Was sind Microservices?
Microservices sind ein modernes Softwarearchitektur-Paradigma, das Anwendungen als Sammlung unabhängiger Services definiert, die über schlanke APIs miteinander kommunizieren. Dieser Ansatz ermöglicht eine flexible, skalierbare und agile Entwicklung und Bereitstellung von Software. In diesem Artikel werden die Definition, Vorteile, Herausforderungen und einige Best Practices von Microservices ausführlich behandelt. Darüber hinaus werden konkrete Beispiele und die Unterschiede zur monolithischen und serviceorientierten Architektur (SOA) beleuchtet.
Definition
Microservices, auch als Microservice-Architektur bekannt, bezeichnen ein Architekturkonzept in der Softwareentwicklung, bei dem Anwendungen in eine Sammlung kleiner, unabhängiger Services aufgeteilt werden. Jeder dieser Services ist darauf ausgelegt, eine spezifische Geschäftsanforderung zu erfüllen und kann unabhängig von anderen Services entwickelt, bereitgestellt und skaliert werden. Microservices kommunizieren in der Regel über leichtgewichtige APIs, oft RESTful-APIs, und können in verschiedenen Programmiersprachen und auf unterschiedlichen Plattformen implementiert werden.
Vergleich zur Monolithischen Architektur
In der traditionellen monolithischen Architektur sind alle Funktionen und Services einer Anwendung miteinander verbunden und agieren als eine Einheit. Änderungen oder Skalierungen einer einzelnen Funktion erfordern oft eine Anpassung der gesamten Anwendung, was zu einer hohen Komplexität und geringen Flexibilität führt. Im Gegensatz dazu erlaubt die Microservice-Architektur eine Trennung der Kernfunktionen, sodass Änderungen und Skalierungen einzelner Services unabhängig voneinander durchgeführt werden können. Dies führt zu einer höheren Agilität und schnellerem Deployment.
Vorteile der Microservice-Architektur
Schnellere Markteinführung: Durch die Trennung der Anwendung in unabhängige Services können Entwicklungszyklen verkürzt und die Time-to-Market für neue Features und Updates erheblich reduziert werden.
Hohe Skalierbarkeit: Microservices ermöglichen die unabhängige Skalierung einzelner Services, was besonders vorteilhaft ist, wenn bestimmte Teile einer Anwendung höhere Lasten bewältigen müssen. Durch die verteilte Architektur können Ressourcen effizienter genutzt werden.
Resilienz: Da Microservices unabhängig voneinander arbeiten, hat der Ausfall eines Services in der Regel keine Auswirkungen auf die anderen, was die Gesamtstabilität und Verfügbarkeit der Anwendung erhöht.
Flexibilität bei der Technologieauswahl: Entwicklerteams können für jeden Service die am besten geeignete Technologie und Programmiersprache wählen, wodurch moderne und passende Lösungen für spezifische Anforderungen genutzt werden können.
Verbesserte Wartbarkeit: Durch die Modularität der Microservices wird der Code besser wartbar und verständlicher. Änderungen an einem Service können ohne große Auswirkungen auf andere Teile der Anwendung vorgenommen werden.
Herausforderungen bei der Implementierung von Microservices
Komplexität der Verwaltung: Die Verwaltung vieler kleiner Services kann komplex und herausfordernd sein. Es erfordert ein effektives Konfigurationsmanagement und eine gut durchdachte Orchestrierung.
Datenkonsistenz: Da Daten über mehrere Services verteilt sind, kann die Aufrechterhaltung der Datenkonsistenz schwierig sein. Eventuelle Konsistenzmodelle und geeignete Transaktionsmanagement-Strategien müssen implementiert werden.
Netzwerklatenz und Fehler: Die Kommunikation zwischen Microservices erfolgt über das Netzwerk, was zu Latenzen und potenziellen Netzwerkfehlern führen kann. Dies erfordert robuste Mechanismen für Fehlerbehandlung und -wiederherstellung.
Sicherheit: Die Sicherheit in einer Microservice-Architektur erfordert zusätzliche Maßnahmen, da jeder Service eigene Sicherheitsanforderungen hat und die Kommunikation zwischen den Services abgesichert werden muss.
Best Practices für Microservices
Nutzung von Containern und Kubernetes: Die Containerisierung mit Technologien wie Docker erleichtert die Bereitstellung und Verwaltung von Microservices. Kubernetes bietet eine leistungsstarke Plattform zur Orchestrierung von Containern und unterstützt die Verwaltung von Skalierung, Verfügbarkeit und Deployment von Microservices.
Implementierung von API-Gateways: API-Gateways dienen als zentraler Einstiegspunkt für alle Clients und leiten Anfragen an die entsprechenden Microservices weiter. Sie bieten zusätzliche Funktionen wie Lastverteilung, Authentifizierung, Logging und Monitoring.
Überwachung und Logging: Umfassende Überwachung und zentrale Protokollierung sind entscheidend, um die Leistung und Verfügbarkeit der Microservices zu gewährleisten. Tools wie Prometheus, Grafana und ELK-Stack können hierbei hilfreich sein.
Automatisierung von CI/CD: Continuous Integration (CI) und Continuous Delivery (CD) Pipelines automatisieren den Build-, Test- und Deployment-Prozess. Dies ermöglicht schnelle und zuverlässige Deployments von Microservices.
Microservice-Architektur: Ein Beispiel
Nehmen wir ein E-Commerce-Projekt als Beispiel. Die Anwendung besteht aus mehreren Microservices, die spezifische Funktionen abdecken:
Kontoservice: Verwalten von Kundenkonten und Zahlungsinformationen.
Bestandsservice: Bereitstellung von Bestandsinformationen für Produkte.
Einkaufswagenservice: Verwaltung des Warenkorbs der Kunden.
Bezahlservice: Abwicklung von Zahlungen.
Versandservice: Planung und Verfolgung des Versands.
Jeder dieser Microservices hat seine eigene Datenbank und kommuniziert über REST-APIs mit den anderen Services. Ein API-Gateway dient als zentraler Einstiegspunkt für die Clients (Webanwendung, mobile Anwendung), die auf diese Microservices zugreifen.
Weitere Merkmale der Microservice-Architektur
Services mit mehreren Komponenten
Microservices bestehen aus einzelnen, lose verbundenen Services, die entwickelt, bereitgestellt, betrieben, geändert und neu bereitgestellt werden können, ohne die Funktion anderer Services oder die Integrität einer Anwendung zu beeinträchtigen. Dies ermöglicht ein schnelles und einfaches Deployment der einzelnen Funktionen einer Anwendung.
Sehr gute Wartbarkeit und Testfähigkeit
Microservices ermöglichen Teams, mit neuen Funktionen zu experimentieren und Änderungen rückgängig zu machen, wenn etwas nicht funktioniert. Auf diese Weise kann Code einfacher aktualisiert und die Einführung von neuen Funktionen beschleunigt werden. Außerdem lassen sich Fehler und Bugs in einzelnen Services einfacher isolieren und beheben.
Im Besitz von kleinen Teams
Da die Services in einer Microservice-Architektur in der Regel von kleinen, unabhängigen Teams erstellt werden, fördert dies die Anwendung von agilen Praktiken und DevOps. So sind die Teams in der Lage, unabhängig zu arbeiten und schnell zu handeln, wodurch die Entwicklungszyklen verkürzt werden.
Organisation nach Geschäftsfunktionen
Bei einem Microservice-Ansatz werden Services nach Geschäftsfunktionen organisiert. Die funktionsübergreifenden Teams verfügen über alle Kompetenzen, die für die Entwicklung der einzelnen Funktionen erforderlich sind.
Automatisierte Infrastruktur
Teams, die an der Entwicklung und Wartung von Microservices arbeiten, wenden in der Regel Praktiken zur Automatisierung von Infrastruktur wie Continuous Integration (CI), Continuous Delivery (CD) und Continuous Deployment (ebenfalls CD) an. Auf diese Weise können sie jeden Service unabhängig entwickeln und bereitstellen, ohne andere Teams zu beeinträchtigen. So sind Teams außerdem in der Lage, eine neue Version eines Service parallel zur vorherigen Version bereitzustellen.
Unterschiede zur serviceorientierten Architektur (SOA)
Umfang und Anwendungsbereich
Ein Hauptunterschied zwischen SOA und Microservices ist ihr Umfang. SOA ist ein unternehmensweiter Ansatz der Architektur, während Microservices eine Implementierungsstrategie für Teams in der Anwendungsentwicklung darstellen. Beide Ansätze zielen darauf ab, große, komplexe Anwendungen in kleinere, leichter zu verwaltende Komponenten zu unterteilen.
Kommunikation und Integration
In einer SOA erfolgt die Kommunikation oft über einen Enterprise Service Bus (ESB), der als zentrale Middleware-Komponente fungiert. Microservices hingegen kommunizieren direkt über APIs, was zu einer geringeren Abhängigkeit von zentralen Komponenten führt und die Agilität erhöht.
Flexibilität und Skalierbarkeit
Microservices bieten eine höhere Flexibilität und Skalierbarkeit im Vergleich zu SOA, da sie unabhängig voneinander bereitgestellt und skaliert werden können. SOA-Anwendungen können ebenfalls skaliert werden, erfordern jedoch häufig mehr zentrale Koordination.
Mögliche Herausforderungen & Anti-Patterns bei Microservices
Skalierung
Die Skalierung einer Funktion innerhalb des Software-Lifecycle-Entwicklungsprozesses kann besonders zu Beginn herausfordernd sein. Bei der ersten Einrichtung sollten Abhängigkeiten zwischen Services identifiziert und ein besonderes Augenmerk auf potenzielle Auslöser gelegt werden, die eine Abwärtskompatibilität gefährden könnten. Wenn die Zeit der Bereitstellung gekommen ist, ist eine Investition in Automatisierung äußerst wichtig, da Microservices zu komplex für eine menschliche Bereitstellung sind.
Protokollierung und Überwachung
Bei verteilten Systemen benötigen Sie zentrale Protokolle zur Erfassung aller Daten. Ansonsten wird eine effiziente Skalierung unmöglich. Eine zentrale Ansicht Ihres Systems ist notwendig, um die Ursachen von Problemen identifizieren zu können.
Debugging
Remote-Debugging mithilfe Ihrer lokalen IDE ist hier keine Option und funktioniert nicht bei Dutzenden oder Hunderten von Services. Leider gibt es auf diese Frage zum jetzigen Zeitpunkt keine zufriedenstellende Antwort.
Konnektivität
Ziehen Sie eine Service-Discovery-Lösung in Betracht, zentral oder integriert. Dies hilft bei der Verwaltung der Kommunikation zwischen den verschiedenen Microservices.
Tools und Technologien, die Microservices ermöglichen
Container und Kubernetes
Ein Container ist eine Softwareeinheit, in der Anwendungscode zusammen mit den für die Ausführung erforderlichen Dateien paketiert wird. Mit dieser Organisation kann die enthaltene Anwendung leicht und voll funktionsfähig in einzelne Umgebungen verschoben werden. Kubernetes ist eine Plattform für die Container-Orchestrierung, mit der einzelne Komponenten in einer Anwendung aktualisiert werden können
, ohne dass sich dies auf den Rest des Technologie-Stacks auswirkt. Dadurch eignet sie sich perfekt für die Automatisierung von Management, Skalierung und Deployment von Microservice-Anwendungen.
APIs
Eine Programmierschnittstelle, auch API genannt, ist der Teil einer Anwendung, der für die Kommunikation mit anderen Anwendungen verantwortlich ist. Innerhalb der Infrastruktur einer Microservice-Architektur spielen APIs eine wichtige Rolle, da sie es verschiedenen Services innerhalb eines Microservices erlauben, Informationen zu teilen und als Ganzes zu arbeiten.
Event-Streaming
Ein Event bezeichnet einen Vorgang, der innerhalb eines Microservice-Services stattfindet. Beispielsweise wenn jemand beim Online-Shopping einen Artikel zum Warenkorb hinzufügt oder daraus entfernt. Events formen Event-Streams, die das veränderte Verhalten eines Systems abbilden. Durch die Überwachung von Events können Organisationen nützliche Schlussfolgerungen über Daten und Kundenverhalten erhalten. Event Stream Processing ermöglicht sofortige Handlungen und kann direkt und in Echtzeit mit operativen Workloads verwendet werden. Unternehmen nutzen Event Streaming für viele verschiedene Anwendungsbereiche von der Betrugserkennung bis hin zur Rechnerwartung.
Serverless Computing
Serverless Computing ist ein cloudnatives Entwicklungsmodell, bei dem Entwicklungsteams Anwendungen erstellen und ausführen und ein Cloudanbieter sich um die Provisionierung, Wartung und Skalierung der Server-Infrastruktur kümmert. Die Entwicklung muss zur Bereitstellung lediglich den Code in Container paketieren. Unternehmen können damit schneller Innovationen schaffen, da die Anwendung von der zugrunde liegenden Infrastruktur abstrahiert wird.
Fazit
Microservices bieten eine flexible und skalierbare Lösung für die moderne Softwareentwicklung. Sie ermöglichen es Teams, schneller zu entwickeln und zu deployen, während sie gleichzeitig eine hohe Resilienz und Skalierbarkeit bieten. Durch die Aufteilung einer Anwendung in unabhängige Services können Unternehmen schneller auf Marktanforderungen reagieren, Entwicklungszyklen verkürzen und die Wartbarkeit ihrer Anwendungen verbessern.
Allerdings erfordert die Implementierung von Microservices sorgfältige Planung und Management. Die Verwaltung vieler kleiner Services bringt eine erhöhte Komplexität mit sich, insbesondere in Bezug auf Konfigurationsmanagement, Datenkonsistenz und Sicherheit. Durch den Einsatz moderner Tools wie Containertechnologien, API-Gateways und Automatisierungslösungen können diese Herausforderungen jedoch gemeistert werden.
Unternehmen, die Microservices erfolgreich implementieren, profitieren von einer verbesserten Flexibilität, schnellerer Markteinführung neuer Funktionen und einer höheren Ausfallsicherheit ihrer Systeme. Mit den richtigen Best Practices und einer gut durchdachten Architektur können Microservices einen erheblichen Wettbewerbsvorteil bieten und die Innovationsfähigkeit von Unternehmen steigern.
FAQs
Was sind Microservices?
Microservices sind ein Architekturkonzept in der Softwareentwicklung, bei dem Anwendungen in eine Sammlung kleiner, unabhängiger Services aufgeteilt werden. Jeder Service erfüllt eine spezifische Geschäftsanforderung und kann unabhängig entwickelt, bereitgestellt und skaliert werden.
Was ist der Unterschied zwischen Microservices und einer monolithischen Architektur?
In einer monolithischen Architektur sind alle Funktionen einer Anwendung miteinander verbunden und agieren als eine Einheit. Änderungen an einer Funktion erfordern oft Anpassungen der gesamten Anwendung. Bei Microservices sind die Funktionen in unabhängige Services aufgeteilt, die unabhängig voneinander geändert und skaliert werden können, was zu einer höheren Flexibilität und Agilität führt.
Was sind die Vorteile von Microservices?
Zu den Vorteilen von Microservices gehören schnellere Entwicklungszyklen, höhere Skalierbarkeit, verbesserte Resilienz, Flexibilität bei der Technologieauswahl und eine bessere Wartbarkeit des Codes. Diese Eigenschaften ermöglichen es Unternehmen, schneller auf Marktveränderungen zu reagieren und ihre Anwendungen effizient zu verwalten.
Welche Herausforderungen gibt es bei der Implementierung von Microservices?
Die Herausforderungen bei der Implementierung von Microservices umfassen die Verwaltung der Komplexität vieler kleiner Services, die Sicherstellung der Datenkonsistenz, die Handhabung von Netzwerklatenzen und -fehlern sowie die Gewährleistung der Sicherheit. Eine sorgfältige Planung und der Einsatz geeigneter Tools sind entscheidend, um diese Herausforderungen zu meistern.
Welche Tools und Technologien unterstützen Microservices?
Zu den wichtigen Tools und Technologien für Microservices gehören Containertechnologien wie Docker, Orchestrierungsplattformen wie Kubernetes, API-Gateways, Event-Streaming-Lösungen und Automatisierungswerkzeuge für Continuous Integration und Continuous Delivery (CI/CD). Diese Tools helfen bei der Verwaltung, Skalierung und Bereitstellung von Microservices.
Wie unterscheiden sich Microservices von einer serviceorientierten Architektur (SOA)?
Microservices und SOA teilen das Ziel, große Anwendungen in kleinere, handhabbare Komponenten zu unterteilen. Der Hauptunterschied liegt im Umfang und der Kommunikation: SOA ist ein unternehmensweiter Ansatz, der oft einen zentralen Enterprise Service Bus (ESB) verwendet, während Microservices auf eine unabhängige und direkte Kommunikation über APIs setzen. Microservices bieten oft mehr Flexibilität und eine feinere Granularität als SOA.
Wann sollten Unternehmen Microservices einsetzen?
Unternehmen sollten Microservices einsetzen, wenn sie eine hohe Flexibilität, Skalierbarkeit und Agilität benötigen. Besonders geeignet sind Microservices für große, komplexe Anwendungen, die schnell auf Marktveränderungen reagieren müssen, sowie für Organisationen, die ihre Entwicklungs- und Deployment-Zyklen verkürzen wollen. Microservices sind auch vorteilhaft, wenn unterschiedliche Technologien innerhalb einer Anwendung genutzt werden sollen.
Wie wirken sich Microservices auf die Organisationsstruktur aus?
Die Einführung von Microservices kann die Organisationsstruktur beeinflussen, da sie oft kleine, unabhängige Teams erfordert, die eigenverantwortlich an bestimmten Services arbeiten. Dies fördert die Anwendung agiler Methoden und DevOps-Praktiken, was zu einer schnelleren Entwicklung und besseren Zusammenarbeit zwischen den Teams führen kann. Unternehmen müssen möglicherweise ihre Kultur und Prozesse anpassen, um die Vorteile von Microservices voll auszuschöpfen.
