5 Microservices-Designmuster, die jedes DevOps-Team kennen sollte

Von: Gilad David Maayan am 29. August 2023

Microservices haben die Welt der Anwendungsentwicklung revolutioniert, indem sie große, monolithische Systeme in kleinere, besser verwaltbare Komponenten zerlegen. Der Architekturstil, der durch unabhängige, lose gekoppelte Dienste gekennzeichnet ist, bringt zahlreiche Vorteile mit sich, von Skalierbarkeit und Modularität bis hin zu erhöhter Flexibilität.

Wie können DevOps-Teams diesen Ansatz am besten für maximale Effizienz nutzen? Die Antwort liegt im Verstehen und effektiven Einsatz von Microservices-Entwurfsmustern. In diesem Artikel befassen wir uns mit den fünf wichtigsten Microservices-Designmustern, die jedes DevOps-Team kennen sollte: Das API-Gateway-Muster, das Datenbank-pro-Service-Muster, das Circuit-Breaker-Muster, das ereignisgesteuerte Muster und das Saga-Muster. Wir untersuchen, was diese Muster sind, welche Vorteile sie mit sich bringen, welche Herausforderungen sie mit sich bringen und gehen darauf ein, wie Sie die optimalen Microservices-Entwurfsmuster für Ihr Projekt auswählen.

Microservices ist ein Architekturstil, der eine Anwendung als Sammlung kleiner, lose gekoppelter und unabhängig voneinander bereitstellbarer Dienste strukturiert. Jeder dieser Dienste entspricht einer bestimmten Geschäftsfunktionalität und kann unabhängig entwickelt, bereitgestellt und skaliert werden.

Die Idee hinter Microservices besteht darin, eine große, monolithische Anwendung in eine Sammlung kleinerer, besser verwaltbarer Teile zu zerlegen. Jeder Microservice ist eine separate Komponente, die unabhängig von allen anderen Microservices entwickelt, getestet, bereitgestellt, skaliert und aktualisiert werden kann. Dieser Ansatz bietet zahlreiche Vorteile, wie etwa erhöhte Modularität, Flexibilität und Skalierbarkeit, was ihn bei Organisationen, die die Leistung und Wartbarkeit ihrer Anwendungen verbessern möchten, sehr beliebt macht.

Im Gegensatz zur monolithischen Architektur, bei der alle Komponenten der Anwendung miteinander verbunden und voneinander abhängig sind, ist in einer Microservices-Architektur jeder Dienst unabhängig und kommuniziert mit anderen über klar definierte APIs und Protokolle. Diese Unabhängigkeit ermöglicht die Verwendung verschiedener Technologien und Sprachen für verschiedene Dienste, die den Anforderungen jedes Dienstes am besten entsprechen.

Die Microservices-Architektur hat sich als Game-Changer in der DevOps-Landschaft herausgestellt. Sehen wir uns einige der wichtigsten Vorteile der Integration von Microservices in Ihre DevOps-Praktiken an.

Einer der größten Vorteile von Microservices besteht darin, dass sie unabhängig voneinander bereitgestellt werden können. Dies bedeutet, dass Änderungen an einem einzelnen Dienst vorgenommen werden können, ohne dass sich dies auf die gesamte Anwendung auswirkt. In einer monolithischen Architektur erfordert selbst eine kleine Änderung die Neubereitstellung der gesamten Anwendung, was sowohl zeitaufwändig als auch riskant ist. Mit Microservices können Teams jedoch einen Service aktualisieren, anpassen oder sogar komplett neu schreiben, ohne die Funktionalität der gesamten Anwendung zu beeinträchtigen. Dies erleichtert die kontinuierliche Bereitstellung und Bereitstellung, Schlüsselaspekte der DevOps-Kultur.

Ein weiterer großer Vorteil von Microservices ist die verbesserte Fehlerisolierung. In einer monolithischen Architektur kann ein Ausfall einer Komponente zum Ausfall der gesamten Anwendung führen. Wenn jedoch in einer Microservices-Architektur ein Dienst ausfällt, funktionieren die anderen weiterhin normal. Dieser isolierte Fehler kann behoben werden, ohne die Gesamtleistung der Anwendung zu beeinträchtigen. Daher tragen Microservices wesentlich zur Stabilität und Belastbarkeit einer Anwendung bei.

Microservices bieten außerdem eine hervorragende Skalierbarkeit. Da es sich bei jedem Microservice um eine separate Einheit handelt, kann er je nach Bedarf unabhängig skaliert werden. Wenn eine bestimmte Funktionalität stark nachgefragt wird, muss nur der entsprechende Dienst und nicht die gesamte Anwendung skaliert werden. Diese gezielte Skalierung ist nicht nur effizienter, sondern auch kostengünstiger und macht Microservices zur bevorzugten Wahl für Unternehmen mit schwankender Auslastung.

Wenn es um Microservices geht, gibt es keine Einheitslösung, die für alle passt. Unterschiedliche Anwendungen haben unterschiedliche Anforderungen, und das Design Ihrer Microservices-Architektur sollte diesen spezifischen Anforderungen gerecht werden. Hier kommen Designmuster ins Spiel. Lassen Sie uns die Bedeutung dieser Muster im Kontext von Microservices untersuchen.

Skalierbarkeit ist einer der entscheidenden Faktoren, die beim Entwurf einer Microservices-Architektur berücksichtigt werden müssen. Die Fähigkeit, erhöhte Lasten durch das Hinzufügen weiterer Dienstinstanzen zu bewältigen, ist ein zentraler Vorteil von Microservices. Dies erfordert jedoch eine sorgfältige Gestaltung, um sicherzustellen, dass Dienste problemlos dupliziert und verteilt werden können. Entwurfsmuster wie die replizierte Dienstinstanz und Shard-Dienstmuster tragen dazu bei, diese Skalierbarkeit zu erreichen.

Entwurfsmuster spielen eine entscheidende Rolle bei der Reduzierung der mit der Microservices-Architektur verbundenen Komplexität. Die Aufteilung einer Anwendung in Microservices kann zu einer Vielzahl von Services führen, deren Verwaltung eine Herausforderung darstellen kann. Mit den richtigen Entwurfsmustern wie Aggregator oder API-Gateway können Sie jedoch die Dienstverwaltung vereinfachen und die Kommunikation zwischen Diensten verbessern.

Microservices basieren häufig auf einer verteilten Datenverwaltung, die komplex sein kann. Jeder Microservice verfügt über eine eigene separate Datenbank, um eine lose Kopplung und Unabhängigkeit sicherzustellen. Allerdings kann die Verwaltung von Transaktionen und die Gewährleistung der Datenkonsistenz über alle Dienste hinweg eine Herausforderung sein. Designmuster wie Saga und Event Sourcing können dabei helfen, verteilte Daten effektiv zu verwalten.

In einer Microservices-Architektur müssen Dienste miteinander kommunizieren, um ordnungsgemäß zu funktionieren. Diese Kommunikation zwischen Diensten erfolgt normalerweise über APIs, kann jedoch mit zunehmender Anzahl von Diensten kompliziert werden. Entwurfsmuster wie der clientseitige Load Balancer und Circuit Breaker können dazu beitragen, diese Kommunikation zu rationalisieren und sicherzustellen, dass Dienste effizient interagieren können.

In einer Microservices-Architektur stellt jeder Dienst eine Reihe feinkörniger APIs zur Verfügung. Die individuelle Verwaltung dieser APIs kann eine entmutigende Aufgabe sein, insbesondere wenn Ihre Anwendung aus Dutzenden oder sogar Hunderten von Microservices besteht. Hier kommt das API-Gateway-Muster ins Spiel.

Das API-Gateway dient als zentraler Einstiegspunkt für alle Client-Anfragen. Es leitet Anfragen an den entsprechenden Microservice weiter und aggregiert anschließend die Antworten. Es kümmert sich auch um Querschnittsthemen wie Authentifizierung, Überwachung und Ratenbegrenzung. Darüber hinaus bietet es eine einheitliche API, die für den Kunden einfacher zu nutzen ist und ihn von der Komplexität der Microservices-Architektur abschirmt.

Allerdings ist das API-Gateway-Muster nicht ohne Herausforderungen. Wenn es nicht richtig konzipiert und skaliert wird, kann es zu einem Engpass werden. Außerdem ist es ein Single Point of Failure, sofern es nicht hochverfügbar ist. Trotz dieser Herausforderungen kann das API-Gateway-Muster bei sorgfältiger Designauswahl und guten Betriebspraktiken die Clientinteraktion mit Microservices erheblich vereinfachen.

In einer monolithischen Anwendung teilen sich normalerweise alle Module eine einzige Datenbank. Obwohl dieser Ansatz praktisch erscheint, führt er zu einer engen Kopplung zwischen den Modulen, was die Skalierung und Wartung der Anwendung erschwert. Das Muster „Datenbank pro Dienst“ bietet eine elegante Lösung für dieses Problem.

Bei diesem Muster besitzt jeder Mikrodienst seine eigene Datenbank, wodurch eine lockere Kopplung und eine hohe Kohäsion gewährleistet werden. Dadurch kann jeder Microservice einen Datenbanktyp verwenden, der für seine Anforderungen am besten geeignet ist. Darüber hinaus ermöglicht es eine unabhängige Skalierung und Weiterentwicklung jedes Mikroservices.

Allerdings kann die Implementierung des Musters „Datenbank pro Dienst“ eine Herausforderung darstellen. Dabei geht es um die Bewältigung verteilter Datenverwaltungsprobleme, etwa um die Datenkonsistenz zwischen den Diensten sicherzustellen. Trotz dieser Herausforderungen ist das Datenbank-pro-Service-Muster ein leistungsstarkes Werkzeug zum Erreichen von Datenisolation und Autonomie in einer Microservices-Architektur.

In einer Microservices-Architektur sind Dienste oft aufeinander angewiesen. Wenn ein Dienst ausfällt oder langsam wird, kann dies Auswirkungen auf alle abhängigen Dienste haben und zu einem kaskadierenden Ausfall führen. Das Circuit Breaker-Muster zielt darauf ab, dieses Szenario zu verhindern.

Mit dem Circuit Breaker-Muster können Sie verhindern, dass sich ein Netzwerk- oder Dienstausfall auf andere Dienste auswirkt. Wenn ein Fehler erkannt wird, löst der Leistungsschalter aus und verhindert weitere Anrufe beim ausgefallenen Dienst. Anschließend wird in regelmäßigen Abständen versucht, den Dienst anzurufen. Bei Erfolg wird der Stromkreis geschlossen und die Anrufe werden weitergeleitet.

Dieses Muster trägt dazu bei, die Serviceleistung aufrechtzuerhalten und Zeitüberschreitungen während eines Fehlers zu vermeiden. Es erfordert jedoch eine sorgfältige Abstimmung, um ein Gleichgewicht zwischen Reaktionsfähigkeit und Fehlerempfindlichkeit herzustellen. Trotz der Komplexität ist das Circuit Breaker-Muster ein Schlüsselmuster für den Aufbau belastbarer Microservices.

In einer Microservices-Architektur kann die Aufrechterhaltung der Datenkonsistenz zwischen Services eine Herausforderung darstellen. Das ereignisgesteuerte Muster bietet eine Lösung für dieses Problem.

Im ereignisgesteuerten Muster veröffentlichen Dienste Ereignisse, wenn sich ihr Status ändert. Andere Dienste abonnieren diese Ereignisse und aktualisieren ihren Status entsprechend. Auf diese Weise kann jeder Dienst seine Konsistenz beibehalten, ohne dass eine synchrone Kommunikation erforderlich ist.

Dieses Muster verbessert die Entkopplung zwischen Diensten und verbessert die Leistung, indem es asynchrone Kommunikation ermöglicht. Allerdings kann es aufgrund der indirekten Natur der Interaktionen zwischen Diensten auch dazu führen, dass das System komplexer und schwerer verständlich wird. Dennoch ist das ereignisgesteuerte Muster ein leistungsstarkes Werkzeug zur Gewährleistung der Datenkonsistenz in einer Microservices-Architektur.

In einer Microservices-Architektur kann die Implementierung von Geschäftstransaktionen, die mehrere Dienste umfassen, eine große Herausforderung darstellen. Das Saga-Muster bietet eine Lösung für dieses Problem.

Eine Saga ist eine Abfolge lokaler Transaktionen, bei der jede Transaktion Daten innerhalb eines einzelnen Dienstes aktualisiert. Wenn eine lokale Transaktion fehlschlägt, führt die Saga Ausgleichstransaktionen aus, um die Auswirkungen der vorherigen Transaktionen rückgängig zu machen.

Während das Saga-Muster verteilte Transaktionen effektiv verwalten kann, erhöht es auch die Komplexität des Systems. Es erfordert eine sorgfältige Gestaltung und Koordination zwischen den Diensten. Trotz dieser Herausforderungen ist das Saga-Muster ein entscheidendes Werkzeug für die Verwaltung komplexer Geschäftstransaktionen in einer Microservices-Architektur.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Verständnis und die Anwendung dieser fünf wichtigen Entwurfsmuster für Microservices Ihnen dabei helfen können, skalierbarere, zuverlässigere und wartbarere Anwendungen zu entwerfen. Es ist jedoch wichtig zu bedenken, dass jedes Muster seine Nachteile mit sich bringt und entsprechend den spezifischen Anforderungen Ihrer Anwendung mit Bedacht angewendet werden sollte. Wenn Sie tiefer in die Welt der Microservices eintauchen, werden Sie erkennen, dass diese Muster wesentliche Bausteine ​​für die Entwicklung robuster und belastbarer Anwendungen sind.

Abgelegt unter: API, Best Practices, Blogs, Continuous Delivery, Continuous Testing, DevOps Onramp, DevOps Practice, How To Markiert mit: appdev, Anwendungsentwicklung, Cloud-native Anwendungsentwicklung, Devops, Microservices