Одна з основних проблем комп’ютерних наук — це декомпозиція задач, розподіл складних проблем на менші, керовані частини. Це ключ до того, щоб працювати з кожною частиною окремо; програмування — це вміння опановувати складність через ефективну організацію. У розробці архітектори та розробники працюють над тим, щоб структуризувати ці складнощі, створюючи надійні бізнес-функціональності. Міцна архітектура створює фундамент для ефективного управління цими складнощами.
Програмна архітектура (Software architecture) визначає межі, що розділяють компоненти. Ці межі запобігають тому, щоб елементи з одного боку залежали від або взаємодіяли з елементами з іншого боку.
Кожне архітектурне рішення — це баланс між компромісами для управління складністю. Ефективна архітектура залежить від того, наскільки розумно ці компроміси обрані. Важливіше зрозуміти, чому ми обираємо певне рішення, аніж як його реалізувати. Обирати рішення обачно допомагає управляти складністю через структурування програмного забезпечення, визначення взаємодії компонентів та створення чітких розмежувань.
Добре продумана архітектура використовує найкращі практики, шаблони проєктування та структуровані шари, що дозволяє зробити складні системи більш керованими та підтримуваними. Натомість погана архітектура збільшує складність, ускладнюючи процеси обслуговування, розуміння та масштабування.
Цей блог розглядає дві широко використовувані архітектури: безсерверну (serverless) і мікросервісну (microservices). Обидва підходи спрямовані на балансування складностей за допомогою масштабованих, модульних рішень.
Основні висновки:
- Ефективна програмна архітектура допомагає управляти складністю, розбиваючи додатки на менші, керовані компоненти. Як безсерверна, так і мікросервісна архітектури підтримують цей підхід з унікальними перевагами.
- Безсерверна архітектура дозволяє розробникам зосередитись на коді без управління інфраструктурою. Вона автоматично масштабується з урахуванням попиту і слідує моделі «плати за використання», що робить її економічно вигідною для додатків з непостійним навантаженням.
- Мікросервісна архітектура розділяє додатки на автономні сервіси. Кожен сервіс може масштабуватись незалежно, забезпечуючи гнучкість і стійкість для складних додатків.
- Вибір між безсерверною і мікросервісною архітектурами залежить від потреб бізнесу. Безсерверна архітектура пропонує простоту і низьку вартість для динамічних навантажень, в той час як мікросервіси дають більше контролю і масштабованості для великих, взаємозалежних додатків.
Що таке Serverless?
Безсерверні обчислення (serverless computing), також відомі як безсерверна архітектура, дозволяють розробникам розгортати додатки без необхідності управляти інфраструктурою. У безсерверному налаштуванні постачальники хмарних послуг беруть на себе рутинні завдання, такі як інсталяція операційних систем, патчі безпеки та моніторинг продуктивності, забезпечуючи безпечне та оптимізоване середовище.
На відміну від своєї назви, безсерверне не означає відсутність серверів. Натомість, воно перенаправляє управління серверами від розробників до постачальників хмарних послуг, дозволяючи розробникам зосередитися на коді та бізнес-вимогах. Цей підхід пропонує модель «плати за використання», де рахунки виставляються на основі фактичного часу виконання коду, що забезпечує економічну ефективність і зменшує витрати на неактивні ресурси.
Розробка безсерверних додатків також підтримує швидке масштабування. Ресурси автоматично налаштовуються в залежності від реального попиту, зберігаючи продуктивність без необхідності вручну втручатися.
Безсерверна архітектура (Serverless), разом з інфраструктурою як сервіс (Infrastructure-as-a-Service, IaaS) та функціями як сервіс (Function-as-a-Service, FaaS), є потужним рішенням для сучасних хмарних обчислювальних додатків.
Вам буде цікаво прочитати більше про Інфраструктуру як код у DevOps.
Як працює безсерверна архітектура?
Безсерверна архітектура — це інноваційна модель, в якій компанії використовують ресурси третіх сторін для ефективного хостингу функцій додатків. Ця архітектура ділить логіку додатка на маленькі, керовані одиниці, звані функціями, кожна з яких призначена для виконання конкретного завдання і виконується протягом короткого часу. Функції активуються повторно у відповідь на визначені тригери, що дозволяє досягти високої чутливості.
Ключові етапи створення безсерверної архітектури:
- Функції (Functions): Розробники створюють код для конкретних завдань у додатку. Функції фокусуються на одиничних, простих операціях, що забезпечує ефективність та мінімальне використання ресурсів.
- Події (Events): Події викликають кожну функцію. Коли виконуються певні умови, наприклад, отримання HTTP запиту, подія активує функцію, безперешкодно ініціюючи наступне завдання.
- Тригери (Triggers): Тригери є сигналами, що запускають виконання функції. Вони спрацьовують, коли користувач взаємодіє, наприклад, натискаючи кнопку або торкаючись точки на екрані.
- Виконання (Execution): Функція ініціюється, виконується тільки стільки, скільки потрібно для завершення завдання. Таке короткотривале виконання дозволяє заощаджувати ресурси та зменшувати накладні витрати.
- Вихід (Output): Користувачі отримують результат роботи функції в реальному часі, зазвичай на клієнтському боці. Такий підхід забезпечує чутливий досвід користувача.
Для ефективних безсерверних додатків розробники повинні ретельно сегментувати функції та визначати тригери. Функції можуть працювати одночасно, реагуючи на різні взаємодії без уповільнення продуктивності. Визначення взаємозв'язків між функціями є важливим для підтримки гармонії та чутливості взаємодій.
Переваги безсерверної архітектури
Безсерверна архітектура ділить додатки на дві основні частини. Хмарний постачальник повністю управляє бекендом, звільняючи розробників від необхідності працювати з інфраструктурою та інтеграцією апаратного забезпечення. Друга частина, Function as a Service (FaaS), складається з функцій, орієнтованих на користувача, що активуються подіями. Така структура дає змогу розробникам оптимізувати процес створення та покращити продуктивність.
Ось ключові переваги безсерверної архітектури:
Легкість в розгортанні
У традиційних налаштуваннях розробникам потрібно налаштовувати та управляти серверами, базами даних і проміжним програмним забезпеченням. Безсерверна архітектура усуває ці накладні витрати, дозволяючи розробникам зосередитись на створенні основної логіки додатка. Хмарні постачальники автоматизують розгортання інфраструктури, зменшуючи час від розробки коду до його розгортання в продукцію. Це швидке розгортання може бути конкурентною перевагою, особливо для стартапів або компаній, що працюють за обмеженими термінами.
Економічна ефективність
Безсерверна архітектура працює за моделлю оплати на основі використання, тобто компанії платять тільки за ресурси обчислення, які їхні функції споживають. Це вигідно для бізнесів з коливаннями попиту, звільняючи їх від постійних витрат на інфраструктуру. Крім того, постачальник послуг займається рутинним обслуговуванням, оновленнями безпеки та масштабуванням інфраструктури, що заощаджує організаціям витрати на найм спеціалізованих працівників чи інвестиції в фізичні сервери та апаратне забезпечення. Це може призвести до суттєвої економії та фінансової гнучкості.
Масштабування на вимогу
Безсерверна архітектура підтримує безшовне масштабування у відповідь на змінний рівень попиту. Коли більше користувачів звертаються до додатку або виконують ресурсоємні операції, безсерверні платформи автоматично виділяють додаткові ресурси для обробки навантаження.
Ця еластичність гарантує, що додаток працюватиме безперебійно, навіть під час пікових навантажень, і зможе зменшити масштаб у періоди низького попиту, щоб мінімізувати витрати. Наприклад, додаток для електронної комерції зможе впоратися з піковими навантаженнями під час святкового сезону без будь-якого втручання з боку команди розробників.
Підвищена гнучкість і швидкість
Розробники можуть легко додавати або оновлювати окремі функції без впливу на інші компоненти, що дозволяє прискорити цикли ітерацій. Такий модульний підхід також дає змогу командам будувати, тестувати та розгортати нові функції незалежно, що підвищує продуктивність. Безсерверні платформи часто пропонують готові шаблони та інтеграції з репозиторіями коду, що допомагає оптимізувати процес для компанії, що займаються розробкою кастомних додатків. Існуючий код можна ефективно використовувати в кількох додатках, зменшуючи обсяг повторюваної роботи.
Зменшення латентності завдяки близькості
Глобальні хмарні постачальники мають розподілені дата-центри по всьому світу, що мінімізує латентність для користувачів. Коли користувач активує функцію, платформа вибирає найближчий доступний сервер для обробки запиту. Це призводить до швидших часів відгуку, оскільки дані не потрібно передавати на великі відстані. Таке зниження латентності може бути критично важливим для додатків, які залежать від реального часу, таких як онлайн-ігри чи сервіси для прямого ефіру.
Доступ до передової інфраструктури без великих капітальних витрат
Застосування безсерверної архітектури дозволяє організаціям використовувати потужну інфраструктуру провідних технологічних компаній без великих початкових інвестицій. Створення подібних серверних ресурсів всередині компанії може бути занадто дорогим, особливо для малих підприємств. З безсерверною архітектурою компанії отримують доступ до високопродуктивних обчислень, зберігання та мережевих рішень, що підтримуються безпекою класу підприємства та масштабованістю, зазвичай доступними лише для великих корпорацій.
Що таке мікросервіси?
Мікросервіси (Microservices), або архітектура мікросервісів, це хмарний підхід, який структуризує додатки як набір слабко зв'язаних, незалежних модулів. Кожен мікросервіс працює автономно, обробляючи власний стек технологій, базу даних та систему управління. Це розділення дозволяє легко масштабувати та керувати окремими частинами без впливу на всю систему.
Комунікація між мікросервісами зазвичай здійснюється через REST API, стрімінг подій або брокери повідомлень, що забезпечує ефективний обмін даними між додатками. Така модульна структура дозволяє організаціям категоризувати мікросервіси за бізнес-функціями, такими як обробка замовлень або функції пошуку, кожен з яких обмежений в межах «обмеженого контексту» для запобігання взаємодії між сервісами.
Мікросервіси добре співіснують з хмарною інфраструктурою, оскільки обидва підходи дозволяють швидко розробляти та масштабувати додатки.
З ростом популярності хмарних технологій, інвестиції в мікросервіси прогнозуються на рівні понад $6 мільярдів за чотири роки.
З бізнесової точки зору, мікросервіси пропонують низку суттєвих переваг:
- Безперервні оновлення: Команди можуть оновлювати окремі сервіси без впливу на весь додаток, знижуючи ризики та час простою.
- Гнучкий вибір технологій: Мікросервіси дозволяють використовувати різноманітні стеки технологій та мови програмування, даючи командам змогу обирати найкращі інструменти для кожного компонента.
- Незалежне масштабування: Кожен сервіс масштабується незалежно в залежності від попиту, забезпечуючи оптимальне використання ресурсів та ефективність роботи додатка.
Як працює архітектура мікросервісів?
Архітектура мікросервісів працює шляхом поділу додатків на незалежні, самодостатні компоненти, кожен з яких призначений для виконання певної функції.
Ось більш детальний погляд на процес:
Основна концепція мікросервісів
У мікросервісах кожен сервіс функціонує як автономна одиниця, яка виконує призначену роль в межах додатка. Ці компоненти працюють незалежно та залишаються ізольованими один від одного, що забезпечує стійкість та модульність. Така архітектура дозволяє сервісам працювати без взаємного впливу, навіть якщо інші компоненти мають проблеми.
Контейнеризоване виконання
Зазвичай мікросервіси розгортаються в контейнерах, таких як ті, що створюються за допомогою Docker. Контейнери — це упаковані середовища, що містять увесь необхідний код, бібліотеки та залежності, які потрібні кожному мікросервісу. Це забезпечує узгодженість у різних середовищах, спрощує масштабування та технічне обслуговування. Docker широко використовується для контейнеризованих мікросервісів завдяки своїй гнучкості та простоті використання, дозволяючи командам створювати ефективні, портативні додатки.
Етапи розробки мікросервісів
- Декомпозиція: На цьому етапі основні функціональні можливості додатка розбиваються на менші, керовані сервіси. Кожен мікросервіс відповідає за конкретну функцію, яка може варіюватися від обробки платежів до керування автентифікацією користувачів. Така децентралізована модель дозволяє командам працювати з кожною функцією окремо, створюючи чітке розподілення праці та кращу розподіленість ресурсів.
- Проектування: Після визначення мети кожного мікросервісу, визначаються взаємозв'язки та залежності між ними. На цьому етапі створюється ієрархія, що вказує, які сервіси залежать від інших для оптимального функціонування. Ефективне проектування мінімізує можливі «вузькі місця», встановлюючи чіткі комунікаційні протоколи та залежності між сервісами.
- Розробка: Коли архітектура визначена, команди розробників (зазвичай невеликі групи по 2–5 осіб) починають будувати кожен сервіс. Працюючи в менших командах, зосереджених на конкретному сервісі, цикли розробки стають швидшими та ефективнішими. Кожна команда може використовувати специфічні технології, фреймворки або мови програмування, найбільш підходящі для їхнього сервісу.
- Розгортання: Варіанти розгортання мікросервісів різноманітні. Сервіси можна розгорнути в ізольованих контейнерах, віртуальних машинах (VM) або навіть як функції у безсерверному середовищі, в залежності від потреб інфраструктури додатка.
Розгортання контейнерів забезпечує масштабованість і гнучкість, оскільки кожен сервіс можна оновлювати або масштабувати незалежно, не порушуючи роботу інших компонентів.
Переваги архітектури мікросервісів
Архітектура мікросервісів вирішує обмеження монолітних систем, пропонуючи гнучкість і можливість покращення функцій окремо. Ця архітектура за своєю суттю масштабована і дозволяє спрощене управління.
Ось основні переваги:
Компонентна структура
Мікросервіси розбивають додатки на незалежні, менші сервіси. Кожен компонент ізольований, що дозволяє розробникам змінювати або оновлювати конкретні сервіси без впливу на всю систему. Компоненти можна розробляти, тестувати і розгортати окремо, що покращує контроль над кожним сервісом.
Децентралізоване управління даними
Кожен мікросервіс працює зі своєю базою даних, що забезпечує безпеку та гнучкість. Якщо один сервіс стикається з вразливістю, проблема обмежується цим сервісом, захищаючи інші дані в системі. Команди можуть застосовувати індивідуальні заходи безпеки до конкретних сервісів, надаючи пріоритет високим вимогам до безпеки для критичних компонентів обробки даних.
Зниження ризиків
Мікросервіси обмежують ризики, дозволяючи замінювати сервіси, що зазнали збоїв. Якщо один сервіс не працює, архітектура дозволяє перерозподілити функції до інших працюючих сервісів, забезпечуючи безперервну роботу. На відміну від монолітних систем, де один збій може порушити роботу всього додатка, мікросервіси зберігають стабільність і знижують час простою.
Масштабованість
Мікросервіси видатні своєю масштабованістю, що робить їх ідеальним вибором для додатків, що розвиваються. Компанії, як Netflix, застосували мікросервіси для реструктуризації своєї платформи, використовуючи Node.js для бекенд-операцій, що зрештою заощадило мільярди завдяки підвищеній ефективності та модульній масштабованості. Кожен сервіс може масштабуватись незалежно, дозволяючи додаткам обробляти змінний попит без необхідності повного оновлення системи.
Сумісність з Agile і DevOps
Мікросервіси узгоджуються з методологією Agile і DevOps, даючи змогу невеликим командам управляти цілими завданнями, включаючи окремі сервіси. Ця сумісність сприяє швидким циклам розробки, безперервній інтеграції та ефективній командній взаємодії, що підвищує адаптивність та продуктивність.
Різниця між безсерверною і мікросервісною архітектурою
Мікросервіси і безсерверна архітектура, хоч і обидві спрямовані на підвищення модульності та масштабованості, мають суттєві відмінності. Ось порівняння, яке допоможе розібратись у тому, як працюють кожна з архітектур та які переваги вони дають.
Деталізація
Мікросервіси розбивають великі додатки на менші, самостійні сервіси, кожен з яких відповідає за конкретну бізнес-функцію. Ці сервіси можна розробляти, розгортати і масштабувати незалежно. Це дає точний контроль над конкретними функціями.
Безсерверна архітектура працює на більш високому рівні деталізації, розбиваючи додатки на функції. Кожна функція виконує одну конкретну задачу і активується на основі певних подій. Такий підхід розширює модульність, дозволяючи ще більше зосереджуватись на окремих операціях.
Масштабованість
Безсерверна архітектура автоматично масштабує функції відповідно до попиту, активуючи додаткові ресурси лише за необхідності. Хмарні постачальники обслуговують всю інфраструктуру, даючи можливість розробникам зосередитись на коді, а не на конфігураціях.
Мікросервіси дозволяють масштабувати кожен сервіс незалежно, але масштабування може вимагати ручної настройки або автоматизованих систем. Ця незалежність забезпечує гнучкість, але часто вимагає більшої налаштування і моніторингу.
Розробка і розгортання
Безсерверна архітектура дозволяє спростити розробку і розгортання, зменшуючи операційні складнощі.
Хмарні провайдери абстрагують управління інфраструктурою, підтримуючи швидші цикли безперервної інтеграції та доставки. Функції можна розгортати індивідуально, що сприяє швидкому впровадженню та гнучкій розробці (Agile development).
Розробка мікросервісів включає використання контейнерів, таких як Docker, для упаковки сервісів. Такий підхід вимагає координації для комунікації між сервісами, стійкості до збоїв і узгодженості даних. Хоча це надає незалежність, це також призводить до операційних витрат і потребує комплексного управління DevOps.
Час виконання
Безсерверні функції працюють в безстанному середовищі. Кожна функція виконується, завершується і миттєво втрачає свій стан, що робить її ідеальною для завдань, які не потребують постійного зберігання даних.
Мікросервіси розгортаються на віртуальних машинах (VM) або контейнерах, що дозволяє зберігати стан протягом часу. Така сталість підходить для додатків, які потребують безперервного зберігання і витягування даних між сесіями.
Вартість
Безсерверна архітектура працює за моделлю оплати за використання, де витрати прямо залежать від обсягу оброблених подій. Ця гнучкість знижує загальні витрати, особливо для додатків з коливним або низькочастотним використанням.
Мікросервіси вимагають спеціалізованої інфраструктури, що призводить до фіксованих витрат на ресурси навіть тоді, коли вони не обробляють запити. Ця модель може бути менш економічною для додатків з непостійним трафіком, але вигідною для високонавантажених сервісів.
Управління інфраструктурою
У безсерверній архітектурі консалтинг в хмарних технологіях управляє всією інфраструктурою. Full-stack розробники не займаються налаштуванням, обслуговуванням чи масштабуванням, що дозволяє їм зосередитись лише на написанні коду і розгортанні.
Мікросервіси вимагають від розробників контролю над усім технічним стеком, включаючи інфраструктуру, розгортання і мережеве налаштування. Цей підхід надає контроль, але вимагає експертизи в практиках DevOps, таких як CI/CD і управління інфраструктурою.
Висновок
Вибір між безсерверною та мікросервісною архітектурою залежить від унікальних вимог вашого бізнесу. Безсерверна архітектура надає спрощене, економічне рішення для динамічних, подієвих завдань, дозволяючи розробникам зосередитись лише на коді.
Мікросервіси, в свою чергу, пропонують більшу гнучкість і контроль, що робить їх підходящими для складних додатків, які потребують незалежної масштабованості та стійкості. Обидві архітектури мають свої переваги, і розуміння їх відмінностей допомагає зробити обґрунтований вибір, що відповідає вашим цілям щодо масштабованості, вартості та операційних потреб.
Готові оптимізувати своє розробку програмного забезпечення? Зв'яжіться з нами, щоб обговорити, яке рішення найкраще підходить для ваших потреб.
Часто задавані питання
У чому основна різниця між безсерверною та мікросервісною архітектурою?
Основна різниця полягає в тому, як архітектури обробляють компоненти додатків і інфраструктуру. Безсерверна архітектура є подієво-орієнтованою і повністю керується хмарним провайдером. Вона фокусується на виконанні окремих функцій у відповідь на певні тригери (наприклад, HTTP запити або зміни в базі даних) і автоматично масштабується в залежності від попиту. Безсерверна архітектура також працює за моделлю оплати за використання, тобто ви платите лише за фактичний час обчислень. Мікросервіси, з іншого боку, структуровані як набір слабко пов'язаних, автономних сервісів. Кожен мікросервіс відповідає за конкретну бізнес-функцію, працює незалежно і має власне сховище даних.
Це розділення дозволяє окремим сервісам розроблятися, розгортатися і масштабуватися незалежно, що забезпечує гнучкість, але вимагає більш ретельного управління інфраструктурою.
Коли слід вибрати безсерверну архітектуру замість мікросервісів?
Безсерверна архітектура є чудовим вибором для додатків з непередбачуваними навантаженнями або подієвими процесами, які не потребують збереження постійного стану. Наприклад, якщо у вас є додаток з змінним трафіком — наприклад, інтернет-магазин, який зазнає сезонних пікових навантажень — безсерверна архітектура може автоматично масштабувати ресурси для задоволення попиту без необхідності ручного втручання. Крім того, якщо ви хочете уникнути складнощів управління серверами та інфраструктурою, безсерверна архітектура надає спрощене рішення, де ви зосереджуєтесь лише на написанні коду, а хмарний провайдер обробляє решту. Вона ідеально підходить для простих додатків, прототипів або завдань з короткочасними процесами, таких як обробка даних, завантаження файлів або webhook-и.
Як мікросервіси покращують масштабованість і гнучкість?
Архітектура мікросервісів дозволяє кожному сервісу функціонувати незалежно, що означає, що кожен сервіс можна масштабувати відповідно до попиту. Наприклад, мікросервіс, що відповідає за автентифікацію користувачів, може потребувати більше ресурсів під час пікових навантажень на вхід, в той час як інші сервіси залишатимуться незмінними. Така незалежна масштабованість забезпечує оптимальне використання ресурсів без перевантаження всього додатка. Крім того, мікросервіси підтримують використання різноманітних технологій; кожен сервіс може використовувати різні мови програмування або бази даних, налаштовані під його конкретну функцію. Ця гнучкість дозволяє командам розробників швидко впроваджувати інновації, оновлювати або додавати нові функції до окремих сервісів без впливу на інші, а також покращувати адаптивність додатка з часом.
Чи надає безсерверна архітектура кращу економію витрат порівняно з мікросервісами?
Безсерверна архітектура часто забезпечує економію витрат завдяки моделі оплати за використання, де ви платите лише за фактичний час обчислень для кожної функції. Це особливо корисно для додатків з змінними вимогами, оскільки ви не платите за час простою серверів. Хмарний провайдер автоматично розподіляє та звільняє ресурси, що робить безсерверну архітектуру економічно вигідною для додатків з непостійним трафіком. Мікросервіси, з іншого боку, потребують спеціалізованої інфраструктури, що може призвести до вищих витрат, якщо ресурси використовуються не повністю під час періодів низького попиту. Хоча мікросервіси можуть мати вищі фіксовані витрати, вони можуть бути економічнішими для високотрафікних додатків, які потребують стійкої, масштабованої інфраструктури, де гнучкість і контроль мікросервісів переважатимуть переваги моделі оплати за використання.
Які відмінності в управлінні інфраструктурою між безсерверною та мікросервісною архітектурою?
У безсерверній архітектурі хмарний провайдер управляє інфраструктурою, займається налаштуванням серверів, масштабуванням та обслуговуванням. Розробникам не потрібно турбуватися про конфігурацію чи моніторинг серверів, що дозволяє зосередитись лише на коді додатка. Цей підхід "без участі" спрощує операції, але обмежує контроль над інфраструктурою, що може бути не ідеальним для складних, високо налаштованих додатків. У свою чергу, мікросервіси вимагають від розробників керувати всім технічним стеком, включаючи інфраструктуру, розгортання, мережеву конфігурацію і масштабування. Такий підхід надає більше контролю та дозволяє налаштовувати інфраструктуру відповідно до специфічних потреб бізнесу. Однак він вимагає глибоких знань практик DevOps, таких як безперервна інтеграція/безперервне розгортання (CI/CD) та моніторинг, що робить це рішення більш складним, але дуже налаштовуваним.
Оригінально опубліковано на https://www.techaheadcorp.com.
Перекладено з: Serverless Vs. Microservices: Which Architecture is Best for Your Business? | TechAhead