آموزش شروع به کار با معماری میکروسرویس ها

آموزش شروع به کار با معماری میکروسرویس ها یکی دیگر از آموزش های گروه آموزشی پرووید می باشد که در این قسمت آن را به شما معرفی می کنیم. این بسته ی آموزشی نیز یکی از دوره های آموزشی دیگر که در حوزه ی فارسی سازی آموزش های انگلیسی تنظیم شده است می باشد. عنوان این بسته ی آموزشی شروع به کار با معماری مایکروسرویس ها است که با نام اصلی Microservices - Getting Started از شرکت Pluralsight منتشر شده است.

معماری میکروسرویس ها (Microservices Architecture) چیست؟

معماری مایکروسرویس ها که به آن Microservices Architecture یک سبک معماری است که در آن یک سیستم نرم افزاری از مجموعه ای از سرویس های کوچک و مستقل ایجاد می‌شود. هر سرویس اصطلاحاً Self-Contained و یا خودشمون می باشد و می بایست یک قابلیت تجاری تک را پیاده سازی کنند. به عبارت دیگر اصل Single Responsibility که در آموزش اصول سالید SOLID در برنامه نویسی شی گرا به آن پرداخته ایم یکی از ویژگی‌های مهم معماری مایکروسرویس ها می باشد. برخی از ویژگی های مهم مایکروسرویس ها در این سبک از معماری را در قسمت زیر با یکدیگر بررسی خواهیم کرد.

1. مایکروسرویس ها باید کوچک، مستقل و کاملا Loosely-coupled باشند.
2. یک تیم توسعه نرم‌افزار کوچک می تواند یک سرویس را نوشته و نگهداری کند.
3. هر مایکروسرویس  باید Code Base منحصر به فرد خود را داشته باشد که توسط یک تیم توسعه نرم افزار کوچک مدیریت می شود.
4. سرویس ها باید بتوانند مستقل از یکدیگر قابل Deploy کردن باشند.
5. یک تیم توسعه نرم‌افزار باید بتواند یک سرویس از قبل موجود را بدون نیاز به Rebuild کردن و یا Redeploy کردن تمامی اپلیکیشن بروزرسانی کند.
6. سرویس‌ها مسئول ذخیره‌سازی داده‌ها و External State خاص خود هستند. این موضوع نسبت به مدل‌های سنتی که در آنها یک Data Layer جداگانه مسئولیت Persistence سازی داده ها را به عهده دارند متفاوت است.
7. سرویس ها می توانند با یکدیگر با استفاده از API های خود ارتباط برقرار کنند.
8. جزئیات پیاده سازی درونی و یا Internal Implementation Detail هر کدام از سرویس ها از دیگر سرویس‌های مخفی خواهد بود.
9. در هر کدام از سرویس ها می توان از Technology Stack متفاوت و Library ها و کتابخانه های منحصر به فرد استفاده کرد.

در ادامه برخی از مزیت های مربوط به معماری مایکروسرویس ها را بررسی خواهیم کرد. مزیت معماری معماری میکروسرویس ها

1. چابکی و یا Agility: از آنجایی که مایکروسرویس  ها به صورت مستقل از یکدیگر Deploy میشوند مدیریت کردن آنها و انجام Bug Fixing ها و Feature Release ها ساده تر خواهد بود.
2. امکان Redeploy کردن یک مایکروسرویس و به روزرسانی کردن آن بدون نیاز به Redeploy کردن کل یک اپلیکیشن وجود دارد.
3. در صورت نیاز می توان یک بروزرسانی را به سادگی Rollback کرد. در بسیاری از نرم افزارهای سنتی در زمان به وجود آمدن یک Bug در بخشی از برنامه می بایست که کل Release Process متوقف گردد و البته در چنین شرایطی Feature جدید نیازمند منتظر ماندن برای اشکال زدایی، یکپارچه‌سازی، تست کردن و سپس Publish نمودن نرم افزار خواهند بود.
4. تیم های توسعه نرم افزار کوچک و متمرکز: در معماری مایکروسرویس ها هر سرویس بسیار کوچک است و می‌تواند توسط یک تیم توسعه نرم افزار ساخته، تست کردن و Deploy بگردد. هر تیم می تواند با استفاده از Agility و یا چابکی بالایی، روند پیشرفت یک مایکروسرویس را رقم بزند. در تیم های توسعه نرم‌افزار پرجمعیت اغلب سطح تولید نرم افزار کاهش پیدا می‌کند، ارتباطات کند اتفاق می‌افتند و سربار مدیریتی نیز بسیار زیاد است. این موضوع در معماری میکروسرویس ها وجود ندارد.
5. اندازه کوچکتر Code Base: در اپلیکیشن‌های Monolithic امکان به وجود آمدن Dependency های مختلف و تودرتو وجود دارند. در چنین برنامه ها اضافه کردن یک Feature جدید نیازمند ایجاد تغییرات در قسمت‌های زیادی از خود می باشند. این موضوع در معماری مایکروسرویس ها به حداقل می رسد.
6. مایکروسرویس ها کد و  یا مخزن ذخیره داده های خود را با دیگر مایکروسرویس ها را به اشتراک نمی‌گذارند و به همین ترتیب Dependency ها در این نوع از معماری ها به حداقل می‌رسد و بنابراین اضافه کردن Feature های جدید به سادگی انجام پذیر است.
7. ترکیب تکنولوژی‌های مختلف: تیم های توسعه نرم افزار در معماری مایکروسرویس ها می تواند بر اساس نیازمندیهای هر کدام از سرویس ها از تکنولوژی‌های مختلف و متعدد استفاده کنند. به عبارت دیگر هر مایکروسرویس بر اساس نیاز متدی هایی که تعریف می‌کند می‌تواند از زبان های برنامه نویسی، فریم ورک ها، کتابخانه ها و بانک های اطلاعاتی متعدد و متنوعی استفاده نمایند.
8. ایزوله کردن و یا تفکیک کردن خطاها (Fault Isolation): با استفاده از معماری میکروسرویس ها زمانی که یک مایکروسرویس دچار مشکل می‌شود به دلیل عدم وجود Dependency و یا وابستگی بین آنها کل یک اپلیکیشن دچار اختلال نخواهد گردید. مایکروسرویس های دیگر می‌توانند با Handle کردن صحیح خطاهای رخ داده و پیاده سازی مکانیزم هایی از قبیل Circuit Breaking کار خود را ادامه بدهند.
9. مقیاس پذیری و یا Scalability: در معماری مایکروسرویس  ها امکان مقیاس پذیری و پیاده‌سازی کردن آن به طور مستقل در مایکروسرویس های مختلف به سادگی امکان پذیر است، از آنجایی که مایکروسرویس ها به یکدیگر حداقل وابستگی را دارند به سادگی می توان هر کدام از آنها را در صورت نیاز مقیاس کرد. علاوه بر این با استفاده از ابزراهای Orchestration هایی از قبیل Kubernetes و Service Fabric شما می توانید یک تراکم بالاتر از سرویس ها را به درون یک Host و یا یک میزبان تک قرار بدهید، که این موضوع باعث می‌شود سطح Utilization و یا استفاده کردن از منابع افزایش پیدا کند.
10. ایزوله کردن و یا تفکیک کردن داده ها (Data Isolation): از آنجایی که هر مایکروسرویس بانک اطلاعاتی و فضای ذخیره سازی و خاص خود را دارد، تغییر دادن Schema مربوط به هرکدام بسیار ساده تر انجام می شود این موضوع در اپلیکیشن‌های Monolithic به این سادگی نیست. در واقع در این نوع از اپلیکیشن‌ها بروزرسانی کردن Schema بانک اطلاعاتی بسیار چالش برانگیز می شود. دلیل این موضوع نیز در این قضیه نهفته است که قسمت‌های مختلف برنامه بر روی Schema بانک اطلاعاتی وابستگی دارند و تغییر در آن Schema باعث ایجاد تغییر در قسمتهای برنامه خواهد شد.

علاوه بر این بسته آموزشی که در این قسمت از وبسایت پرووید به شما تقدیم می گردد توصیه می کنیم از آموزش ساخت عملی و الگوهای مهم در معماری میکروسرویس و آموزش مباحث اساسی معماری میکروسرویس ها دیدن کنید.

مزایای استفاده از معماری Microservices در توسعه نرم‌افزار

معماری Microservices به توسعه‌دهندگان امکان می‌دهد یک سیستم بزرگ را به سرویس‌هایی با مسئولیت‌های مشخص تقسیم کنند. این ساختار می‌تواند توسعه بخش‌های مختلف برنامه را مستقل‌تر کند و به تیم‌ها اجازه دهد تغییرات مربوط به یک قابلیت را بدون نیاز به بازطراحی کل سیستم انجام دهند. البته میزان استقلال و سهولت نگهداری به طراحی درست سرویس‌ها و نحوه ارتباط آن‌ها بستگی دارد و صرف استفاده از میکروسرویس‌ها به‌تنهایی تضمین‌کننده این مزایا نیست.

یکی دیگر از جنبه‌های مهم این معماری، امکان انتخاب شیوه توسعه و استقرار متناسب با نیاز هر سرویس است. برای مثال، اگر یک قابلیت از نظر بار کاری با سایر بخش‌ها تفاوت داشته باشد، ممکن است بتوان آن را جداگانه مقیاس‌پذیر کرد. درک این مزایا به شما کمک می‌کند بدانید Microservices در چه شرایطی می‌تواند انتخاب مناسبی باشد و چه زمانی بهتر است از معماری ساده‌تری استفاده کنید.

چالش‌های پیاده‌سازی سیستم‌های میکروسرویسی

تقسیم یک برنامه به سرویس‌های مستقل، پیچیدگی‌هایی ایجاد می‌کند که در برنامه‌های یکپارچه ممکن است کمتر دیده شوند. ارتباطات شبکه‌ای، احتمال از دسترس خارج شدن یک سرویس و مدیریت خطاهای ناشی از وابستگی میان اجزا، از جمله موضوعاتی هستند که هنگام پیاده‌سازی Microservices باید در نظر گرفته شوند. علاوه بر این، توسعه‌دهندگان باید برای عیب‌یابی سیستمی که چند سرویس جداگانه دارد، روش‌های مناسبی برای مشاهده و بررسی رفتار اجزا در اختیار داشته باشند.

مدیریت داده‌ها و هماهنگ نگه داشتن رفتار سرویس‌ها نیز می‌تواند تصمیم‌گیری‌های معماری را دشوار کند. تغییر در یک سرویس ممکن است بر سرویس‌های وابسته تأثیر بگذارد و بررسی این وابستگی‌ها به طراحی دقیق نیاز دارد. آشنایی با این چالش‌ها به شما کمک می‌کند مزایا و هزینه‌های معماری میکروسرویس‌ها را واقع‌بینانه‌تر ارزیابی کنید و پیش از انتخاب این رویکرد، نیازهای فنی و عملیاتی پروژه را در نظر بگیرید.

مدیریت و نگهداری سرویس‌های مستقل

وقتی یک برنامه از چندین میکروسرویس تشکیل می‌شود، مدیریت آن تنها به اجرای جداگانه سرویس‌ها محدود نیست. باید وضعیت سرویس‌ها، وابستگی‌های میان آن‌ها و تغییراتی را که در طول توسعه ایجاد می‌شوند، به‌صورت هماهنگ بررسی کرد. طراحی ساختار مناسب برای مدیریت سرویس‌ها می‌تواند به تیم توسعه کمک کند مشکلات را سریع‌تر تشخیص دهد و اثر تغییرات را بر بخش‌های مختلف سیستم بهتر ارزیابی کند.

در چنین محیطی، داشتن دیدی روشن از رفتار سیستم اهمیت زیادی دارد. اگر یک درخواست در چند سرویس پردازش شود، پیدا کردن علت یک خطا ممکن است به بررسی تعامل میان چند جزء نیاز داشته باشد. به همین دلیل، توجه به شیوه مدیریت و مشاهده‌پذیری سرویس‌ها از مراحل طراحی اهمیت دارد. این مفاهیم به توسعه‌دهندگان کمک می‌کنند برنامه‌ای بسازند که با افزایش تعداد سرویس‌ها نیز قابل‌فهم و قابل‌نگهداری باقی بماند.

چگونه آمادگی یک پروژه برای Microservices را ارزیابی کنیم؟

معماری میکروسرویس‌ها برای همه پروژه‌ها بهترین انتخاب نیست. پیش از استفاده از این روش، لازم است پیچیدگی سیستم، نیازهای کسب‌وکار، توانایی تیم توسعه و هزینه‌های نگهداری بررسی شوند. اگر یک برنامه کوچک باشد و تغییرات آن به‌سادگی در یک ساختار یکپارچه مدیریت شود، تقسیم آن به چند سرویس ممکن است سربار غیرضروری ایجاد کند. ارزیابی درست شرایط پروژه کمک می‌کند انتخاب معماری بر اساس نیازهای واقعی انجام شود.

برای سنجش آمادگی یک پروژه، باید مشخص شود آیا قابلیت‌های سیستم مرزهای نسبتاً مستقلی دارند و آیا تیم می‌تواند استقرار و نگهداری چند سرویس را مدیریت کند. همچنین، زیرساخت عملیاتی و نیازهای ارتباطی برنامه باید در تصمیم‌گیری لحاظ شوند. بررسی این عوامل به توسعه‌دهندگان و معماران نرم‌افزار کمک می‌کند پیش از شروع پیاده‌سازی، تصویر دقیق‌تری از مزایا، محدودیت‌ها و مسئولیت‌های استفاده از Microservices داشته باشند.