Как решить проблему управления зависимостями и версионности в микросервисных архитектурах?

В мире, где бизнес требует немедленной адаптации к непрерывно меняющимся условиям, микросервисная архитектура представляет собой не просто технологический выбор, а стратегическое решение.

Эта архитектура предлагает уникальные преимущества в виде высокой скорости поставки, масштабируемости, гибкости и устойчивости. Однако за эти преимущества приходится платить более высокой сложностью инфраструктуры и процессов управления, в том числе, сложностями управления версиями и зависимостями. Давайте исследуем, как можно максимизировать потенциал микросервисов, эффективно управляя этими критическими аспектами.

Ключевой принцип микросервисов и особенности разработки

Один из ключевых принципов архитектуры микросервисов заключается в разработке микросервисов, которые слабо связаны между собой (Low Coupling) и обладают высокой внутренней связностью компонентов, выполняющих четко определенную функцию (High Cohesion). Каждый микросервис должен иметь свой интерфейс и не должен зависеть от деталей реализации других микросервисов. Интерфейс — это спецификация входных данных, выходных данных и поведения микросервиса, которая может быть выражена в стандартном формате, таком как OpenAPI или gRPC. Определив интерфейсы, вы обеспечите последовательное и надежное управление зависимостями микросервисов друг от друга, а также то, что изменения в одном микросервисе не нарушают функциональность другого микросервиса. Для проектирования слабо связанных микросервисов с четко определенными интерфейсами хорошо себя зарекомендовали методологии Domain-Driven-Design (DDD) и Event Storming. Эти подходы помогают командам создавать более четко структурированные и легко управляемые системы, разбивая сложные доменные проблемы на более мелкие и управляемые части.

Domain-Driven-Design (DDD) и Event Storming – методологии в помощь

Domain-Driven Design фокусируется на моделировании программного обеспечения, которое тесно связано с доменной логикой и процессами бизнеса. Применение DDD в микросервисных архитектурах помогает в следующих аспектах:

●   DDD стимулирует разработку микросервисов вокруг определенных бизнес-доменов, что позволяет создать слабо связанные микросервисы (High Cohesion и Low Coupling). Это упрощает управление зависимостями, поскольку каждый микросервис самодостаточен в контексте своего бизнес-домена.

●   DDD разделяет систему на ограниченные контексты (Bounded Context), каждый из которых имеет свой уникальный язык (Ubiquitous Language) и интерфейс. Это позволяет легче управлять версиями и зависимостями внутри каждого контекста, так как изменения в одном контексте минимально влияют на другие.

●   DDD упрощает определение четких интерфейсов между микросервисами (например, с использованием паттерна Anti-Corruption Layer), помогает минимизировать зависимости и упрощает версионирование, так как становится существенно проще определить, какие изменения допустимы без нарушения существующих контрактов.

Event Storming — это рабочая сессия, которая вовлекает различные заинтересованные стороны для коллективного моделирования бизнес-процессов и их событий. Этот метод в сочетании с методологией DDD позволяет создать модель бизнеса путем проектирования на основе событий. Во время сессий Event Storming рабочие группы визуализируют и анализируют события и потоки данных в бизнес-процессах, выявляют ограниченные контексты (Bounded Context) и формируют единый язык (Ubiquitous Language) для эффективного общения бизнес-экспертов с ИТ-архитекторами, аналитиками и разработчиками. Это позволяет выявить и оптимизировать зависимости между различными частями системы, улучшая тем самым управление зависимостями. Моделирование, основанное на событиях, способствует созданию асинхронных, слабо связанных микросервисов, которые коммуницируют через обмен событиями. Это сокращает прямые зависимости между компонентами системы и упрощает управление версиями, так как микросервисы могут независимо друг от друга реагировать на изменения в данных.

Для чего нужен реестр микросервисов

На уровне эксплуатации решения, спроектированного с использованием DDD и Event Storming, эффективным средством оптимизации управления зависимостями является реестр микросервисов (Service Registry). В динамичной среде микросервисов, где инстансы микросервисов могут часто добавляться или удаляться, Service Registry обеспечивает актуальное состояние доступных микросервисов. Каждый микросервис при запуске регистрируется в Service Registry, предоставляя информацию о своем местоположении и статусе. Микросервисы используют Service Registry для запроса адресов доступных микросервисов, что позволяет им автоматически находить и взаимодействовать с нужными зависимостями без предварительной жесткой настройки. Service Registry также хранит информацию о различных версиях микросервисов, что позволяет микросервисам выбирать необходимые версии для взаимодействия. Это особенно важно при постепенном обновлении и тестировании новых версий микросервисов, когда необходимо поддерживать работоспособность старых версий. Service Registry предоставляет механизмы для маршрутизации запросов к определенным версиям микросервисов, что помогает управлять зависимостями и минимизировать риски, связанные с обновлениями. Примерами популярных реализаций Service Registry являются Eureka, Consul и Zookeeper. Использование таких систем в вашей архитектуре позволит существенно улучшить управление зависимостями и версиями, повысить надежность и упростить разработку распределенных систем.

Защита от сбоев

В распределенных системах, к которым относятся системы, построенные на основе микросервисной архитектуры очень важно реализовать защиту от возникновения сбоев микросервисов, которые зависят от других микросервисов. Эффективным решением для защиты от таких сбоев является применение паттерна Circuit Breaker. Одной из основных задач Circuit Breaker является защита системы от каскадных сбоев, которые могут возникнуть, если один из зависимых микросервисов перестает отвечать или начинает работать с ошибками. Circuit Breaker отслеживает сбои в вызовах к зависимому микросервису и, достигнув определенного порога неудач, "отключает" микросервис, прекращая дальнейшие вызовы. Это защищает остальные части системы от излишней нагрузки и возможных ошибок, связанных с попытками выполнения операций с нестабильным микросервисом. После "отключения" микросервиса Circuit Breaker периодически пытается вновь выполнить вызов к зависимому микросервису, чтобы проверить, восстановил ли тот свою работоспособность. Если микросервис начинает снова корректно обрабатывать запросы, Circuit Breaker "включает" его обратно, позволяя другим микросервисам возобновить с ним взаимодействие. Это позволяет системе быстро адаптироваться к изменениям состояния зависимых микросервисов и минимизировать время простоя. Circuit Breaker дает системе возможность более гибко управлять зависимостями, включая автоматическую адаптацию к изменениям в производительности и доступности внешних микросервисов. Это особенно важно в динамично изменяющихся распределенных системах, где отказ одного компонента может иметь значительные последствия для всей системы.

Как упростить управление в микросервисах

Дополнительно, инструменты управления контейнерами, такие как Helm, могут существенно упростить управление зависимостями в микросервисных архитектурах, работающих на Kubernetes. Helm позволяет управлять Kubernetes-ресурсами с помощью предварительно настроенных шаблонов или чартов, которые включают все необходимые зависимости и их конфигурации. Это облегчает развертывание, обновление и масштабирование приложений, гарантируя консистентность среды и избавляя разработчиков от необходимости ручного управления каждым ресурсом. Используя Helm, команды могут эффективно развертывать сложные приложения, состоящие из множества микросервисов, управляя их зависимостями через централизованную систему, что упрощает обслуживание и повышает надежность всей инфраструктуры.

В основе успешного управления версиями микросервисов лежит принцип семантического версионирования (SemVer), который предлагает структурированный подход к нумерации релизов микросервисов - формат MAJOR.MINOR.PATCH, а также к обозначению характера этих обновлений:

●   MAJOR вносит кардинальные, несовместимые изменения,

●   MINOR расширяет функционал, сохраняя совместимость,

●   PATCH устраняет ошибки, не затрагивая ключевые функции.

Отдельно стоит отметить преимущества сочетания использования Helm с SemVer, что позволяет создать четкую и систематизированную среду для развертывания и управления микросервисами:

●   Helm упрощает управление зависимостями, позволяя указывать конкретные версии чартов, которые необходимы для приложения. Это значит, что при развертывании приложения можно точно контролировать, какие версии каждой зависимости будут использоваться, что уменьшает риск несовместимостей и ошибок в работе приложений.

●   С помощью Helm и SemVer можно легко управлять версиями чартов и их зависимостей. Например, если разработчики выпускают новую MINOR или PATCH версию чарта, они могут быть уверены, что обновление не повлияет на обратную совместимость с уже развернутыми экземплярами приложений, использующих предыдущие версии чарта.

●   Helm также предоставляет механизмы для обновления и отката приложений до предыдущих версий, что облегчает управление релизами и уменьшает риски при внедрении новых функций.

Техники версионирования микросервисов

Немаловажны также техники версионирования API микросервисов: по мере развития микросервисов, API необходимо поддерживать обратную совместимость. Распространённые методы версионирования API включают:

●   Версионирование через URL: встраивание номера версии непосредственно в URL (например, /v1/posts, /v2/posts и т.д.).

●   Версионирование через заголовки: использование HTTP-заголовков для указания версии API.

●   Версионирование через параметры запроса: включение версии как параметра запроса.

Версионирование API позволяет разработчикам вносить изменения и улучшения в микросервисы без риска нарушения существующих функциональностей, обеспечивая обратную совместимость и минимизируя потенциальные сбои в работе.

Говоря об управлении версиями и зависимостями в микросервисной архитектуре, в заключение необходимо также упомянуть мониторинг. Мониторинг в микросервисных архитектурах играет важную роль в управлении зависимостями и версиями микросервисов, обеспечивая видимость и контроль за сложными взаимодействиями между сервисами. Мониторинг позволяет отслеживать все запросы и ответы между микросервисами, что дает полное представление о том, как сервисы взаимодействуют друг с другом. Это помогает выявлять зависимости, которые могут не быть очевидны на этапе проектирования, и определять узкие места в коммуникации между сервисами. Мониторинг версий микросервисов в реальном времени помогает определить, когда обновления одного микросервиса влияют на работоспособность зависимых микросервисов. Это критически важно для обеспечения совместимости интерфейсов и предотвращения сбоев, вызванных несовместимыми изменениями. Использование мониторинга в микросервисных архитектурах является не просто дополнением — это необходимость для управления сложной сетью взаимозависимых микросервисов, обеспечения их стабильной работы и адаптации к изменяющимся условиям эксплуатации.

Резюме

Управление версиями и зависимостями в микросервисных архитектурах требует комплексного подхода, дисциплины, обучения сотрудников производства и внедрения передовых технологий. В комплексе это дает возможность компаниям разрабатывать продукты в микросервисной архитектуре, в том числе благодаря поддержке Российского фонда развития информационных технологий (РФРИТ) позволяющие успешно адаптироваться к динамичным требованиям современного бизнеса.

Ссылки:

●   Domain-Driven Design Reference, E. Evans. Dog Ear Publishing, Indianapolis, IN, (2014)

●   Event Storming, https://www.eventstorming.com/book/, Alberto Brandolini