MICROSERVIZI: INTRODUZIONE E CARATTERISTICHE

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MICROSERVIZI PIU POPOLARI DELLA FERRAGNI

Si chiama microservice ed è il pattern architetturale più’ popolare del momento.

Qualsiasi azienda si vanta di essere un azienda che fa uso di microservice, qualsiasi sviluppatore scrive su linkedin tra le skill: microservice. La verità’ ? Il grosso di loro bluffa: ad oggi conosco pochissime realta’ italiane che utilizzano i microservice in produzione il resto confondano i microservice con un architettura SOA. Il motivo ? Nonostante questo stile architetturale abbia dei benefici indiscutibili, lavorare con i microservice e’ veramente difficile  e costoso in termini di sviluppo e competenze. Per questo motivo ultimamente ho deciso di approfondire questo stile architetturale e con i mie appunti scrivere una serie di articoli. Partiremo con i principi fondamentali di un architettura a microservizi, approfondiremo nei prossimi articoli i pattern noti come SAGA con degli esempi pratici sviluppati con Spring Cloud.

cosa sono i microservizi

Martin Fowler e James Lewis, due pilastri in materia danno la seguente definizione:

In breve, un architettura a microservizi è un approccio allo sviluppo di una singola applicazione come una suite di piccoli servizi, ciascuno in esecuzione nel proprio processo e in comunicazione con meccanismi leggeri. Progettati e sviluppati intorno alle business capability del dominio,  questi servizi possono essere deployati in modo indipendente e in modalità’ totalmente automatizzata. La logica di questi servizi può’ essere implementata con diversi linguaggi di programmazione e utilizzare diverse tecnologie di storage.

James Lewis e Martin Fowler

Senza dilungarci troppo su definizioni, andiamo dritti sulle caratteristiche che dovrebbe avere una buona architettura a microservizi.

divisione in servizi

Ai primordi dello sviluppo applicativo, anche un cambiamento minimo  a un software esistente imponeva un aggiornamento completo e un ciclo di controllo qualità (QA, Quality Assurance) a sé, che rischiava di rallentare il lavoro di tutti i team. Tale approccio viene spesso definito “monolitico”, perché il codice sorgente dell’intera app veniva compilato in una singola unità di deployment (il classico war). Se gli aggiornamenti a una parte  del software provocava errori, era necessario disconnettere tutto, fare un rollback  totale del software. Questo approccio è ancora applicabile alle piccole applicazioni, ma le aziende in crescita non possono permettersi tempi di inattività.

Sulla base di uno dei dogmi dell ingegneria del software come il principio di singola responsabilità di Robert C. Martin,

Riunire le cose che cambiano per lo stesso motivo e separare quelle che cambiano per motivi diversi

sono nati i primi studi di architetture a servizi.

Il primo tentativo di architettura a servizi nasce con l’architettura SOA, la quale mi piace definirla come la madre dell architettura a microservice.

ANALOGIE CON SOA

Il concetto delle Service-Oriented Architecture si afferma all’inizio degli anni Duemila come una collezione di servizi indipendenti che comunicano gli uni con gli altri tramite un Enterprise Service Bus (ESB). Prendiamo ad esempio il seguente esempio di architettura SOA

Possiamo constatare che esistono 2 ruoli principali in SOA, un fornitore di servizi e un consumatore di servizi. Un agente software può svolgere entrambi i ruoli. Il livello del consumatore è il punto in cui i consumatori (utenti umani, altri servizi o terze parti) interagiscono con la SOA e il livello del fornitore è costituito da tutti i servizi definiti all’interno della SOA.

I neofiti arrivati a questo punto dell’articolo potrebbero quindi chiedersi:  e quindi qual’e’ la differenza tra SOA e microservices ? La domanda e’ lecita, non a caso ho scritto che SOA puo’ essere definita la madre dei microservices; L’architettura a microservices e’ una chiara evoluzione dell’architettura SOA sprinta dall’esigenza  di una sempre più’ spinta scalabilità, la quale permette di reggere il carico di milioni di utenti connessi in un determinato istante. Analizziamo quindi le differenze con SOA.

DIFFERENZE CON SOA

Per evidenziare le differenze focalizziamoci sulla seguente immagine.

Le differenze vengono immediatamente esaltate:

  • Granularità’ dei servizi: “Le dimensioni contano”. Sembra il motto di Rocco Siffredi ma non lo e’; Martin Fowler in un suo famoso speech al GOTO, spiega che probabilmente il miglior modo di distinguere i due pattern è sulla base delle dimensioni; in una tipica architettura SOA non si arriva neanche ad una decina di  servizi mentre in un architettura a microservice il numero dei servizi e’ molto più alto: Netflix ha dichiarato di avere più o meno 700 microservices! Dividendo la nostra architettura in molti servizi, ne consegue quindi che la dimensione del singolo servizio risulta essere molto ridotta rispetto ad un servizio SOA, da qui nasce appunto l acronimo di microservizio. Ma un buon microservizio quanto piccolo deve essere ? Non esiste una risposta giusta a questa domanda. In letteratura si definisce un buon microservizio un servizio sufficientemente piccolo per adempiere correttamente ai principi di singola responsabilità’, alta coesione, accoppiamento lasco con altri servizi e un chiaro Bounded context (concetti approfonditi piu’ avanti)
  • Comunicazione: I microservizi abbandonano l’utilizzo di ESB, comunicando direttamente tra loro con meccanismi di comunicazione light. Nella SOA, l’ESB potrebbe diventare un singolo punto di errore che influisce sull’intero sistema. Poiché ogni servizio comunica attraverso l’ESB, se uno dei servizi rallenta, potrebbe ostruire l’ESB con le richieste per quel servizio. D’altra parte, i microservizi sono molto migliori nella tolleranza agli errori. Ad esempio, se un microservizio presenta un errore di memoria, verrà interessato solo quel microservizio. Tutti gli altri microservizi continueranno a gestire le richieste regolarmente.
  • Database: In SOA i servizi condividono gli storage mentre con i microservice ogni servizio può avere un database indipendente. La condivisione dei dati di un database  tra servizi   ha i suoi pro e contro. Ad esempio, i dati possono essere riutilizzati facilmente da tutti i servizi mentre porta dipendenza e accoppiamento stretto all’interno dei servizi e quindi difficoltà’ nello scalare orizzontalmente uno specifico servizio. Il lettore attento potrebbe chiedersi come modellare i casi in cui due microservizi condividano i dati di una particolare entità’. La soluzione e’ semplice, prendiamo ad esempio un architettura a microservizi di un magazzino:
    • I dati dello stock sono salvati nel database del microservizio stock
    • i dati dell ordine sono invece salvati nel database del microservizio ordini.
    • Un ordine riferisce ad un particolare stock.
    • Per risolvere questo problema nel database degli ordini si terra’ le informazioni degli ordini e l identificativo univoco dello stock a cui punta un ordine.
    • Il microservice degli ordini comunichera’ con il microservice stock per avere l’intera rappresentazione di un dato stock ( ad esempio tramite l invocazione di un api rest del microservice stock).

Se vi interessa approfondire ulteriormente le differenze tra SOA e Microservice vi consiglio altamente di guardare il seguente video del mitico Martin Flower

CARATTERISTICHE DI UNA ARCHITETTURA A MICROSERVIzi

Chiara l’analogia con SOA, passiamo quindi a introdurre le propieta’ che caratterizzano una  architettura a microservizi.  Abbiamo già’ anticipato che un buon microservizio e’ sufficientemente piccolo e deve coprire una singola responsabilità’. Questo non basta..un buon microservizio deve anche rispettare i seguenti principi: accoppiamento lasco, coesione e Bounded Context,  Analizziamo questi tre importanti concetti.

ACCOPPIAMENTO lasco (Loose Coupling)

Quando i servizi sono accoppiati in modo lasco, una modifica ad un servizio non dovrebbe richiedere una modifica di un altro servizio. L’idea e’  quello di essere in grado di apportare una modifica a un servizio e distribuirlo, senza la necessità di modificare qualsiasi altro componente del sistema. Questo è davvero molto importante. Che cosa può’ causare un accoppiamento stretto? Un errore classico è scegliere uno stile di integrazione che leghi strettamente un servizio ad un altro, facendo sì che i cambiamenti all’interno del servizio richiedano un cambiamento per i consumatori.

ALTA COESIONE

Se vogliamo fare una change vogliamo essere in grado di apportare modifiche in un solo servizio e rilasciare la nuova versione il prima possibile. Applicare una modifica su più’ servizi comporta il costo di dover rilasciare più’ servizi e il rischio di dimenticare di applicare la change su tutti i servizi coinvolti.  La fase di progettazione ha quindi un ruolo fondamentale: occorre identificare i confini all’interno del nostro dominio in modo da dividere il dominio in N piccoli microservizi affinché’  un determinato comportamento o responsabilità’  sia sviluppato all’interno di un unico servizio. Per ottenere questo dobbiamo avere pero’chiaro il BOUNDED CONTEXT del nostro dominio.

bounded context

Il concetto di microservizi deriva dallo schema Bounded Context in DDD (Domain-Driven Design). DDD gestisce modelli di grandi dimensioni suddividendoli in più contesti delimitato e fornendo informazioni esplicite sui rispettivi limiti. Ogni contesto delimitato deve avere il proprio modello e il proprio database. Analogamente, ogni microservizio è proprietario dei rispettivi dati correlati. Ogni contesto delimitato inoltre ha un linguaggio comune specifico che semplifica le comunicazioni tra sviluppatori software ed esperti di dominio.

la risposta al giusto criterio di composizione dei servizi

Alta coesione, accoppiamento lasco e Bounded context sono quindi i tre criteri fondamentali presi in considerazione durante la progettazione di un architettura a microservizi. Una volta chiari questi concetti verrà’ più’ naturale suddividere il dominio applicativo in Bounded context sulla quale basare il dominio di un microservizio affinché’ ci  sia alta coesione all’interno del servizio e disaccoppiamento lasco con gli altri microservizi.

Eterogeneità delle Tecnologie

  • Quale tecnologie utilizzare in un architettura a microservice?
  • Ho letto che Paypal fa tutto con nodejs
  • Qual e’ il linguaggio migliore?

Queste sono le domande e considerazioni più stupide che leggo nelle community. Ragazzi i grandi sistemi come Netflix, Paypal e Facebook utilizzano architetture a microservizi con centinaia di microservizi sviluppati con una varietà’ di tecnologie e linguaggi che neanche immaginate. Questo perché’ essendo ogni microservice indipendente dall’ altro si tende ad utilizzare la tecnologia giusta per quel componente.  Quindi immaginatevi una grande piattaforma a microservizi:

  • avete bisogno di un engine ad altissime prestazioni e realtime? Svilupperete il vostro microservizio ad es in C++ o Elixir
  • Avete bisogno di un microservizio con algoritmi di machine learning? Utilizzate ad es Python per il vostro microservizio.

Stesso discorso per i database; si sceglie il tipo di database in base alla natura del singolo microservizio.

Resilienza

La gestione di errori imprevisti è uno dei problemi più difficili da risolvere, in particolare in un sistema distribuito. La resilienza è la capacità di accettare la possibilità’ di errori e continuare a funzionare. Non significa evitare gli errori, ma accettare il fatto che si verificheranno e trovare una modalità di gestione degli errori che eviti tempi di inattività o perdita di dati. Quindi come si può evitare che un errore di rete o di servizio si propaghi in cascata in altri servizi ? La soluzione : un client di servizio dovrebbe richiamare un servizio remoto tramite proxy che funziona in modo simile ad un interruttore automatico. Quando il numero di guasti
consecutivi supera una soglia, l’ interruttore di circuito scatta e per la durata di un periodo
di timeout tutti i tentativi di richiamare il servizio remoto si interrompono
immediatamente. Al termine del timeout, l’ interruttore automatico consente il passaggio
di un numero limitato di richieste di test. Se tali richieste hanno successo, l’ interruttore
ripristina il normale funzionamento. Altrimenti, se si verifica un errore, il periodo di
timeout ricomincia. Questo pattern e’ not come circuit breaker e ha il vantaggio che i servizi gestiscono il fallimento dei servizi che invocano, ma di contro è difficile scegliere i valori di timeout senza creare falsi positivi o introdurre eccessiva latenza

scalabilita’

Se la nostra architettura e’ monolitica e abbiamo problemi di performance su un singolo componente dobbiamo comunque scalare tutto insieme con la conseguenza di un alto costo causato dal fatto di dover scalare l’intero software. Con un architettura  a microservizi  possiamo semplicemente scalare quei servizi che lo richiedono, permettendoci di eseguire altre parti del sistema su hardware con meno risorse e quindi meno potente. Ad esempio se nella nostra applicazione di magazzino sappiamo che il microservizio ordini e’ un componente critico e con molto traffico, possiamo scalare con più istanze di servizio il solo componente ordini che ha bisogno di piu risorse hardware rispetto al microservizio magazzino .

deploy facile, veloce E AUTOMIZZATO

Con i microservizi, possiamo apportare una modifica a un singolo servizio e distribuirlo indipendentemente dal resto del sistema con tecniche di continuos delivery del tutto automizzate.
Questo ci permette di rilasciare le change al nostro software  più velocemente e in maniera più’ sicura. Se si verifica un problema durante un rilascio, possiamo isolare rapidamente il servizio che da problemi, rendendo facile e veloce il rollback. Significa anche che possiamo rilasciare la nostra nuova funzionalità ai clienti più velocemente. Questo è uno dei motivi principali per cui organizzazioni come Amazon e Netflix utilizzano queste architetture, per garantire massima velocità’  di ripristino in caso di regressioni.

 

MIGLIORE ORGANIZZAZIONE DEI TEAM

Molti di noi hanno riscontrato i problemi associati a team di grandi dimensioni che lavorano su codebase altrettanto grandi. Questi problemi possono essere aggravati quando il team e’ distribuito in diversi settori e uffici. Sappiamo anche che i team più piccoli che lavorano su codebase più piccole tendono ad essere più produttivi. I microservizi ci consentono di allineare meglio la nostra architettura alla nostra organizzazione, aiutandoci a ridurre al minimo il numero di persone che lavorano su qualsiasi codebase per ottenere la massima produttività’ del team.

risorse per studiare i  microservice

Spero abbiate apprezzato questa introduzione ai microservice. Se vi siete incuriositi o avete bisogno per lavoro di approfondire questa architettura vi consiglio di leggere assolutamente:

CON CHE LINGUAGGIO INIZIARE

Sottolineo per l’ennesima volta che un architettura a microservizi puo’ essere eterogenea dal punto di vista delle tecnologie e quindi potete utilizzare diversi linguaggi durante lo sviluppo dei vostri microservizi. Per un neofita vi consiglio Java, in quanto e’ il linguaggio piu’ utilizzato negli esempi che si trovano in letteratura. Inoltre in Java esiste un fantastico framework: Spring Cloud, il quale offre la flessibilita’ di Spring con l’aggiunta dello stack Netflix: un set di tool e librerie sviluppate da Netflix per risolvere tipici problemi di un architettura a microservizi (service Discovery (Eureka), Circuit Breaker (Hystrix), Intelligent Routing (Zuul) and Client Side Load Balancing (Ribbon). Pertanto nei prossimi articoli inizieremo a compiere i primi passi insieme con Spring Cloud.

microservice la panacea di ogni problema ?

Il potenziale di questo stile architetturale e’ altissimo. L’architettura a microservizi si pone come soluzione architetturale ideale per:

  • Software che hanno bisogno di un alta scalabilità’: Con l esplosione del world wide web, una piattaforma di dominio pubblico raggiunge rapidamente bacini di migliaia se non milioni di utenti.  I monoliti o architetture SOA faticano o scalano molto piu’ difficilmente e con un costo molto più’ alto. Questo perché’ con un architettura a microservizi riesci a scalare facilmente i microservizi più critici e quelli che hanno davvero bisogno di più risorse di calcolo senza dover scalare l’intero software. I Cloud provider più” noti offrono anche tecniche di auto-scaling utili per ottimizzare l’uso delle risorse di computing a seconda del traffico di quel momento
  • Progetti con release frequenti e che devono essere veloci come requisiti,
  • Software che operano su diversi domini caratterizzati da essere molto ricchi e complessi
  • Ambiente Agile con  piccoli  team di sviluppo interfunzionali che sviluppano prodotti di grandi dimensioni in collaborazione

E’ quindi la soluzione ideale per ogni software ? No, assolutamente no. Progettare e sviluppare un architettura a microservizi e’ veramente complesso. Il livello di competenze richieste e’ molto alto e mediamente poche aziende si possono permettere un team in grado di progettare e sviluppare un architettura a microservice:

  • servono architect con alte competenze in grado di individuare i contesti e dividerli accuratamente in microservice con un  giusto livello di granularità’ senza perdere di vista i principi che abbiamo riportato in questo articolo. Un errore in fase di progettazione e’ letale!
  • Nel team devono esserci figure altamente specializzate che non tutte le aziende si possono permettere: da software engineer che sanno sviluppare servizi scalabili con metodologie di CI&CD a figure altamente specializzate lato devOps, sistemistico e cloud.

Inoltre L’architettura a microservizi porta alcuni svantaggi e difficoltà’ rispetto ad un architettura a servizi o monolitica:

  • se nelle altre architetture era buona norma automatizzare la fase di build e deploy, in un architettura a microservice diventa un requisito obbligatorio se non vuoi far morire i tuoi sistemisti
  • Poiché ogni servizio gira  su processo separato, sono necessari strumenti di monitoraggio e manutenibilità per ciascun processo.
  • La comunicazione inter process tra i microservizi del tuo software influisce negativamente sulle prestazioni del tuo software e sul carico della rete. Meccanismi di caching diventano fondamentali per  migliorare le prestazioni.
    I microservizi introducono problemi associati al calcolo distribuito come sicurezza, transazioni, concorrenza, ecc

Il mio modesto pensiero al riguardo ? Amo questa architettura ma se non lavori su piattaforme con un bacino di milioni di utenti e stai realizzando il classico gestionale o software enterprise con un bacino di qualche centinaio di utenti,  progettare un architettura a microservice potrebbe essere “troppo” e potenzialmente potrebbe aumentare i costi dello sviluppo introducendo nuove difficoltà’ senza un chiaro beneficio. In questi casi un architettura a servizi  “decisamente meno micro”  potrebbe essere una soluzione migliore. La morale e’ quindi quella di valutare sempre il dominio e requisiti del software commissionato prima di decidere che tipo di architettura progettare

A proposito di me

Dario Frongillo

Software architect con un forte background in Java, Architettura REST, framework Spring , Database Design,progettazione e sviluppo di SPA e RIA Web application con framework Javascript. Attualmente mi occupo di sviluppo soluzioni software in ambito Banking e Finance: in particolare progettazione e sviluppo di applicativi web based per la realizzazione di sistemi di trading, interfacce con i mercati finanziari e di servizi real time.

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