۵ راز ساخت سیستم قدرتمند با پیاده سازی معماری میکروسرویس : چالش ها و راه حل ها

معماری میکروسرویس (Microservice Architecture) به واسطه مزیت‌هایی مانند مقایس‌پذیری، پایداری و انعطاف‌پذیری بالا، جهان توسعه نرم‌افزار را دگرگون کرده است. در طول سال‌های اخیر، بسیاری از سازمان‌ها از معماری مونولیتیک به معماری میکروسرویس مهاجرت کرده‌اند؛ البته این اقدام باید با احتیاط و برنامه‌ریزی دقیق انجام شود تا نقاط قوت آن به‌درستی در دسترس شما قرار گیرند. پیش‌تر، یک آموزش میکروسرویس در اختیار شما قرار داده‌ایم که با مشاهده آن می‌توانید بایدها و نبایدها و مسیر شغلی آن را درک کنید. اکنون در این مطلب، به بررسی بهترین روش های پیاده سازی معماری میکروسرویس و Best Practice های آن پرداخته می‌شود.

معماری میکروسرویس چیست؟

میکروسرویس یک معماری نرم‌افزار است که در آن، اپلیکیشن به مجموعه‌ای از سرویس‌های مستقل و کوچک تقسیم و ایجاد می‌شود. در این معماری، هر میکروسرویس عملکرد مشخص و تعریف‌شده‌ای دارد و برای برقراری ارتباط با سایر سرویس‌ها، از API های سبک (Lightweight) استفاده می‌کند. از مهم‌ترین مشخصه‌های معماری میکروسرویس، می‌توان به استقلال عملیاتی هر میکروسرویس، اتصالات سست (Loose Coupling) سرویس‌ها، امکان مقیاس‌پذیری و سازگاری آن با آخرین تکنولوژی‌های روز دنیای فناوری اشاره کرد. ما در مقاله میکروسرویس چیست، به بررسی کامل آن پرداخته‌ایم که پیشنهاد می‌کنیم حتماً آن را مطالعه نمایید.

مزایای معماری میکروسرویس 

مزیت های معماری میکروسرویس در ادامه لیست شده‌اند:

• انعطاف‌پذیری: درصورت نیاز، امکان سازگاری و تکامل با تغییرات را دارد.
• پایداری: اگر یکی از سرویس‌ها در معماری میکروسرویس به مشکل بخورد، مشکلی در سایر سرویس‌ها به‌وجود نمی‌‌آید.
• مقایس‌پذیری: شما می‌توانید با افزودن سرویس‌هایی به معماری میکروسرویس‌، آن را به‌صورت افقی Scale کنید.
• توسعه سریع: افراد تیم این امکان را دارند که به‌صورت مستقل برروی بخش‌های جداگانه‌ای از سرویس‌ها کار کنند.
• بهبود نگهداری کد: درک و آپدیت Codebase های کوچک آسان‌تر است.

علاقه‌مندان می‌توانند برای آشنایی بیشتر با جزئیات و نقاط مثبت این معماری، مقاله مزایای معماری میکروسرویس را مطالعه کنند.

معایب معماری میکروسرویس

مزیت‌های میکروسرویس غیرقابل انکار است؛ با این وجود، پیاده سازی معماری میکروسرویس کاستی‌هایی دارد که در ادامه به آن اشاره خواهد شد.

• احتمال بروز پیچیدگی در مدیریت ارتباط بین سرویس ها
• توجه به سازگاری داده‌ها روی سرویس‌های مختلف
• نیاز به رویکردهای مختلفی برای تست و اشکال‌زدایی

با این مقدمه، در ادامه به بررسی بهترین روش های پیاده سازی معماری میکروسرویس می‌پردازیم.

۵ نکته مهم برای پیاده سازی معماری میکروسرویس

با دنبال کردن اصول و بهترین روش های پیاده سازی معماری میکروسرویس ، می‌توانید از ویژگی‌های قدرتمند این معماری بهره‌مند شوید. این Best Practice ها ، در ادامه شرح داده می‌شوند.

۱- اصول طراحی: ایجاد پایه قدرتمند

زمانی که از اصول طراحی معماری میکروسرویس صحبت می‌شود، رعایت کردن موارد زیر، کمک‌کننده خواهند بود:

• اصول SOLID: استفاده از اصول SOLID امکان تست، نگهداری و Loose Coupling سرویس‌ها در معماری میکروسرویس را تضمین می‌کنند.
• Bounded Context ها: تعیین مرزبندی‌های شفاف براساس دامنه، مواردی همچون کاهش پیچیدگی، امکان توسعه و استقرار مستقل را ترویج می‌دهد. برای آشنایی بیشتر، به مقاله Bounded Context در توسعه نرم افزار رجوع کنید.
• API Gateway: می‌توان به‌واسطه API Gateway متمرکز، ترافیک را مدیریت کرد، سیاست‌های امنیتی مختلفی را اعمال کرده و تعاملات کلاینت را تسهیل بخشید. بدین طریق، یک Access Point تحت کنترل و انتزاعی ارائه خواهد شد. در مقاله میکروسرویس : API Gateway چیست؟ این موضوع را به‌طور کامل شرح داده‌ایم که به شما توصیه می‌کنیم حتماً آن را مطالعه نمایید.
• معماری رویدادمحور (Event-Driven Architecture): در شرایطی که لازم باشد ارتباط سرویس‌ها به‌صورت سست و مقیاس‌پذیر باشد، این رویکرد، به‌ویژه در تعاملات غیرهمگام (Asynchronous Interactions)، مناسب است.
• CQRS (Command Query Responsibility Segregation): جداسازی مدل‌های Write و Read به بهبود کارایی و سازگاری منجر می‌شود. این موضوع به‌صورت ویژه برای اپلیکیشن‌هایی مناسب است که امکان پردازش داده‌های وسیعی را دارند.
• API Versioning: برای رسیدگی به تغییرات گسترده، پیشنهاد می‌شود که از استراتژی‌های همچون URL Path Versioning یا Header-Based Versioning بهره‌مند شوید.

۲- بهترین روش های توسعه: ساخت سرویس های کارآمد

در گام دوم از پیاده سازی معماری میکروسرویس ، به بررسی موارد مهم در توسعه آن پرداخته می‌شود:

• انتخاب تکنولوژی: انتخاب تکنولوژی، یکی از بنیادی‌ترین اقدامات لازم برای پیاده سازی معماری میکروسرویس محسوب می‌شود و لازم است با دقت و احتیاط انجام شود. تکنولوژی انتخابی باید با نیازمندی‌های پروژه، تخصص تیم فنی و نگهداری درازمدت (Long-term Maintenance) اپلیکیشن هم‌تراز باشد. در این مسیر با انواع زبان های برنامه نویسی ، مانند سی شارپ و همچنین فریمورک‌های مختلف کار خواهید کرد.
• میکرو فرانت اند ها (Micro Frontends): اگر UI پیچیده باشد، می‌توان از Micro Frontend ها به هدف توسعه ماژولار، تسهیل نگهداری و امکان استفاده مجدد بهره‌مند شد. به‌عنوان مثال، شرکت‌های همچون Spotify ،Airbnb یا توییتر از میکروفرانت‌اندها برای توسعه UI استفاده می‌کنند.
• تست‌نویسی جامع: با پیاده‌سازی انواع استراتژی تست‌نویسی، شامل Unit Testing و Integration Testing و End-To-End Testing از کیفیت سرویس اطمینان پیدا کنید.
• روش‌های CI/CD: به منظور کاهش مداخله‌های Manual، عرضه سریع و آسان، به خودکارسازی استقرارها ازطریق ابزارهای کارآمد بپردازید.

۳- استراتژی های استقرار معماری میکروسرویس: تسهیل انتشار

در زمینه استقرار معماری میکروسرویس، می‌توان استراتژی‌های زیر را به کار برد:

• کانتینرسازی: استقرار سرویس‌ها در کانتینرهای ایزوله (داکر و کوبرنتیس)، مزیت‌هایی مانند استفاده بهینه از منابع، قابل حمل بودن (Portability) و بهبود مقیاس‌پذیری را به‌همراه دارد.
• میکروسرویس‌های بدون سرور: برای رسیدن به مقیاس‌پذیری بهبودیافته و مقرون‌به‌صرفه، امکان بررسی گزینه‌هایی همچون AWS Lambda و Azure وجود دارد. این موضوع به‌طور ویژه برای آن دسته از لودهای کاری مناسب است که مبتنی‌بر رویداد (Event-Driven) هستند.
• زیرساخت به‌عنوان کد (IaC): خودکارسازی فرآیند تهیه و پیکربندی زیرساخت با استفاده از ابزارهایی مانند Terraform یا Ansible ممکن است. بدین طریق، تطبیق‌پذیری، امکان استفاده مجدد و مدیریت روی محیط‌های مختلف تسهیل می‌‌یابند.
• استقرار Blue-Green: همزمان با نسخه‌های موجود، به استقرار نسخه‌های جدید بپردازید تا به تدریج ترافیک شیفت بیابد.
• استقرار Canary: می‌توان نسخه‌های جدید را ابتدا برای زیرمجموعه کوچک‌تری از کاربران استقرار کرد تا پیش از هر موضوعی، از پایداری اطمینان پیدا کرده و بازخوردهای افراد را دریافت کنید.

۴- ضرورت های مدیریت معماری میکروسرویس : مانیتورینگ و نگهداری

برای نظارت و نگهداری میکروسرویس ، اقدامات زیر مفید خواهند بود.

• ابزارهای مانیتورینگ: نظارت مستمر روی کارایی و سلامت سرویس‌ها، ازطریق پرومتئوس یا Grafana مطلوب خواهد بود. به این ترتیب، با پیگیری معیارهای کلیدی مانند تأخیر (Latency)، نرخ خطا و منابع مورد استفاده، می‌توان به‌صورت فعالانه، مشکلات بالقوه را تشخیص داد.
• لاگ‌گیری: می‌توان با پیاده‌سازی شیوه‌های Logging، سطوح مختلفی از آن را برای به‌دست آوردن اطلاعات مرتبط به کار برد.
• هشدار و نوتیفیشکن: با راه‌اندازی هشدارهایی برای شرایط بحرانی، این امکان فراهم می‌شود که اعضای تیم به‌سرعت از آن‌ها با خبر شوند و به فکر راه چاره‌ای باشند.

۵- ملاحظات امنیتی: محافظت از معماری میکروسرویس

با در نظر داشتن موارد زیر، به حفظ امنیت معماری میکروسرویس بپردازید:

• Authentitication و Authorization: با اعمال مکانیزم‌های احزار هویت و اعطای مجوز، از سرویس‌های معماری میکروسرویس خود حفاظت کنید. شما می‌توانید استانداردهایی مانند OAuth و OpenID را برای کنترل دسترسی کاربر پیاده‌سازی کنید.
• رمزگذاری داده‌ها: می‌توان داده‌های حساس را ازطریق الگوریتم‌های رمزگذاری (Encryption) محافظت کرد. شایان ذکر است که ابزارهایی مانند TLS/SSL به‌منظور ایمن‌سازی کانال‌های ارتباطی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
• ایزوله‌سازی میکروسرویس: سرویس‌ها را در محیط‌های ایزوله استقرار کنید تا ریسک‌های امنیتی کمینه شوند و تأثیرات مربوط به تخلف‌های احتمالی محدود شوند.
• استفاده از اصول Zero Trust: با پیاده‌سازی اصول Zero Trust، تمامی درخواست‌ها صحت‌سنجی می‌شوند و دسترسی‌های Privilege به‌صورت حداقلی اعطا خواهند شد.
• بررسی مستمر نقاط آسیب‌پذیری: اگر سرویس‌ها و کانتینرها به‌صورت مستمر از نظر آسیب‌پذیری اسکن شوند، می‌توان به‌واسطه Patch هایی مشکلات را پیگیری کرد.

بررسی آماری: رشد تصاعدی معماری میکروسرویس 

معماری میکروسرویس درطول سال‌های اخیر به شهرت فراوانی رسیده است. این معماری نرم‌افزار، به‌دلیل چابکی، امکان مقیاس‌پذیری مستقل و بهبود قابل‌اکتفا بودن آن، توسط بسیاری از سازمان‌ها به کار می‌رود. داده‌های آماری گوناگونی، رشد نمایی معماری میکروسرویس را تأیید می‌کنند. بررسی گزارش‌ CNCF Survey 2023 نشان می‌دهد که میکروسرویس توسط ۸۴٪ از شرکت‌‌کنندگان این پرسشنامه استفاده می‌شود. ضمن اینکه ۶۲٪ از افراد آن را در محیط محصول (Production Environment) به‌کار می‌برند. علاوه‌بر این، با استناد به داده های آماری گزارش RightScale 2023 State of the Cloud بیش از ۷۸٪ از سازمان‌ها از میکروسرویس استفاده می‌کنند.

میکروسرویس: معماری آینده برای توسعه نرم افزار

رشد قابل توجه معماری میکروسرویس غیرقابل انکار است و به همین دلیل، بسیاری از سازمان‌های بزرگ در صدد مهاجرت به آن هستند. با پیاده‌سازی معماری میکروسرویس می‌توان از چابکی، مقیاس‌پذیری و قابل اکتفا بودن آن در توسعه نرم افزار مدرن بهره‌مند شد. در این مقاله به بررسی بهترین روش های پیاده سازی معماری میکروسرویس و Best Practice ها پرداخته شد. برای آن که استفاده از این معماری موفقیت‌آمیز باشد، برنامه‌ریزی دقیق و انتخاب ابزارهای مناسب اهمیت فراوانی دارد.