Mikropaslaugų architektūra: projektavimo šablonai pasaulinei sėkmei

Mikropaslaugų architektūra sukėlė perversmą programų kūrime ir diegime. Šis metodas, pasižymintis didelių programų skaidymu į mažesnes, nepriklausomas paslaugas, suteikia didelių pranašumų mastelio keitimo, atsparumo ir lankstumo požiūriu. Pasaulinei auditorijai efektyvių projektavimo šablonų supratimas ir diegimas yra labai svarbus kuriant programas, kurios gali atlaikyti paskirstytųjų sistemų iššūkius ir patenkinti įvairios vartotojų bazės poreikius visame pasaulyje.

Kas yra mikropaslaugų architektūra?

Iš esmės mikropaslaugų architektūra reiškia programos struktūrizavimą kaip laisvai susietų paslaugų rinkinį. Kiekviena paslauga orientuota į konkrečią verslo galimybę ir veikia nepriklausomai. Šis nepriklausomumas leidžia komandoms kurti, diegti ir keisti paslaugų mastelį nepriklausomai, prireikus naudojant skirtingas technologijas. Tai yra reikšmingas nukrypimas nuo monolitinių programų, kuriose visi komponentai yra sujungti ir diegiami kaip vienas vienetas.

Pagrindiniai mikropaslaugų privalumai:

• Mastelio keitimas: Atskiros paslaugos gali būti keičiamos nepriklausomai pagal poreikį, optimizuojant išteklių naudojimą. Įsivaizduokite pasaulinę el. prekybos platformą, kurioje produktų katalogo paslaugos mastelį reikia žymiai padidinti piko apsipirkimo sezonais skirtingose laiko juostose.
• Atsparumas: Jei viena paslauga sugenda, poveikis yra izoliuotas, neleidžiant visai programai nustoti veikti. Pavyzdžiui, lokalizuotas gedimas, paveikiantis mokėjimų apdorojimo paslaugą Singapūre, neturėtų išjungti visos platformos vartotojams Europoje ar Amerikoje.
• Greitesnis kūrimas ir diegimas: Mažesnės kodo bazės ir nepriklausomi diegimo ciklai lemia greitesnį kūrimo ir diegimo laiką. Tai labai svarbu norint prisitaikyti prie kintančių rinkos poreikių ir greitai pristatyti naujas funkcijas pasauliniams klientams.
• Technologijų įvairovė: Skirtingos paslaugos gali būti kuriamos naudojant skirtingas technologijas, leidžiančias komandoms pasirinkti geriausius įrankius darbui. Duomenų analizės paslauga gali būti parašyta Python kalba, o išorinės sistemos (front-end) paslauga – JavaScript kalba.
• Pagerinta komandos autonomija: Komandos gali turėti ir valdyti savo paslaugas, skatindamos autonomiją ir mažindamos priklausomybes.

Esminiai mikropaslaugų projektavimo šablonai

Efektyviam mikropaslaugų diegimui reikalingas gilus įvairių projektavimo šablonų supratimas. Šie šablonai pateikia patikrintus sprendimus bendroms problemoms, su kuriomis susiduriama paskirstytosiose sistemose. Panagrinėkime keletą kritinių projektavimo šablonų:

1. API šliuzo šablonas

API šliuzas veikia kaip vienas įėjimo taškas visoms kliento užklausoms. Jis tvarko maršrutizavimą, autentifikavimą, autorizavimą ir kitus bendrus klausimus. Pasaulinėje programoje API šliuzas taip pat gali valdyti srauto valdymą ir apkrovos balansavimą skirtinguose regionuose.

Pagrindinės atsakomybės:

• Maršrutizavimas: Užklausų nukreipimas į atitinkamas paslaugas.
• Autentifikavimas: Vartotojų tapatybių tikrinimas.
• Autorizavimas: Užtikrinimas, kad vartotojai turi reikiamus leidimus.
• Užklausų skaičiaus ribojimas: Paslaugų apsauga nuo perkrovos.
• Stebėjimas ir registravimas: Duomenų rinkimas našumo analizei ir trikčių šalinimui.
• Protokolų vertimas: Prireikus, konvertavimas tarp skirtingų protokolų.

Pavyzdys: Pasaulinė transliacijų paslauga naudoja API šliuzą užklausoms iš įvairių įrenginių (išmaniųjų televizorių, mobiliųjų telefonų, interneto naršyklių) tvarkyti ir nukreipti jas į atitinkamas vidinės sistemos paslaugas (turinio katalogą, vartotojų autentifikavimą, mokėjimų apdorojimą). Šliuzas taip pat atlieka užklausų skaičiaus ribojimą, kad būtų išvengta piktnaudžiavimo, ir apkrovos balansavimą, kad srautas būtų paskirstytas tarp kelių paslaugų egzempliorių skirtinguose geografiniuose regionuose (pvz., Šiaurės Amerikoje, Europoje, Azijos ir Ramiojo vandenyno regione).

2. Paslaugų aptikimo šablonas

Dinamiškoje mikropaslaugų aplinkoje paslaugos dažnai atsiranda ir išnyksta. Paslaugų aptikimo šablonas leidžia paslaugoms rasti viena kitą ir bendrauti. Paslaugos registruoja savo vietas paslaugų registre, o kitos paslaugos gali užklausti registro, kad rastų konkrečios paslaugos vietą.

Dažniausi įgyvendinimai:

• Consul: Paskirstytasis paslaugų tinklas, teikiantis paslaugų aptikimą, būklės patikrinimus ir konfigūravimą.
• etcd: Paskirstyta raktų-verčių saugykla, naudojama paslaugų aptikimui ir konfigūracijos valdymui.
• ZooKeeper: Centralizuota paslauga konfigūracijos informacijos palaikymui, pavadinimų suteikimui ir paskirstytajai sinchronizacijai.
• Kubernetes paslaugų aptikimas: Kubernetes teikia integruotas paslaugų aptikimo galimybes konteinerizuotoms programoms.

Pavyzdys: Įsivaizduokite pasaulinę pavėžėjimo paslaugų programą. Kai vartotojas paprašo pavėžėjimo, užklausa turi būti nukreipta artimiausiam laisvam vairuotojui. Paslaugų aptikimo mechanizmas padeda užklausai surasti atitinkamus vairuotojų paslaugų egzempliorius, veikiančius skirtinguose regionuose. Kai vairuotojai keičia vietą, o paslaugų mastelis didėja ar mažėja, paslaugų aptikimas užtikrina, kad pavėžėjimo paslauga visada žinotų dabartinę vairuotojų buvimo vietą.

3. Grandinės pertraukiklio šablonas

Paskirstytosiose sistemose paslaugų gedimai yra neišvengiami. Grandinės pertraukiklio šablonas apsaugo nuo kaskadinių gedimų, stebėdamas nuotolinių paslaugų būklę. Jei paslauga tampa nepasiekiama arba lėta, grandinės pertraukiklis atsidaro, neleisdamas siųsti daugiau užklausų į gendančią paslaugą. Po tam tikro laiko pertraukiklis pereina į pusiau atidarytą būseną, leisdamas ribotam skaičiui užklausų patikrinti paslaugos būklę. Jei šios užklausos sėkmingos, pertraukiklis užsidaro; kitu atveju, jis vėl atsidaro.

Privalumai:

• Apsaugo nuo kaskadinių gedimų: Apsaugo programą nuo perkrovos dėl nepavykusių užklausų.
• Pagerina atsparumą: Leidžia gendančioms paslaugoms atsigauti nepaveikiant visos programos.
• Užtikrina gedimų izoliaciją: Izoliuoja gendančias paslaugas, leidžiant kitoms programos dalims toliau veikti.

Pavyzdys: Tarptautinė skrydžių rezervavimo sistema. Jei mokėjimų apdorojimo paslauga Indijoje patiria gedimą, grandinės pertraukiklis gali neleisti skrydžių rezervavimo paslaugai nuolat siųsti užklausų į gendančią mokėjimo paslaugą. Vietoj to, ji gali rodyti vartotojui draugišką klaidos pranešimą arba pasiūlyti alternatyvius mokėjimo būdus, nepaveikiant kitų vartotojų visame pasaulyje.

4. Duomenų nuoseklumo šablonai

Duomenų nuoseklumo palaikymas keliose paslaugose yra kritinis iššūkis mikropaslaugų architektūroje. Šiai problemai spręsti galima naudoti kelis šablonus:

• Saga šablonas: Valdo paskirstytąsias transakcijas, skaidydamas jas į vietinių transakcijų seriją. Yra du pagrindiniai tipai: choreografija paremtos ir orkestracija paremtos. Choreografija paremtose sagose kiekviena paslauga klauso įvykių ir atitinkamai reaguoja. Orkestracija paremtose sagose centrinis orkestratorius koordinuoja transakcijas.
• Galutinis nuoseklumas: Duomenų pakeitimai perduodami asinchroniškai, leidžiant laikinus nenuoseklumus, bet garantuojant galutinį nuoseklumą. Tai dažnai naudojama kartu su Saga šablonu.
• Kompensuojančios transakcijos: Jei transakcija nepavyksta, vykdomos kompensuojančios transakcijos, kad būtų atšaukti sėkmingų transakcijų atlikti pakeitimai.

Pavyzdys: Įsivaizduokite el. prekybos programą, apdorojančią tarptautinį užsakymą. Kai vartotojas pateikia užsakymą, turi būti įtrauktos kelios paslaugos: užsakymų paslauga, atsargų paslauga ir mokėjimų paslauga. Naudojant Saga šabloną, užsakymų paslauga inicijuoja transakciją. Jei atsargų yra ir mokėjimas sėkmingas, užsakymas patvirtinamas. Jei bet kuris žingsnis nepavyksta, suveikia kompensuojančios transakcijos (pvz., atsargų atlaisvinimas arba mokėjimo grąžinimas), kad būtų užtikrintas duomenų nuoseklumas. Tai ypač svarbu tarptautiniams užsakymams, kur gali būti įtraukti skirtingi mokėjimo šliuzai ir vykdymo centrai.

5. Konfigūracijos valdymo šablonas

Konfigūracijos valdymas keliose paslaugose gali būti sudėtingas. Konfigūracijos valdymo šablonas suteikia centralizuotą saugyklą konfigūracijos nustatymams saugoti ir valdyti. Tai leidžia atnaujinti konfigūracijos vertes iš naujo nediegiant paslaugų.

Dažniausi metodai:

• Centralizuotas konfigūracijos serveris: Paslaugos gauna savo konfigūraciją iš centrinio serverio.
• Konfigūracija kaip kodas: Konfigūracijos nustatymai saugomi versijų kontroliuojamose kodo saugyklose.
• Aplinkos kintamieji: Konfigūracijos nustatymai perduodami paslaugoms per aplinkos kintamuosius.

Pavyzdys: Pasaulinė programa, kurios paslaugos diegiamos skirtinguose regionuose, turi konfigūruoti duomenų bazių prisijungimo eilutes, API raktus ir kitus nustatymus, kurie skiriasi priklausomai nuo aplinkos. Pavyzdžiui, centralizuotas konfigūracijos serveris gali laikyti šiuos nustatymus, leisdamas lengvai atnaujinti, kad prisitaikytų prie skirtingų regioninių reikalavimų (pvz., skirtingi duomenų bazių prisijungimo duomenys skirtingiems duomenų centrams).

6. Registravimo ir stebėjimo šablonai

Efektyvus registravimas ir stebėjimas yra būtini trikčių šalinimui, našumo supratimui ir mikropaslaugų būklės užtikrinimui. Centralizuoti registravimo ir stebėjimo sprendimai yra gyvybiškai svarbūs pasaulinėms programoms, kur paslaugos diegiamos skirtinguose regionuose ir laiko juostose.

Pagrindiniai aspektai:

• Centralizuotas registravimas: Sujungti visų paslaugų žurnalus (logs) į centrinę vietą.
• Paskirstytasis atsekamumas: Atsekti užklausas per kelias paslaugas, siekiant nustatyti našumo kliūtis.
• Realaus laiko stebėjimas: Stebėti pagrindinius rodiklius, tokius kaip užklausų dažnis, klaidų dažnis ir atsako laikas.
• Perspėjimai: Konfigūruoti perspėjimus, kad komandos būtų informuotos apie kritines problemas.

Pavyzdys: Pasaulinė socialinių medijų platforma naudoja centralizuotą registravimą ir paskirstytąjį atsekamumą, kad stebėtų savo įvairių paslaugų našumą. Kai vartotojas Australijoje praneša apie lėtą našumą keliant vaizdo įrašą, komanda gali naudoti paskirstytąjį atsekamumą, kad nustatytų konkrečią paslaugą, sukeliančią vėlavimą (pvz., transkodavimo paslauga Europoje), ir išspręstų problemą. Stebėjimo ir perspėjimo sistemos gali proaktyviai aptikti ir įspėti apie problemas, kol poveikis vartotojui nepadidėjo.

7. CQRS (komandų ir užklausų atsakomybės atskyrimo) šablonas

CQRS atskiria skaitymo ir rašymo operacijas. Komandos (rašymo operacijos) atnaujina duomenų saugyklą, o užklausos (skaitymo operacijos) gauna duomenis. Šis šablonas gali pagerinti našumą ir mastelio keitimą, ypač esant didelėms skaitymo apkrovoms.

Privalumai:

• Pagerintas našumas: Skaitymo operacijas galima optimizuoti nepriklausomai nuo rašymo operacijų.
• Mastelio keitimas: Skaitymo ir rašymo operacijų mastelį galima keisti nepriklausomai.
• Lankstumas: Skaitymo ir rašymo operacijoms galima naudoti skirtingus duomenų modelius.

Pavyzdys: Tarptautinė bankininkystės programa. Rašymo operacijas (pvz., transakcijų apdorojimas) tvarko viena paslaugų grupė, o skaitymo operacijas (pvz., sąskaitų likučių rodymas) – kita. Tai leidžia sistemai optimizuoti skaitymo našumą ir keisti skaitymo operacijų mastelį nepriklausomai, kas yra labai svarbu tvarkant didelį skaičių vienu metu prisijungusių vartotojų, pasiekiančių sąskaitų informaciją visame pasaulyje.

8. Vidinės sistemos išorinėms sistemoms (BFF) šablonas

BFF šablonas sukuria dedikuotą vidinės sistemos paslaugą kiekvienam kliento programos tipui (pvz., žiniatinklio, mobiliajai). Tai leidžia pritaikyti vidinę sistemą prie konkrečių kiekvieno kliento poreikių, optimizuojant vartotojo patirtį. Tai ypač naudinga dirbant su pasaulinėmis programomis, turinčiomis įvairias vartotojo sąsajas ir įrenginių galimybes.

Privalumai:

• Pagerinta vartotojo patirtis: Pritaikytos vidinės sistemos gali optimizuoti duomenis konkretiems klientams.
• Sumažintas sudėtingumas: Supaprastina sąveiką tarp klientų ir vidinės sistemos paslaugų.
• Padidintas lankstumas: Leidžia greičiau iteruoti ir prisitaikyti prie kliento specifinių poreikių.

Pavyzdys: Pasaulinė kelionių rezervavimo svetainė. Svetainė naudoja vieną BFF žiniatinklio programai, optimizuotai stacionarių kompiuterių naršyklėms, ir kitą BFF mobiliajai programai, optimizuotai mobiliesiems įrenginiams. Tai leidžia kiekvienai programai gauti ir pateikti duomenis efektyviausiu būdu, atsižvelgiant į ribotą ekrano erdvę ir mobiliųjų įrenginių našumo apribojimus, suteikiant puikią vartotojo patirtį keliautojams visame pasaulyje.

Geriausios mikropaslaugų diegimo praktikos

Sėkmingam mikropaslaugų diegimui reikia laikytis tam tikrų geriausių praktikų:

• Apibrėžkite aiškias paslaugų ribas: Kruopščiai suprojektuokite paslaugų ribas pagal verslo galimybes, kad sumažintumėte priklausomybę ir padidintumėte sanglaudą.
• Pasinaudokite automatizavimu: Automatizuokite kūrimo, testavimo, diegimo ir stebėjimo procesus naudodami CI/CD konvejerius.
• Stebėkite viską: Įdiekite išsamų registravimą, stebėjimą ir perspėjimus.
• Teikite pirmenybę atsparumui: Projektuokite paslaugas, kad jos būtų atsparios gedimams, ir naudokite šablonus, tokius kaip grandinės pertraukikliai.
• Versijuokite savo API: Versijuokite savo API, kad užtikrintumėte atgalinį suderinamumą ir sklandžius atnaujinimus.
• Pasirinkite tinkamas technologijas: Pasirinkite technologijas ir įrankius, kurie tinka konkrečioms paslaugoms ir bendrai programos architektūrai.
• Nustatykite aiškius komunikacijos protokolus: Apibrėžkite, kaip paslaugos bendrauja viena su kita, naudodamos sinchroninį ar asinchroninį pranešimų siuntimą.
• Apsaugokite savo paslaugas: Įdiekite patikimas saugumo priemones, įskaitant autentifikavimą, autorizavimą ir šifravimą.
• Apsvarstykite komandos struktūrą: Organizuokite komandas aplink paslaugas, suteikdami joms teisę turėti ir valdyti savo paslaugas.

Išvada

Mikropaslaugų architektūra siūlo reikšmingų privalumų kuriant mastelį keičiančias, atsparias ir pasauliniu mastu paskirstytas programas. Suprasdami ir taikydami šiame straipsnyje aptartus projektavimo šablonus, galite kurti programas, kurios yra geriau pasirengusios susidoroti su pasaulinės auditorijos sudėtingumu. Tinkamų šablonų pasirinkimas ir teisingas jų įgyvendinimas, kartu su geriausių praktikų laikymusi, leis sukurti lankstesnes, pritaikomas ir sėkmingesnes programas, o įmonėms – greitai diegti naujoves ir patenkinti įvairios bei nuolat kintančios pasaulinės rinkos poreikius. Perėjimas prie mikropaslaugų yra ne tik technologijų klausimas; tai – būdas suteikti komandoms ir organizacijoms daugiau lankstumo ir gebėjimo greitai reaguoti šiandieniniame pasauliniame kontekste.