Micro-Frontends: Ein umfassender Leitfaden zur Module Federation

In der sich ständig weiterentwickelnden Landschaft der Webentwicklung kann die Erstellung und Wartung großer, komplexer Frontend-Anwendungen zu einer erheblichen Herausforderung werden. Monolithische Frontends, bei denen die gesamte Anwendung eine einzige, eng gekoppelte Codebasis ist, führen oft zu langsameren Entwicklungszyklen, erhöhten Bereitstellungsrisiken und Schwierigkeiten bei der Skalierung einzelner Funktionen.

Micro-Frontends bieten eine Lösung, indem sie das Frontend in kleinere, unabhängige und überschaubare Einheiten zerlegen. Dieser architektonische Ansatz ermöglicht es Teams, autonom zu arbeiten, unabhängig voneinander bereitzustellen und die für ihre spezifischen Bedürfnisse am besten geeigneten Technologien zu wählen. Eine der vielversprechendsten Technologien zur Implementierung von Micro-Frontends ist Module Federation.

Was sind Micro-Frontends?

Micro-Frontends sind ein Architekturstil, bei dem eine Frontend-Anwendung aus mehreren kleineren, unabhängigen Frontend-Anwendungen zusammengesetzt ist. Diese Anwendungen können von verschiedenen Teams entwickelt, bereitgestellt und gewartet werden, wobei unterschiedliche Technologien zum Einsatz kommen können, ohne dass eine Koordination zur Build-Zeit erforderlich ist. Jedes Micro-Frontend ist für eine bestimmte Funktion oder einen bestimmten Bereich der Gesamtanwendung verantwortlich.

Schlüsselprinzipien von Micro-Frontends:

Technologieunabhängig: Teams können den besten Technologiestack für ihr spezifisches Micro-Frontend wählen.
Isolierte Team-Codebasen: Jedes Micro-Frontend hat seine eigene unabhängige Codebasis, was eine unabhängige Entwicklung und Bereitstellung ermöglicht.
Unabhängiges Deployment: Änderungen an einem Micro-Frontend erfordern keine erneute Bereitstellung der gesamten Anwendung.
Autonome Teams: Teams sind für ihr Micro-Frontend verantwortlich und können unabhängig arbeiten.
Progressive Aktualisierung: Einzelne Micro-Frontends können aktualisiert oder ersetzt werden, ohne den Rest der Anwendung zu beeinträchtigen.

Einführung in die Module Federation

Module Federation ist eine in Webpack 5 eingeführte JavaScript-Architektur, die es einer JavaScript-Anwendung ermöglicht, zur Laufzeit dynamisch Code von einer anderen Anwendung zu laden. Dies bedeutet, dass verschiedene Anwendungen Module voneinander gemeinsam nutzen und konsumieren können, selbst wenn sie mit unterschiedlichen Technologien erstellt oder auf verschiedenen Servern bereitgestellt werden.

Module Federation bietet einen leistungsstarken Mechanismus zur Implementierung von Micro-Frontends, indem es verschiedenen Frontend-Anwendungen ermöglicht, Module füreinander bereitzustellen und zu konsumieren. Dies ermöglicht eine nahtlose Integration verschiedener Micro-Frontends in ein einziges, zusammenhängendes Benutzererlebnis.

Hauptvorteile der Module Federation:

Code-Sharing: Micro-Frontends können Code und Komponenten teilen, was Duplizierung reduziert und die Konsistenz verbessert.
Laufzeitintegration: Micro-Frontends können zur Laufzeit integriert werden, was eine dynamische Zusammensetzung und Aktualisierungen ermöglicht.
Unabhängige Deployments: Micro-Frontends können unabhängig voneinander bereitgestellt werden, ohne dass eine Koordination oder erneute Bereitstellung anderer Anwendungen erforderlich ist.
Technologieunabhängig: Micro-Frontends können mit unterschiedlichen Technologien erstellt und dennoch mithilfe von Module Federation integriert werden.
Reduzierte Build-Zeiten: Durch die gemeinsame Nutzung von Code und Abhängigkeiten kann Module Federation die Build-Zeiten verkürzen und die Entwicklungseffizienz verbessern.

Wie Module Federation funktioniert

Module Federation funktioniert durch die Definition von zwei Arten von Anwendungen: Host und Remote. Die Host-Anwendung ist die Hauptanwendung, die Module von anderen Anwendungen konsumiert. Die Remote-Anwendung ist eine Anwendung, die Module zur Konsumierung durch andere Anwendungen bereitstellt.

Wenn eine Host-Anwendung auf eine Import-Anweisung für ein Modul stößt, das von einer Remote-Anwendung bereitgestellt wird, lädt Webpack die Remote-Anwendung dynamisch und löst den Import zur Laufzeit auf. Dies ermöglicht es der Host-Anwendung, das Modul aus der Remote-Anwendung so zu verwenden, als wäre es Teil ihrer eigenen Codebasis.

Schlüsselkonzepte der Module Federation:

Host: Die Anwendung, die Module von Remote-Anwendungen konsumiert.
Remote: Die Anwendung, die Module zur Konsumierung durch andere Anwendungen bereitstellt.
Bereitgestellte Module (Exposed Modules): Die Module, die eine Remote-Anwendung für andere Anwendungen verfügbar macht.
Geteilte Module (Shared Modules): Module, die zwischen Host- und Remote-Anwendungen geteilt werden, um Duplizierung zu reduzieren und die Leistung zu verbessern.

Implementierung von Micro-Frontends mit Module Federation: Ein praktisches Beispiel

Betrachten wir eine einfache E-Commerce-Anwendung mit drei Micro-Frontends: einem Produktkatalog, einem Warenkorb und einem Benutzerprofil.

Jedes Micro-Frontend wird von einem separaten Team entwickelt und unabhängig bereitgestellt. Der Produktkatalog wird mit React erstellt, der Warenkorb mit Vue.js und das Benutzerprofil mit Angular. Die Hauptanwendung fungiert als Host und integriert diese drei Micro-Frontends in eine einzige Benutzeroberfläche.

Schritt 1: Konfiguration der Remote-Anwendungen

Zuerst müssen wir jedes Micro-Frontend als Remote-Anwendung konfigurieren. Dies beinhaltet die Definition der Module, die bereitgestellt werden sollen, und der geteilten Module, die verwendet werden.

Produktkatalog (React)

webpack.config.js:

const { ModuleFederationPlugin } = require('webpack').container;

module.exports = {
  // ...
  plugins: [
    new ModuleFederationPlugin({
      name: 'productCatalog',
      filename: 'remoteEntry.js',
      exposes: {
        './ProductList': './src/components/ProductList',
      },
      shared: ['react', 'react-dom'],
    }),
  ],
};

In dieser Konfiguration stellen wir die ProductList-Komponente aus der Datei ./src/components/ProductList bereit. Wir teilen auch die Module react und react-dom mit der Host-Anwendung.

Warenkorb (Vue.js)

webpack.config.js:

const { ModuleFederationPlugin } = require('webpack').container;

module.exports = {
  // ...
  plugins: [
    new ModuleFederationPlugin({
      name: 'shoppingCart',
      filename: 'remoteEntry.js',
      exposes: {
        './ShoppingCart': './src/components/ShoppingCart',
      },
      shared: ['vue'],
    }),
  ],
};

Hier stellen wir die ShoppingCart-Komponente bereit und teilen das vue-Modul.

Benutzerprofil (Angular)

webpack.config.js:

const { ModuleFederationPlugin } = require('webpack').container;

module.exports = {
  // ...
  plugins: [
    new ModuleFederationPlugin({
      name: 'userProfile',
      filename: 'remoteEntry.js',
      exposes: {
        './UserProfile': './src/components/UserProfile',
      },
      shared: ['@angular/core', '@angular/common', '@angular/router'],
    }),
  ],
};

Wir stellen die UserProfile-Komponente bereit und teilen die notwendigen Angular-Module.

Schritt 2: Konfiguration der Host-Anwendung

Als Nächstes müssen wir die Host-Anwendung so konfigurieren, dass sie die von den Remote-Anwendungen bereitgestellten Module konsumiert. Dies beinhaltet die Definition der Remotes und deren Zuordnung zu ihren jeweiligen URLs.

webpack.config.js:

const { ModuleFederationPlugin } = require('webpack').container;

module.exports = {
  // ...
  plugins: [
    new ModuleFederationPlugin({
      name: 'mainApp',
      remotes: {
        productCatalog: 'productCatalog@http://localhost:3001/remoteEntry.js',
        shoppingCart: 'shoppingCart@http://localhost:3002/remoteEntry.js',
        userProfile: 'userProfile@http://localhost:3003/remoteEntry.js',
      },
      shared: ['react', 'react-dom', 'vue', '@angular/core', '@angular/common', '@angular/router'],
    }),
  ],
};

In dieser Konfiguration definieren wir drei Remotes: productCatalog, shoppingCart und userProfile. Jeder Remote wird der URL seiner remoteEntry.js-Datei zugeordnet. Wir teilen auch die gemeinsamen Abhängigkeiten über alle Micro-Frontends hinweg.

Schritt 3: Konsumieren der Module in der Host-Anwendung

Schließlich können wir die von den Remote-Anwendungen bereitgestellten Module in der Host-Anwendung konsumieren. Dies geschieht durch den Import der Module mittels dynamischer Importe und deren Rendern an den entsprechenden Stellen.

import React, { Suspense } from 'react';
const ProductList = React.lazy(() => import('productCatalog/ProductList'));
const ShoppingCart = React.lazy(() => import('shoppingCart/ShoppingCart'));
const UserProfile = React.lazy(() => import('userProfile/UserProfile'));

function App() {
  return (
    <div>
      <h1>E-Commerce-Anwendung</h1>
      <Suspense fallback={<div>Lade Produktkatalog...</div>}>
        <ProductList />
      </Suspense>
      <Suspense fallback={<div>Lade Warenkorb...</div>}>
        <ShoppingCart />
      </Suspense>
      <Suspense fallback={<div>Lade Benutzerprofil...</div>}>
        <UserProfile />
      </Suspense>
    </div>
  );
}

export default App;

Wir verwenden React.lazy und Suspense, um die Module dynamisch aus den Remote-Anwendungen zu laden. Dies stellt sicher, dass die Module nur bei Bedarf geladen werden, was die Leistung der Anwendung verbessert.

Fortgeschrittene Überlegungen und Best Practices

Obwohl Module Federation einen leistungsstarken Mechanismus zur Implementierung von Micro-Frontends bietet, gibt es mehrere fortgeschrittene Überlegungen und Best Practices, die man beachten sollte.

Versionsmanagement und Kompatibilität

Beim Teilen von Modulen zwischen Micro-Frontends ist es entscheidend, Versionen zu verwalten und die Kompatibilität sicherzustellen. Verschiedene Micro-Frontends können unterschiedliche Abhängigkeiten haben oder verschiedene Versionen von geteilten Modulen erfordern. Die Verwendung von semantischer Versionierung und die sorgfältige Verwaltung von geteilten Abhängigkeiten können helfen, Konflikte zu vermeiden und sicherzustellen, dass die Micro-Frontends nahtlos zusammenarbeiten.

Erwägen Sie Tools wie `@module-federation/automatic-vendor-federation`, um den Prozess der Verwaltung von geteilten Abhängigkeiten zu automatisieren.

State-Management

Das Teilen von Zuständen (State) zwischen Micro-Frontends kann eine Herausforderung sein. Verschiedene Micro-Frontends können unterschiedliche State-Management-Lösungen haben oder unterschiedlichen Zugriff auf den geteilten Zustand benötigen. Es gibt verschiedene Ansätze zur Verwaltung des Zustands in einer Micro-Frontend-Architektur, darunter:

Geteilte State-Bibliotheken: Verwendung einer geteilten State-Bibliothek wie Redux oder Zustand zur Verwaltung des globalen Zustands.
Benutzerdefinierte Ereignisse (Custom Events): Verwendung von benutzerdefinierten Ereignissen, um Zustandsänderungen zwischen Micro-Frontends zu kommunizieren.
URL-basierter Zustand: Kodierung des Zustands in der URL und dessen Teilung zwischen Micro-Frontends.

Der beste Ansatz hängt von den spezifischen Anforderungen der Anwendung und dem Grad der Kopplung zwischen den Micro-Frontends ab.

Kommunikation zwischen Micro-Frontends

Micro-Frontends müssen oft miteinander kommunizieren, um Daten auszutauschen oder Aktionen auszulösen. Es gibt mehrere Möglichkeiten, dies zu erreichen, darunter:

Benutzerdefinierte Ereignisse (Custom Events): Verwendung von benutzerdefinierten Ereignissen, um Nachrichten zwischen Micro-Frontends zu senden.
Geteilte Dienste (Shared Services): Erstellung von geteilten Diensten, auf die alle Micro-Frontends zugreifen können.
Nachrichtenwarteschlangen (Message Queues): Verwendung einer Nachrichtenwarteschlange zur asynchronen Kommunikation zwischen Micro-Frontends.

Die Wahl des richtigen Kommunikationsmechanismus hängt von der Komplexität der Interaktionen und dem gewünschten Entkopplungsgrad zwischen den Micro-Frontends ab.

Sicherheitsaspekte

Bei der Implementierung von Micro-Frontends ist es wichtig, Sicherheitsaspekte zu berücksichtigen. Jedes Micro-Frontend sollte für seine eigene Sicherheit verantwortlich sein, einschließlich Authentifizierung, Autorisierung und Datenvalidierung. Das Teilen von Code und Daten zwischen Micro-Frontends sollte sicher und mit angemessenen Zugriffskontrollen erfolgen.

Stellen Sie eine ordnungsgemäße Eingabevalidierung und -bereinigung sicher, um Cross-Site-Scripting (XSS)-Schwachstellen zu vermeiden. Aktualisieren Sie Abhängigkeiten regelmäßig, um Sicherheitsschwachstellen zu beheben.

Testen und Überwachen

Das Testen und Überwachen von Micro-Frontends kann komplexer sein als bei monolithischen Anwendungen. Jedes Micro-Frontend sollte unabhängig getestet werden, und es sollten Integrationstests durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass die Micro-Frontends korrekt zusammenarbeiten. Die Überwachung sollte implementiert werden, um die Leistung und den Zustand jedes Micro-Frontends zu verfolgen.

Implementieren Sie End-to-End-Tests, die sich über mehrere Micro-Frontends erstrecken, um ein nahtloses Benutzererlebnis zu gewährleisten. Überwachen Sie die Leistungsmetriken der Anwendung, um Engpässe und Verbesserungspotenziale zu identifizieren.

Module Federation im Vergleich zu anderen Micro-Frontend-Ansätzen

Obwohl Module Federation ein leistungsstarkes Werkzeug zum Erstellen von Micro-Frontends ist, ist es nicht der einzige verfügbare Ansatz. Andere gängige Micro-Frontend-Ansätze umfassen:

Build-Time-Integration: Integration von Micro-Frontends zur Build-Zeit mit Werkzeugen wie Webpack oder Parcel.
Run-Time-Integration mit iframes: Einbetten von Micro-Frontends in iframes.
Web Components: Verwendung von Webkomponenten zur Erstellung wiederverwendbarer UI-Elemente, die zwischen Micro-Frontends geteilt werden können.
Single-SPA: Verwendung eines Frameworks wie Single-SPA zur Verwaltung der Weiterleitung und Orchestrierung von Micro-Frontends.

Jeder Ansatz hat seine eigenen Vor- und Nachteile, und der beste Ansatz hängt von den spezifischen Anforderungen der Anwendung ab.

Module Federation vs. iframes

iframes bieten eine starke Isolierung, können aber umständlich zu verwalten sein und die Leistung aufgrund des Overheads jedes iframes negativ beeinflussen. Die Kommunikation zwischen iframes kann ebenfalls komplex sein.

Module Federation bietet eine nahtlosere Integrationserfahrung mit besserer Leistung und einfacherer Kommunikation zwischen Micro-Frontends. Es erfordert jedoch eine sorgfältige Verwaltung von geteilten Abhängigkeiten und Versionen.

Module Federation vs. Single-SPA

Single-SPA ist ein Meta-Framework, das einen einheitlichen Ansatz zur Verwaltung und Orchestrierung von Micro-Frontends bietet. Es bietet Funktionen wie geteilten Kontext, Routing und State-Management.

Module Federation kann in Verbindung mit Single-SPA verwendet werden, um eine flexible und skalierbare Architektur für den Bau komplexer Micro-Frontend-Anwendungen bereitzustellen.

Anwendungsfälle für Module Federation

Module Federation eignet sich gut für eine Vielzahl von Anwendungsfällen, darunter:

Große Unternehmensanwendungen: Erstellung und Wartung großer, komplexer Unternehmensanwendungen mit mehreren Teams.
E-Commerce-Plattformen: Erstellung modularer und skalierbarer E-Commerce-Plattformen mit unabhängigen Funktionen wie Produktkatalogen, Warenkörben und Bezahlvorgängen.
Content-Management-Systeme (CMS): Entwicklung flexibler und erweiterbarer CMS-Plattformen mit anpassbaren Inhaltsmodulen.
Dashboards und Analyseplattformen: Erstellung interaktiver Dashboards und Analyseplattformen mit unabhängigen Widgets und Visualisierungen.

Stellen Sie sich zum Beispiel ein globales E-Commerce-Unternehmen wie Amazon vor. Es könnte Module Federation nutzen, um seine Website in kleinere, unabhängige Micro-Frontends aufzuteilen, wie z.B. die Produktseiten, den Warenkorb, den Bezahlvorgang und den Bereich zur Verwaltung des Benutzerkontos. Jedes dieser Micro-Frontends könnte von separaten Teams entwickelt und bereitgestellt werden, was schnellere Entwicklungszyklen und eine höhere Agilität ermöglicht. Sie könnten für jedes Micro-Frontend unterschiedliche Technologien verwenden, zum Beispiel React für die Produktseiten, Vue.js für den Warenkorb und Angular für den Bezahlvorgang. Dies ermöglicht es ihnen, die Stärken jeder Technologie zu nutzen und das beste Werkzeug für die jeweilige Aufgabe zu wählen.

Ein weiteres Beispiel ist eine multinationale Bank. Sie könnte Module Federation nutzen, um eine Banking-Plattform zu erstellen, die auf die spezifischen Bedürfnisse jeder Region zugeschnitten ist. Sie könnten für jede Region unterschiedliche Micro-Frontends haben, mit Funktionen, die für die Bankvorschriften und Kundenpräferenzen dieser Region spezifisch sind. Dies ermöglicht es ihnen, ihren Kunden ein personalisierteres und relevanteres Erlebnis zu bieten.

Fazit

Module Federation bietet einen leistungsstarken und flexiblen Ansatz zur Erstellung von Micro-Frontends. Es ermöglicht Teams, unabhängig zu arbeiten, unabhängig bereitzustellen und die für ihre Bedürfnisse am besten geeigneten Technologien zu wählen. Durch das Teilen von Code und Abhängigkeiten kann Module Federation die Build-Zeiten verkürzen, die Leistung verbessern und den Entwicklungsprozess vereinfachen.

Obwohl Module Federation ihre Herausforderungen hat, wie z.B. Versions- und State-Management, können diese durch sorgfältige Planung und den Einsatz geeigneter Werkzeuge und Techniken bewältigt werden. Indem Sie die in diesem Leitfaden besprochenen Best Practices befolgen und die fortgeschrittenen Überlegungen berücksichtigen, können Sie Micro-Frontends erfolgreich mit Module Federation implementieren und skalierbare, wartbare und unabhängige Frontend-Anwendungen erstellen.

Während sich die Landschaft der Webentwicklung weiterentwickelt, werden Micro-Frontends zu einem immer wichtigeren Architekturmuster. Module Federation bietet eine solide Grundlage für den Bau von Micro-Frontends und ist ein wertvolles Werkzeug für jeden Frontend-Entwickler, der moderne, skalierbare Webanwendungen erstellen möchte.