اتفاقات روزمره ، اخبار مهم و دیگر مطالب میهن وب هاست را می توانید در این قسمت مطالعه کنید

در دنیای توسعه نرم‌افزار، برنامه‌نویسان برای ساخت سیستم‌ها و نرم‌افزارهای باکیفیت از رویکردها، تکنولوژی‌های مختلف، الگوهای معماری و بهترین شیوه‌ها استفاده می‌کنند. میکروسرویس یکی از الگوهای معماری محبوب است که در بسیاری از صنایع کاربرد دارد.

در بستر معماری میکروسرویس، یک برنامه کاربردی به سرویس‌های کوچکتر تفکیک می‌ شود. هر یک از این سرویس‌ها برای هدف خاص یا برآورده‌سازی نیازی مشخصی در کسب‌وکار می باشند؛ از جمله آنها می توان به مدیریت پرداخت مشتریان، ارسال ایمیل، نوتیفیکیشن و... اشاره کرد. در این مقاله، به بررسی معماری میکروسرویس، مزایا و همچنین بهترین شیوه های پیاده‌سازی آن پرداخته خواهد شد.

تصویر(1)

معماری میکروسرویس چیست؟

معماری میکروسرویس (Microservices Architecture) سبکی برای توسعه نرم افزار است که در آن، یک اپلیکیشن به بخش‌های مجزا، مستقل و با وابستگی کم (Loosely Coupled) تقسیم می‌شود. هر یک از این میکروسرویس‌ها توسط تیم کوچکی از توسعه‌دهندگان، به صورت مجزا توسعه، مستقر و نگهداری می‌گردند. میکروسرویس‌ها دارای کدبیس (Codebase) جداگانه‌ای هستند که تیم اختصاصی آن را مدیریت می‌نماید.

میکروسرویس‌ها مستقل از یکدیگر هستند. اگر یک سرویس نیاز به بروزرسانی داشته باشد، تیم مربوطه می‌تواند بدون نیاز به بازسازی و استقرار مجدد کل اپلیکیشن، این عمل را انجام دهد. برای برقراری ارتباط بین این سرویس‌ها از واسط‌های برنامه‌نویسی نرم افزار (API) استفاده می‌شود. در این معماری، جزئیات پیاده‌سازی داخلی هر سرویس نسبت به سرویس‌های دیگر پنهان است.

مزایای معماری میکروسرویس

تصویر(2)

معماری میکروسرویس مزایای متعددی را برای توسعه و نگهداری نرم‌افزار به همراه دارد. مهمترین آنها عبارتند از:

1. توسعه و استقرار مستقل: هر یک از سرویس‌های موجود در معماری میکروسرویس به صورت مستقل توسعه و مستقر می‌گردند. همانطور که پیش‌تر اشاره شد، تیمی کوچک مسئولیت ساخت، تست و استقرار این سرویس‌ها را بر عهده دارد. این امر موجب تسریع فرآیند توسعه نرم‌افزار می‌شود. همچنین، رفع باگ‌ها و انتشار قابلیت‌های جدید به آسانی انجام می‌پذیرد. امکان بروزرسانی و بازگشت به نسخه‌های پیشین سرویس در صورت بروز خطا نیز فراهم است.

این استقلال یکی از برترین ویژگی‌های معماری میکروسرویس است که در بسیاری از نرم‌افزارهای سنتی وجود ندارد. در نرم‌افزارهای با معماری سنتی، اگر مشکلی در بخشی از سیستم ایجاد شود، برای رفع آن باید کل جریان انتشار نرم‌افزار متوقف گردد. 

2. تیم‌های کوچک و متمرکز: برای توسعه هریک از سرویس‌های مستقل، تیمی کوچک در نظر گرفته می‌شود. در چنین ساختاری، درک کد برای توسعه‌دهندگان آسان‌تر است و اعضای جدید تیم نیز به سهولت می‌توانند با سایر اعضا هماهنگ شوند. برخلاف سیستم‌های Monolithic، نیازی به صرف زمان طولانی برای درک نحوه عملکرد سیستم وجود ندارد. در تیم‌های بزرگ، برقراری ارتباط مناسب بین توسعه دهندگان دشوارتر است و این موضوع منجر به کاهش انعطاف‌پذیری و چابکی تیم می‌گردد.

3. کدبیس کوچک: در نرم‌افزارهای مونولیتیک، به مرور زمان بخش های مختلف کد به هم وابسته می‌شوند. در صورتی که توسعه‌دهنده‌ای بخواهد قابلیت‌های جدیدی اضافه کند، نیاز است در بخش های مختلف کد تغییرات لازم را اعمال نماید. در معماری میکروسرویس، این مسئله وجود ندارد و یک کدبیس یا بانک اطلاعاتی به اشتراک گذاشته نمی‌شود. هر سرویس مستقل است، وابستگی‌ها به حداقل می رسد و افزودن قابلیت‌های جدید نیز آسان‌تر می باشد. در این حالت بدیهی است که درک کد و توسعه آن نیز ساده تر می شود.

4. ترکیب فناوری‌های مختلف: در معماری میکروسرویس، شما این آزادی عمل را دارید که برای هر سرویس، فناوری مناسب را انتخاب نمایید. همچنین می‌توانید از چندین فناوری مختلف برای هر سرویس استفاده نموده و آنها را با هم ترکیب کنید.

5. جداسازی خطا: در معماری میکروسرویس، مدیریت نقاط بحرانی خطا (critical points of failure) به آسانی انجام می‌ شود. با توقف یک سرویس، عملکرد کل اپلیکیشن مختل نخواهد شد. البته مشروط بر اینکه سایر سرویس‌های وابسته به گونه‌ای طراحی شده باشند که بتوانند با این خطا کنار بیایند.

6. قابلیت ارتقاء (Scalability): در معماری میکروسرویس، با تقسیم‌بندی اپلیکیشن به سرویس‌های کوچک‌تر، امکان ارتقاء مستقل هر سرویس فراهم می‌شود. بنابراین نیازی به ارتقاء کل اپلیکیشن نیست. همچنین می توان از ابزارهایی مانند Kubernetes یا Service Fabric استفاده کرد تا تعداد بیشتری از سرویس‌ها را روی یک میزبان (Host) قرار داد. این امر موجب بهره‌برداری بهینه‌تر از منابع خواهد شد.

7. ایزوله سازی داده‌ها: بروزرسانی ساختار پایگاه داده (Schema Update) در این معماری ساده‌تر است زیرا تنها یک میکروسرویس خاص تحت تأثیر قرار می‌گیرد. در نرم‌افزارهای مونولیتیک، بروزرسانی ساختار پایگاه داده با چالش‌هایی روبرو است و در آنها بخش‌های مختلف اپلیکیشن به داده‌های مشترک وابسته هستند. در چنین شرایطی، بروزرسانی داده‌ها می‌تواند ریسک‌هایی را به همراه داشته باشد.

معایب و چالش‌های معماری میکروسرویس

تصویر(3)

این سبک توسعه نرم‌افزار در کنار مزایای متعدد، معایب و چالش‌هایی را نیز به همراه دارد. مهمترین این چالش‌ها عبارتند از:

1. پیچیدگی: اگرچه سرویس‌های مجزا در معماری میکروسرویس از سادگی برخوردارند اما کل سیستم پیچیده‌تر می‌شود. مدیریت تمامی سرویس‌ها، پایگاه‌ داده ها و استقرار مستقل هر سرویس نیازمند توجه ویژه‌ای است.

2. تست نرم‌افزار: در معماری میکروسرویس، تست کردن کمی متفاوت است زیرا هر سرویس به سرویس‌های دیگر وابسته می باشد. این امر با تست نرم‌افزار در سیستم‌های مونولیتیک یا لایه‌بندی شده سنتی متفاوت است. در صورت وجود وابستگی بین سرویس‌ها، انجام تست‌ها نیز پیچیده‌تر خواهد شد. در این حالت، جهت تست یک سرویس خاص نیاز است از تکنیک Mock برای شبیه‌سازی سرویس‌های وابسته استفاده نمایید.

3. یکپارچگی داده‌ها: میکروسرویس از معماری پایگاه داده توزیع‌شده (distributed database architecture) پشتیبانی می‌کند. در این ساختار، هر سرویس مسئول مدیریت پایداری داده‌های خود می باشد. یکپارچگی یا انسجام داده‌ها (Data Consistency) در چنین شرایطی می‌تواند به چالش تبدیل شود. برای برخی تراکنش‌های تجاری، ممکن است نیاز به بروزرسانی چندین پایگاه داده در سرویس‌های مختلف باشد. برقراری انسجام نهایی داده‌ها (Eventual Consistency) نیز با پیچیدگی‌هایی همراه است.

4. تاخیر شبکه‌ای: در معماری میکروسرویس، تعداد زیادی سرویس کوچک وجود دارد که باید با هم ارتباط برقرار کنند. در صورتی که زنجیره‌ای طولانی از وابستگی‌ها بین سرویس‌ها وجود داشته باشد، ممکن است تاخیر شبکه‌ای ایجاد گردد که مشکل بزرگی می باشد. برای جلوگیری از این مشکل، طراحی دقیق واسط‌های برنامه‌نویسی نرم افزار (API) بسیار مهم است.

5. کنترل نسخه: بروزرسانی یک سرویس نباید موجب اختلال در عملکرد سرویس‌های وابسته به آن گردد. در صورت نیاز به بروزرسانی همزمان چندین سرویس، اگر طراحی دقیق نباشد ممکن است شما را با چالش‌هایی در زمینه سازگاری با نسخه‌های قبلی یا بعدی (Backward/Forward Compatibility) مواجه کند.

بهترین شیوه‌های پیاده‌سازی معماری میکروسرویس

برای موفقیت در پروژه‌های میکروسرویس، باید از بهترین روش‌ها پیروی کرد. در ادامه به برخی از مهمترین آنها اشاره می‌شود:

1- شما می‌توانید خدمات را بر اساس حوزه کسب‌وکار مدل‌سازی کنید. 

2- همانطور که پیش‌تر اشاره شد، تیم‌های مجزا مسئول توسعه و نگهداری سرویس‌های خاص هستند. این رویکرد موجب می‌شود نیازی به اشتراک‌گذاری کد یا ساختار پایگاه داده‌ها نباشد.

3- هر سرویس باید از فضای ذخیره‌سازی اختصاصی خود استفاده کند و بهترین روش‌های ذخیره‌سازی را برای آن نوع داده به کار گیرد.

4- سرویس‌ها باید از طریق یک API که به خوبی طراحی شده است با یکدیگر ارتباط برقرار نمایند. جزئیات پیاده‌سازی سرویس‌ها نباید در معرض دید سرویس‌های دیگر قرار گیرد.

5- وابستگی شدید بین سرویس‌ها باید به حداقل برسد. دلایل مختلفی مانند اشتراک‌گذاری ساختار پایگاه داده و پروتکل‌های ارتباطی انعطاف ناپذیر می‌تواند باعث ایجاد وابستگی گردد.

6- بین سرویس‌ها باید از وابستگی ضعیف (Loose Coupling) و انسجام عملکردی بالا (High Functional Cohesion) بهره گرفت. توابعی که با هم تغییر می‌کنند باید به صورت یکجا پکیج و مستقر شوند. در صورتی که این توابع در سرویس‌های مجزا قرار گیرند، منجر به وابستگی شدید بین آنها خواهد شد. بروزرسانی یک سرویس در چنین شرایطی، مستلزم بروزرسانی سرویس دیگر نیز می‌باشد.

نتیجه‌گیری

معماری میکروسرویس سبکی نوین برای توسعه نرم‌افزار است که مزایای متعددی را به همراه دارد. این سبک با تقسیم‌بندی نرم‌افزار به سرویس‌های کوچک، مستقل و با وابستگی کم، موجب افزایش چابکی، مقیاس‌پذیری و قابلیت نگهداری نرم‌افزار می‌شود.

با وجود مزایای فراوان، این سبک چالش‌هایی را نیز به همراه دارد که از جمله آنها می‌توان به پیچیدگی بیشتر سیستم، دشواری تست نرم‌افزار، چالش‌های مربوط به یکپارچگی داده‌ها و تأخیر شبکه‌ای اشاره نمود. در نهایت، انتخاب معماری مناسب برای توسعه نرم‌افزار، به عوامل متعددی از جمله نیازمندی‌های پروژه، منابع در دسترس و تخصص تیم توسعه بستگی دارد.