Service Discovery: يوفر Kubernetes إمكانيات اكتشاف خدمات مدمجة للتطبيقات المعبأة في حاويات.

مثال: لنأخذ تطبيق مشاركة الركوب العالمي. عندما يطلب مستخدم رحلة، يجب توجيه الطلب إلى أقرب سائق متاح. تساعد آلية اكتشاف الخدمات الطلب في تحديد موقع مثيلات خدمة السائق المناسبة التي تعمل في مناطق مختلفة. مع تحرك السائقين وتغير مواقعهم وتوسيع نطاق الخدمات أو تقليصه، يضمن اكتشاف الخدمات أن خدمة مشاركة الركوب تعرف دائمًا الموقع الحالي للسائقين.

3. نمط قاطع الدائرة (Circuit Breaker)

في الأنظمة الموزعة، تعد حالات فشل الخدمة أمرًا لا مفر منه. يمنع نمط قاطع الدائرة حالات الفشل المتتالية من خلال مراقبة سلامة الخدمات البعيدة. إذا أصبحت خدمة ما غير متاحة أو بطيئة، يفتح قاطع الدائرة، مما يمنع إرسال المزيد من الطلبات إلى الخدمة الفاشلة. بعد فترة مهلة، ينتقل قاطع الدائرة إلى حالة نصف مفتوحة، مما يسمح لعدد محدود من الطلبات باختبار سلامة الخدمة. إذا نجحت هذه الطلبات، يغلق قاطع الدائرة؛ وإلا، فإنه يفتح مرة أخرى.

الفوائد:

• يمنع حالات الفشل المتتالية: يحمي التطبيق من الإرهاق بسبب الطلبات الفاشلة.
• يحسن المرونة: يسمح للخدمات الفاشلة بالتعافي دون التأثير على التطبيق بشكل عام.
• يوفر عزل الأخطاء: يعزل الخدمات الفاشلة، مما يسمح لأجزاء أخرى من التطبيق بالاستمرار في العمل.

مثال: نظام حجز طيران دولي. إذا واجهت خدمة معالجة الدفع في الهند انقطاعًا، يمكن لقاطع الدائرة أن يمنع خدمة حجز الرحلات من إرسال الطلبات بشكل متكرر إلى خدمة الدفع الفاشلة. بدلاً من ذلك، يمكنه عرض رسالة خطأ سهلة الاستخدام أو تقديم خيارات دفع بديلة دون التأثير على المستخدمين الآخرين على مستوى العالم.

4. أنماط اتساق البيانات

يعد الحفاظ على اتساق البيانات عبر خدمات متعددة تحديًا حاسمًا في بنية الخدمات المصغرة. يمكن استخدام العديد من الأنماط لمعالجة هذه المشكلة:

• نمط الساجا (Saga): يدير المعاملات الموزعة عن طريق تقسيمها إلى سلسلة من المعاملات المحلية. هناك نوعان رئيسيان: القائم على تصميم الرقصات (choreography-based) والقائم على التنسيق (orchestration-based). في الساجا القائمة على تصميم الرقصات، تستمع كل خدمة للأحداث وتتفاعل وفقًا لذلك. في الساجا القائمة على التنسيق، يقوم منسق مركزي بتنسيق المعاملات.
• الاتساق النهائي (Eventual Consistency): يتم نشر تغييرات البيانات بشكل غير متزامن، مما يسمح بوجود تناقضات مؤقتة ولكنه يضمن الاتساق في النهاية. غالبًا ما يستخدم هذا بالاقتران مع نمط الساجا.
• المعاملات التعويضية (Compensating Transactions): إذا فشلت معاملة ما، يتم تنفيذ معاملات تعويضية للتراجع عن التغييرات التي أجرتها المعاملات الناجحة.

مثال: لنأخذ تطبيق تجارة إلكترونية يعالج طلبًا دوليًا. عندما يقدم مستخدم طلبًا، يجب إشراك خدمات متعددة: خدمة الطلبات، وخدمة المخزون، وخدمة الدفع. باستخدام نمط الساجا، تبدأ خدمة الطلبات معاملة. إذا كان المخزون متاحًا وكان الدفع ناجحًا، يتم تأكيد الطلب. إذا فشلت أي خطوة، يتم تشغيل المعاملات التعويضية (على سبيل المثال، تحرير المخزون أو استرداد المبلغ المدفوع) لضمان اتساق البيانات. هذا مهم بشكل خاص للطلبات الدولية، حيث قد تشارك بوابات دفع ومراكز شحن مختلفة.

5. نمط إدارة التكوين

يمكن أن تكون إدارة التكوين عبر خدمات متعددة معقدة. يوفر نمط إدارة التكوين مستودعًا مركزيًا لتخزين وإدارة إعدادات التكوين. يتيح لك هذا تحديث قيم التكوين دون إعادة نشر الخدمات.

النهج الشائعة:

• خادم تكوين مركزي: تسترد الخدمات تكوينها من خادم مركزي.
• التكوين ككود: يتم تخزين إعدادات التكوين في مستودعات أكواد خاضعة للتحكم في الإصدار.
• متغيرات البيئة: يتم تمرير إعدادات التكوين إلى الخدمات من خلال متغيرات البيئة.

مثال: يحتاج تطبيق عالمي به خدمات منشورة في مناطق مختلفة إلى تكوين سلاسل اتصال قاعدة البيانات، ومفاتيح الواجهة البرمجية، وإعدادات أخرى تختلف بناءً على البيئة. يمكن لخادم تكوين مركزي، على سبيل المثال، الاحتفاظ بهذه الإعدادات، مما يسمح بإجراء تحديثات سهلة للتكيف مع المتطلبات الإقليمية المختلفة (مثل بيانات اعتماد قاعدة بيانات مختلفة لمراكز بيانات مختلفة).

6. أنماط التسجيل والمراقبة

يعد التسجيل والمراقبة الفعالان ضروريين لاستكشاف المشكلات وإصلاحها، وفهم الأداء، وضمان سلامة الخدمات المصغرة. تعد حلول التسجيل والمراقبة المركزية حيوية للتطبيقات العالمية، حيث يتم نشر الخدمات في مناطق ومناطق زمنية مختلفة.

الاعتبارات الرئيسية:

• التسجيل المركزي: تجميع السجلات من جميع الخدمات في موقع مركزي.
• التتبع الموزع: تتبع الطلبات عبر خدمات متعددة لتحديد اختناقات الأداء.
• المراقبة في الوقت الفعلي: مراقبة المقاييس الرئيسية، مثل معدلات الطلبات، ومعدلات الأخطاء، وأوقات الاستجابة.
• التنبيه: تكوين التنبيهات لإعلام الفرق بالقضايا الحرجة.

مثال: تستخدم منصة وسائط اجتماعية عالمية التسجيل المركزي والتتبع الموزع لمراقبة أداء خدماتها المختلفة. عندما يبلغ مستخدم في أستراليا عن بطء في الأداء عند تحميل مقطع فيديو، يمكن للفريق استخدام التتبع الموزع لتحديد الخدمة المحددة التي تسبب التأخير (على سبيل المثال، خدمة تحويل الترميز في أوروبا) ومعالجة المشكلة. يمكن لأنظمة المراقبة والتنبيه بعد ذلك اكتشاف المشكلات وتنبيهها بشكل استباقي قبل زيادة تأثير المستخدم.

7. نمط فصل مسؤولية الأوامر والاستعلامات (CQRS)

يفصل نمط CQRS عمليات القراءة والكتابة. تقوم الأوامر (عمليات الكتابة) بتحديث مخزن البيانات، بينما تسترد الاستعلامات (عمليات القراءة) البيانات. يمكن لهذا النمط تحسين الأداء وقابلية التوسع، خاصة بالنسبة لأعباء العمل التي تكثر فيها القراءة.

الفوائد:

• أداء محسن: يمكن تحسين عمليات القراءة بشكل مستقل عن عمليات الكتابة.
• قابلية التوسع: يمكن توسيع نطاق عمليات القراءة والكتابة بشكل مستقل.
• المرونة: يمكن استخدام نماذج بيانات مختلفة لعمليات القراءة والكتابة.

مثال: تطبيق مصرفي دولي. يتم التعامل مع عمليات الكتابة (مثل معالجة المعاملات) بواسطة مجموعة واحدة من الخدمات، بينما يتم التعامل مع عمليات القراءة (مثل عرض أرصدة الحسابات) بواسطة مجموعة أخرى. يسمح هذا للنظام بتحسين أداء القراءة وتوسيع نطاق عمليات القراءة بشكل مستقل، وهو أمر حاسم للتعامل مع أعداد كبيرة من المستخدمين المتزامنين الذين يصلون إلى معلومات الحساب على مستوى العالم.

8. نمط الواجهات الخلفية للواجهات الأمامية (BFF)

ينشئ نمط BFF خدمة خلفية مخصصة لكل نوع من تطبيقات العميل (مثل الويب، والجوال). يتيح لك ذلك تخصيص الواجهة الخلفية للاحتياجات المحددة لكل عميل، مما يحسن تجربة المستخدم. هذا مفيد بشكل خاص عند العمل مع تطبيقات عالمية ذات واجهات مستخدم وقدرات أجهزة متنوعة.

الفوائد:

• تجربة مستخدم محسنة: يمكن للواجهات الخلفية المخصصة تحسين البيانات لعملاء محددين.
• تقليل التعقيد: يبسط التفاعل بين العملاء وخدمات الواجهة الخلفية.
• زيادة المرونة: يسمح بالتكرار والتكيف الأسرع مع احتياجات العميل المحددة.

مثال: موقع حجز سفر عالمي. يستخدم الموقع نمط BFF لتطبيق الويب، المحسن لمتصفحات سطح المكتب، ونمط BFF مختلف لتطبيق الجوال، المحسن للأجهزة المحمولة. يتيح ذلك لكل تطبيق جلب البيانات وتقديمها بأكثر الطرق كفاءة، مع مراعاة مساحة الشاشة المحدودة وقيود الأداء للأجهزة المحمولة، مما يوفر تجربة مستخدم فائقة للمسافرين في جميع أنحاء العالم.

أفضل الممارسات لتنفيذ الخدمات المصغرة

تتطلب عمليات تنفيذ الخدمات المصغرة الناجحة الالتزام ببعض أفضل الممارسات:

• تحديد حدود خدمة واضحة: صمم حدود الخدمة بعناية بناءً على قدرات العمل لتقليل الاقتران وزيادة التماسك.
• اعتماد الأتمتة: أتمتة عمليات البناء والاختبار والنشر والمراقبة باستخدام خطوط أنابيب CI/CD.
• مراقبة كل شيء: تنفيذ تسجيل ومراقبة وتنبيه شامل.
• إعطاء الأولوية للمرونة: تصميم خدمات تتحمل الأخطاء واستخدام أنماط مثل قواطع الدائرة.
• إصدار الواجهات البرمجية الخاصة بك: قم بإصدار الواجهات البرمجية للسماح بالتوافق مع الإصدارات السابقة والترقيات السلسة.
• اختيار التقنيات المناسبة: اختر التقنيات والأدوات المناسبة للخدمات المحددة وبنية التطبيق العامة.
• إنشاء بروتوكولات اتصال واضحة: حدد كيفية تواصل الخدمات مع بعضها البعض، باستخدام الرسائل المتزامنة أو غير المتزامنة.
• تأمين خدماتك: تنفيذ تدابير أمنية قوية، بما في ذلك المصادقة والتفويض والتشفير.
• النظر في هيكل الفريق: تنظيم الفرق حول الخدمات، وتمكينهم من امتلاك وتشغيل خدماتهم.

الخاتمة

تقدم بنية الخدمات المصغرة مزايا كبيرة لبناء تطبيقات قابلة للتوسع، ومرنة، وموزعة عالميًا. من خلال فهم وتطبيق أنماط التصميم التي نوقشت في هذه المقالة، يمكنك بناء تطبيقات مجهزة بشكل أفضل للتعامل مع تعقيدات الجمهور العالمي. سيؤدي اختيار الأنماط الصحيحة وتنفيذها بشكل صحيح، إلى جانب اتباع أفضل الممارسات، إلى تطبيقات أكثر مرونة وقابلية للتكيف ونجاحًا، مما يسمح للشركات بالابتكار بسرعة وتلبية احتياجات سوق عالمي متنوع ومتغير باستمرار. إن التحول نحو الخدمات المصغرة لا يتعلق فقط بالتكنولوجيا؛ بل يتعلق بتمكين الفرق والمؤسسات لتكون أكثر رشاقة واستجابة في المشهد العالمي اليوم.