میکروسرویس چیست؟

در گذشته، بیشتر نرم‌افزارها بر اساس معماری‌های یکپارچه (monolithic) توسعه داده می‌شد. اما با تکامل تکنولوژی و الزامات تجاری، معماری جدیدی به نام میکروسرویس‌ها (microservices) پدید آمد.

میکروسرویس‌ها مزایای متعددی را نسبت به معماری مونولیتیک ارائه دادند که سبب شد گزینه‌ای جذاب برای بسیاری از سازمان‌ها باشد.در این مقاله، به بررسی مفهوم میکروسرویس‌ها، مزایا و تفاوت‌های آن با معماری سنتی یکپارچه خواهیم پرداخت. همچنین تاریخچه معماری نرم افزار، مشکلات معماری یکپارچه و نحوه مهاجرت از معماری یکپارچه به معماری میکروسرویس‌ها را مورد بحث قرار می‌دهیم.

میکروسرویس چیست؟

میکروسرویس (microservices) الگوی معماری نرم‌افزاری است که در آن یک برنامه واحد، از سرویس‌های کوچک و مستقلی تشکیل شده است و هر یک از این سرویس‌های کوچک فقط از طریق APIهای مشخص با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند. هر میکروسرویس یک عملکرد واحد را انجام می‌دهد و پردازش خود را درون یک محیط جداگانه و مستقل از بقیه سرویس‌ها، جلو می‌برد. این سرویس‌ها می‌توانند به زبان‌های برنامه‌نویسی مختلف نوشته شوند و از فناوری‌های مختلف ذخیره‌سازی دیتا استفاده کنند. میکروسرویس‌ها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که به‌صورت آزاد به یکدیگر متصل شوند و این مجوز را در اختیار توسعه‌دهندگان بگذارند تا یک سرویس را بدون تأثیر بر بقیه برنامه، تغییر دهند.

از دیگر مزایای مهم میکروسرویس می‌توان به بالا بردن قابلیت مقیاس‌پذیری، افزایش امنیت، کاهش هزینه‌های نگهداری و سازگاری با محیط‌های مختلف اشاره کرد. با استفاده از این الگوی معماری، تغییر یک سرویس به‌صورت مستقل از دیگر سرویس‌ها و بدون ایجاد اختلال در سیستم، امکان‌پذیر می‌شود. این الگوی معماری به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد تا با سرعت و انعطاف بیشتری برنامه‌های نرم‌افزاری را توسعه دهند و چالش‌های پیچیدگی و تغییرات ناشی از تحولات تجاری و فناوری را مدیریت کنند.

تاریخچه معماری نرم افزار یا Software Architecture

معماری نرم افزار در طول سال‌ها دستخوش تغییرات قابل توجهی شده است. در روزهای اولیه، محاسبات سیستم‌های نرم‌افزاری، ساده و سرراست بودند و با یک برنامه واحد، تمام عملکردهای سیستم قابل مدیریت بود. این رویکرد که به عنوان معماری یکپارچه شناخته می‌شود، برای دهه‌ها بر صنعت نرم‌افزار تسلط داشت. در این الگو، تمام اجزای یک برنامه در یک بسته بزرگ قرار می‌گیرد و به صورت یکپارچه اجرا می‌شود. همچنین به دلیل سادگی و قابلیت اجرای بالا، مورد استفاده بسیاری از توسعه‌دهندگان قرار گرفت، اما با افزایش اندازه و پیچیدگی برنامه‌ها، مشکلاتی نظیر کاهش کارایی، کنترل‌پذیری نامناسب و ایجاد وابستگی‌های بین اجزای مختلف برنامه را به وجود آورد. 

معماری یکپارچه چیست؟

بعد از توضیح اجمالی در مورد معماری نرم افزار، می‌توانیم معماری یکپارچه را زیرمجموعه‌ای از آن معرفی کنیم. در واقع معماری یکپارچه (Monolithic Architecture) نوعی معماری نرم‌افزاری است که در آن برنامه‌های کامپیوتری به صورت یکپارچه، طراحی و پیاده‌سازی می‌شوند. در این نوع معماری، یک برنامه تمام قسمت‌های خود را شامل می‌شود و همه اجزای برنامه به صورت یکپارچه، در کنار یکدیگر قرار دارند.

در Monolithic Architecture، برنامه به صورت یک مجموعه بزرگ از کد، کتابخانه‌ها، کامپوننت‌ها، ریپازیتوری‌ها و سایر موارد گرد هم می‌آید. بدین منظور، همه کد برنامه در یک بستر یکتا قرار گرفته دارند. این یعنی تمامی قابلیت‌های یک برنامه در یک فضا جمع شده‌اند و همگی به صورت مرکزی اداره می‌شوند.با وجود این که معماری یکپارچه برای توسعه و اجرای برنامه ساده و کارآمد است، اما خالی از مشکلات نیست. از جمله مشکلاتی که در این معماری مطرح می‌شود، عدم مقیاس‌پذیری و بهبودپذیری برنامه، زمان اجرای بالای برنامه در صورت اضافه شدن قابلیت‌های جدید، مشکلات در تست و نگهداری برنامه و هزینه‌های بالای توسعه و نگهداری آن خواهد بود.

مشکلات معماری یکپارچه چیست؟

معماری یکپارچه به دلایل مختلفی می‌تواند مشکل‌ساز باشد. در ادامه، به مشکلات این نوع معماری اشاره می‌کنیم:

• با افزایش اندازه و پیچیدگی برنامه، نگهداری و به‌روزرسانی آن دشوارتر می‌شود.
• یک باگ یا مشکل می‌تواند برای کل برنامه دردسر ایجاد کند.
• توسعه برنامه می‌تواند دشوار باشد، زیرا همه مؤلفه‌ها منابع یکسانی دارند.
• آزمایش برنامه نیز اندکی چالش‌برانگیز است، زیرا همه اجزا کاملا با هم ادغام هستند.
• یکی از مشکلات اصلی معماری یکپارچه این است که مدیریت و مقیاس پذیری آن با رشد برنامه می‌تواند پیچیده شود. با تمام اجزای متصل به هم، ایجاد تغییرات در یک جزء بدون تأثیر بر کل سیستم، چالش برانگیز خواهد بود. این محدودیت می‌تواند منجر به کندی چرخه توسعه، افزایش هزینه‌ها و کاهش انعطاف‌پذیری شود.

با تکامل تکنولوژی و گسترش برنامه‌های کاربردی، محدودیت‌های معماری یکپارچه به طور فزاینده‌ای آشکار و نیاز به راه‌حل‌های بهتر و منعطف‌تر برای طراحی برنامه‌های نرم‌افزاری به وجود آمد.

شکل گیری معماری میکروسرویس

معماری میکروسرویس، به طور کلی در پاسخ به نیازهای کاربران برای ارائه سریع‌تر و کارآمدتر خدمات، شکل گرفته است. اگر به سابقه آن فلش‌بک بزنیم، در دهه ۱۹۹۰، معماری نرم‌افزار به صورت یکپارچه و بزرگ‌مقیاس مورد استفاده قرار می‌گرفت. در این معماری، کل برنامه به صورت یکپارچه توسعه داده می‌شد و از یک پایگاه داده مشترک استفاده می‌کرد. این سبک و سیاق، برای سازمان‌های بزرگ مناسب بود اما با گذر زمان و رشد سریع سازمان‌ها، معماری نرم‌افزارهای یکپارچه با مشکلاتی مواجه شد.

در دهه‌ ۲۰۰۰، همه چیز تغییر کرد. یعنی با ظهور سیستم‌های بزرگ و پیچیده و همچنین افزایش توانایی و میزان استفاده از شبکه‌ها، معماری میکروسرویس به عنوان یک راه حل جدید معرفی شد. معماری میکروسرویس بر اساس اصل تقسیم یک برنامه یکپارچه به مجموعه‌ای از سرویس‌های کوچک‌تر و مستقل است. در واقع برنامه به صورت تعدادی سرویس کوچک‌تر و مستقل از یکدیگر تشکیل شد و هر سرویس، وظیفه یک عملکرد واحد را بر عهده گرفت. 

در نهایت، باید بگوییم که هر سرویس دارای یک رابط برنامه‌نویسی کاربردی (API) بوده که برای ارتباط با سایر سرویس‌ها کارایی دارد. این سرویس‌ها را می‌توان به زبان‌های برنامه‌نویسی مختلف نوشت و از فناوری‌های ذخیره‌سازی اطلاعات مختلف استفاده کرد.

معماری میکروسرویس به توسعه دهندگان این امکان را می‌دهد تا برنامه‌هایی ماژولارتر و با نگهداری آسان‌تر بسازند. به‌طوری که امکان توسعه، آزمایش و مستقر کردن هر سرویس به‌صورت مستقل وجود داشته باشد. مقاومت نسبت به خطا برای جلوگیری از بروز خرابی سرویس کل سیستم، از دیگر مزیت آن به حساب می‌آید.

‌به طور خلاصه، انتقال از معماری یکپارچه به میکروسرویس‌ها به دلیل نیاز به سیستم‌های نرم افزاری انعطاف پذیرتر، مقیاس‌پذیر و قابل نگهداری‌تر، در حال افزایش روز افزون است. معماری میکروسرویس به عنوان راه‌حلی برای عبور از محدودیت‌های معماری یکپارچه بوده و رویکردی ماژولارتر، مقاوم‌تر و مقیاس پذیرتر برای توسعه نرم‌افزار ارائه می‌دهد

مزایای استفاده از میکروسرویس‌ها

میکروسرویس‌ها به عنوان یک الگوی معماری نرم‌افزاری به دلیل داشتن مزایای فراوان، در سال‌های اخیر به طور گسترده‌ای مورد استقبال قرار گرفته‌اند. برخی از مزایای استفاده از میکروسرویس‌ها عبارتند از:

• قابلیت انعطاف‌پذیری: در میکروسرویس‌ها هر سرویس به‌صورت مستقل طراحی شده و با استفاده از رابط‌های برنامه‌نویسی کاربردی (API) با سرویس‌های دیگر تعامل دارد. این ویژگی باعث می‌شود که هر سرویس قابلیت ارتقا و تغییر به‌صورت مستقل را داشته باشد و تغییر در یک سرویس، تاثیری بر سرویس‌های دیگر نداشته باشد. این انعطاف‌پذیری به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد تا به‌راحتی از تکنولوژی‌های جدید استفاده کنند و به سرعت تغییرات را در سرویس‌های خود اعمال نمایند.
• مقیاس‌پذیری: میکروسرویس‌ها امکان مقیاس‌پذیری بالا را فراهم می‌کنند. در یک معماری میکروسرویس، هر سرویس به‌صورت مستقل مقیاس‌پذیر است و می‌توان برای هر سرویس، مقیاس‌پذیری را به‌طور جداگانه انجام داد. بدین ترتیب، در برابر افزایش ترافیک و لود کاری، سیستم به‌صورت کلی مقیاس‌پذیر شده و هزینه‌های سرور را کاهش خواهد داد.
• اطمینان و پایداری: در یک معماری میکروسرویس، اگر یک سرویس مشکل داشته باشد، سایر سرویس‌ها را تحت تاثیر قرار نمی‌دهد و به‌راحتی قابلیت بازیابی دارد. این ویژگی باعث افزایش پایداری و اعتماد به سیستم می‌شود.
• انتشار سریع: با توجه به اینکه هر سرویس به‌صورت مستقل قابل توسعه و ارتقاء است، پس تغییراتی که در یک سرویس ایجاد می‌شود به‌سرعت منتشر شده و به‌همین دلیل، امکان به‌روزرسانی سریع‌تر فراهم خواهد شد.
• افزایش سرعت و کارایی: در میکروسرویس‌ها، هر سرویس به‌صورت مستقل اجرا می‌شود و در انجام وظیفه خود تمرکز دارد. به همین دلیل، سرعت و کارایی بهبود می‌یابد. (زیرا کاربرد بیشتری در اجرای پردازش‌ها و توزیع بار کاری بین سرویس‌ها وجود دارد)
• تحمل بالای خطا: در یک معماری یکپارچه، شکست در یک جزء می‌تواند کل برنامه را از بین ببرد. در معماری میکروسرویس‌ها، خرابی در یک سرویس بر سرویس‌های دیگر تأثیر نمی‌گذارد. در نتیجه برنامه انعطاف‌پذیرتر شده و کمتر دچار خرابی خواهد شد.

در نهایت، میکروسرویس‌ها به توسعه دهندگان اجازه می‌دهند از زبان‌های برنامه نویسی مختلف و فناوری‌های مختلف ذخیره سازی داده‌ها استفاده کنند. این انعطاف‌پذیری توسعه‌دهندگان را قادر می‌سازد تا بهترین فناوری را برای هر سرویس انتخاب کرده و در نتیجه، برنامه‌ای کارآمدتر و مؤثرتر ایجاد کنند.

معایب استفاده از میکروسرویس‌ها

استفاده از میکروسرویس‌ها در معماری نرم‌افزار، علاوه بر مزایا، برخی معایب را به همراه دارد که در ادامه توضیح داده خواهند شد:

• پیچیدگی بیشتر: در معماری میکروسرویس، برای پیاده‌سازی یک سیستم، از چندین سرویس مستقل استفاده می‌شود. این امر نتیجه‌ای جز افزایش پیچیدگی سیستم و مدیریت و نگهداری آن ندارد. همچنین، برای اطمینان از ارتباط و هماهنگی بین سرویس‌های مختلف، نیاز است از ابزارهای خاصی مانند controller manager و network manager استفاده کنیم. لذا توسعه دهندگان و مدیران سیستم باید به این ابزارها مسلط باشند
• مشکلات ارتباطی: در معماری میکروسرویس، ارتباط بین سرویس‌های مستقل از طریق شبکه انجام می‌گیرد. پس اگر شبکه دچار مشکل شود، تمام سیستم دچار اختلال خواهد شد. از آنجایی که هر سرویس مستقل از سایرین است، در صورت بروز مشکل در یکی از سرویس‌ها، احتمال انتشار مشکل به سرویس‌های دیگر وجود دارد.
• هزینه بالاتر: استفاده از میکروسرویس‌ها به دلیل پیچیدگی بیشتر سیستم، افزایش هزینه‌های توسعه، تست و نگهداری سیستم را در پی دارند. از طرف دیگر، به دلیل تعدد ابزارهای ضروری و نیاز به کارشناسان متخصص برای مدیریت و نگهداری این ابزارها، هزینه‌های سخت‌افزاری و نیروی انسانی نیز چندان به‌صرفه نیست.

مهاجرت از معماری یکپارچه به میکروسرویس‌ها

مهاجرت از معماری یکپارچه به معماری میکروسرویس، احتمالا به اهداف مختلفی صورت بگیرد؛ از جمله افزایش مقیاس سیستم، افزایش پیچیدگی، افزایش تعداد تیم‌ها و نیاز به افزایش توسعه‌پذیری و انعطاف‌پذیری سیستم.
برای فراهم کردن زمینه مهاجرت، ابتدا باید سیستم یکپارچه موجود شناسایی و ارزیابی شود. این مرحله، نیاز به درک عمیق برنامه و نحوه عملکرد آن دارد. سپس باید نیازمندی‌ها و ویژگی‌های ضروری در سیستم میکروسرویس، شناسایی شوند. در قدم بعدی، باید برای هر سرویس در سیستم یکپارچه، یک سرویس معادل در سیستم میکروسرویس طراحی و پیاده‌سازی کرد. برای ترکیب این سرویس‌ها با هم، نیاز به یک ابزار مدیریت کنترل‌کننده‌ سرویس‌ها (Service Mesh) است که وظیفه‌ مدیریت ارتباط و ارتباطات بین خدمات را برعهده دارد.
برای این منظور، باید یک API پیاده‌سازی کرد. API نقطه ورود تمام سرویس‌ها در معماری میکروسرویس است. شاید بد نباشد API را مسئول مسیریابی درخواست‌ها به سرویس مناسب و مسئول رسیدگی به مجوزهای امنیتی و احراز هویت دانست. همچنین می‌تواند وظایفی مانند متعادل کردن لود و محدود کردن سرعت سرویس را انجام دهد.

در حین مهاجرت، باید به دقت توجه شود که خطرات احتمالی مانند اختلال در سیستم و کاهش عملکرد، مشکلات پیچیدگی بیشتر و افزایش هزینه‌های اجرایی و پشتیبانی، دور از ذهن نیست. برای جلوگیری از این چالش‌ها، باید در طراحی معماری میکروسرویس، از الگوها و رویکردهای بهینه استفاده کرد و از ابزارهای مناسب برای مانیتورینگ و مدیریت غافل نشد. در نهایت، برای انجام مهاجرت به معماری میکروسرویس، نیاز به تغییر فرهنگ و تغییر در روش کار تیم‌ها حس می‌شود. این مورد، اشاره به این دارد که تیم‌ها باید به شیوه‌ انعطاف‌پذیر و مجزا، توانایی همکاری و توسعه داشته باشند. نباید فراموش کرد که مهاجرت از معماری یکپارچه به معماری میکروسرویس، یک رویداد آنی و یکباره نیست. یک فرآیند مداوم می‌طلبد که نیاز به نظارت و اصلاح مداوم نیز دارد.

جمع بندی

باید بپذیریم که معماری میکروسرویس‌ها، مزایای متعددی و درخور توجهی نسبت به معماری یکپارچه سنتی ارائه می‌دهند. مقیاس پذیری، تحمل خطای بالا، و نگهداری و به‌روزرسانی آسان‌تری مهم‌ترین برتری‌های میکروسرویس در مقایسه با معماری یکپارچه است. نمی‌توان منکر شد که مهاجرت از معماری یکپارچه به معماری میکروسرویس چالش برانگیز نیست، اما با برنامه‌ریزی و اجرای دقیق، شدنی و امکان پذیر خواهد بود. همانطور که فضای فناوری و کسب‌وکارها مداوم در حال تکامل هستند، این احتمال وجود دارد که سازمان‌های‌ بیشتری معماری میکروسرویس‌ها را برای ماندن در میدان رقابت انتخاب کنند.