Microservices

برای بیش از یک دهه، Spring Boot به عنوان استاندارد بالفعل برای ساخت برنامه های کاربردی جاوا سازمانی برتر بوده است. اکوسیستم غنی، الگوی پیکربندی بیش از حد قرارداد، موتور تزریق وابستگی قوی، و پشتیبانی گسترده جامعه، جاوا را به بستر سیستم‌های باطنی در سراسر جهان تبدیل کرده است. با این حال، تغییر به سمت معماری‌های Cloud-Native، ارکستراسیون Kubernetes، کانتینرسازی Docker، و اجرای بدون سرور (AWS Lambda، Knative) چالش‌های فنی جدیدی را برای زیرساخت‌های بک‌اند معرفی کرد: کارایی حافظه، مقیاس‌پذیری فوری، و مقیاس‌پذیری سرد فوری.

برای نزدیک به سه دهه، جاوا نیروی غالب در توسعه نرم افزار سازمانی بوده است. اکوسیستم غنی، شالوده شی گرا قوی، استقلال پلت فرم از طریق ماشین مجازی جاوا (JVM) و چارچوب های آزمایش شده در نبرد مانند Spring Boot آن را به پادشاه بلامنازع زیرساخت های باطن تبدیل کرده است.

در برنامه های کاربردی یکپارچه سنتی، حفظ ثبات داده ها در چندین موجودیت ساده است. موتورهای پایگاه داده رابطه ای تضمین های ACID (اتمی، سازگاری، جداسازی، دوام) را در داخل تراکنش های SQL محلی ارائه می کنند. اگر قرار دادن سفارش، کسر پرداخت، یا ذخیره موجودی در نیمه راه با شکست مواجه شود، با فراخوانی ROLLBACK هر تغییر پایگاه داده فوراً برمی گردد.

در معماری‌های مدرن مبتنی بر رویداد (Event-Driven Architecture)، سرویس‌ها به‌صورت مداوم رویدادهایی مانند OrderCreated یا PaymentProcessed را منتشر می‌کنند تا تغییرات وضعیت را به‌صورت مستقل اطلاع‌رسانی کنند. اما چالش اصلی این است: چگونه تضمین کنیم که به‌روزرسانی پایگاه‌داده و انتشار رویداد یا هر دو با هم موفق می‌شوند یا هر دو لغو می‌گردند؟

در معماری میکروسرویس ها، سرویس ها شبکه ای از تماس های شبکه توزیع شده را تشکیل می دهند. در حالی که این به تیم ها اجازه می دهد تا خدمات را به طور مستقل بسازند و مقیاس بندی کنند، همچنین به این معنی است که قابلیت اطمینان کلی سیستم شما به اندازه ضعیف ترین پیوند آن قوی است. اگر یک سرویس مهم از کار بیفتد یا پاسخگو نباشد، می تواند باعث خرابی آبشاری شود که کل برنامه را مختل کند.

در معماری میکروسرویس‌ها، سرویس‌ها به جای تماس‌های درون حافظه، از طریق شبکه ارتباط برقرار می‌کنند. در حالی که این جداسازی مقیاس افقی گسترده و استقرار مستقل را امکان پذیر می کند، یک آسیب پذیری بزرگ را نیز معرفی می کند: شبکه غیرقابل اعتماد است. در هر لحظه، یک سرویس پایین دستی ممکن است با یک مشکل کوتاه در شبکه، یک جهش موقت CPU، یک کشمکش سریع قفل پایگاه داده یا راه اندازی مجدد به روز رسانی رو به رو شود. این خرابی های موقت به نام عیب های گذرا شناخته می شوند.

در معماری میکروسرویس، یک برنامه کاربردی به ده ها یا صدها سرویس مستقل و مشترک تقسیم می شود. در حالی که این طراحی ماژولار بودن و مقیاس‌پذیری را بهبود می‌بخشد، اما خطر بزرگی را نیز به همراه دارد: شکست در یک سرویس می‌تواند کل سیستم را از بین ببرد. اگر یک سرویس پایین دستی کند شود یا پاسخگو نباشد، درخواست های دریافتی به سرویس های بالادستی شما شروع به انباشته شدن خواهند کرد. اگر همه آنها حافظه، CPU یا Thread Pool یکسانی داشته باشند، وابستگی آهسته می تواند به سرعت تمام منابع موجود را تمام کند و باعث از کار افتادن کل برنامه شما شود.

در سیستم‌های ابری مدرن، انتظار می‌رود که میکروسرویس‌ها بسیار بیشتر از اجرای منطق تجاری انجام دهند. آنها باید ورود به سیستم را مدیریت کنند، گواهی‌های SSL/TLS را مدیریت کنند، معیارها را جمع‌آوری کنند، مکانیسم‌های امتحان مجدد را پیاده‌سازی کنند، و ارتباطات امن را با سایر سرویس‌ها هماهنگ کنند. اگر همه این قابلیت های مقطعی را مستقیماً در پایگاه کد هر برنامه جاسازی کنیم، در نهایت با کد نفخ، اتصال محکم و قفل شدن زبان مواجه می شویم.

در مهندسی نرم افزار مدرن، برنامه های کاربردی یکپارچه قدیمی یک چالش رایج هستند. با گذشت زمان، یک پایگاه کد موفق به قدری بزرگ و به هم مرتبط می شود که ایجاد تغییرات ساده خطرناک می شود، استقرار ساعت ها طول می کشد و مقیاس بندی ویژگی های فردی عملاً غیرممکن است.

در معماری میکروسرویس‌ها، سیستم‌های ما به ده‌ها سرویس کوچک و متمرکز تقسیم می‌شوند - مانند یک سرویس کاربر، یک سرویس سفارش و یک سرویس محصول. اما وقتی نوبت به نمایش این اطلاعات به کاربران می رسد، دستگاه های مختلف نیازهای بسیار متفاوتی دارند. یک مرورگر وب روی یک رایانه رومیزی پرسرعت، داشبورد غنی پر از جداول، ستون‌های کناری و نمودارها می‌خواهد. یک برنامه تلفن همراه در یک شبکه سلولی کند می خواهد یک طرح ساده و سبک وزن برای صرفه جویی در پهنای باند و باتری داشته باشد. یک برنامه ساعت هوشمند ممکن است فقط به یک خط متن نیاز داشته باشد.

انتقال از یک کاربرد واحد و یکپارچه به معماری میکروسرویس بسیاری از مشکلات را حل می کند. این به تیم ها اجازه می دهد تا به طور مستقل کار کنند، خدمات را به طور جداگانه مستقر کنند و بخش هایی از سیستم را در صورت نیاز مقیاس کنند. با این حال، چالش جدیدی را نیز معرفی می کند: ** مشتریان چگونه با این همه خدمات مستقل تعامل می کنند؟**

در یک معماری یکپارچه، اجزاء از طریق فراخوانی متد درون حافظه، که آنی و بسیار قابل اعتماد هستند، ارتباط برقرار می کنند. با این حال، هنگام انتقال به معماری میکروسرویس، این اجزا با مرزهای شبکه از هم جدا می شوند. ارتباط به یک تماس شبکه خارج از فرآیند تبدیل می شود (ارتباط بین فرآیندی یا IPC).

هنگامی که سازمان‌ها از معماری یکپارچه به ریزخدمات تغییر می‌کنند، با یک سوال مهم و پرمخاطب مواجه می‌شوند: چگونه مرزهای خدمات خود را ترسیم کنیم؟ در تئوری، ریزسرویس‌ها باید واحدهای شل و جداشده باشند که می‌توانند به طور مستقل توسعه، گسترش و مقیاس‌بندی شوند. با این حال، در عمل، بسیاری از تیم‌ها در نهایت به ساخت یکپارچه توزیع‌شده می‌پردازند – سیستمی که در آن سرویس‌ها به قدری به هم پیوسته‌اند که یک تغییر تجاری نیازمند اصلاح و استقرار چندین سرویس به طور همزمان، ترکیب تاخیر شبکه و گریدلاک‌های استقرار است.

در روزهای اولیه توسعه وب، ساختن یک برنامه نرم افزاری ساده بود: شما کد می نوشتید، آن را در یک آرشیو اجرایی یا قابل استقرار بسته بندی می کردید و آن را روی سرور اجرا می کردید. این رویکرد که به عنوان معماری یکپارچه شناخته می شود، برای دهه ها به خوبی به صنعت خدمت کرد.