На сегодняшний день микросервисная архитектура является одним из наиболее популярных подходов к проектированию масштабируемых распределённых систем. Она позволяет строить гибкие, отказоустойчивые решения, обеспечивающие независимость компонентов друг от друга, при этом ускоряя разработку и доставку программного продукта. Однако успех проекта зависит от грамотной декомпозиции системы на отдельные сервисы и правильного проектирования взаимодействий между ними.
Декомпозиция микросервисной архитектуры — это стратегический подход к разделению сложных систем на управляемые, автономные сервисы. В этой статье рассматриваются методологии и лучшие практики эффективного разделения монолитных приложений на целостные микросервисы, обеспечивающие гибкость и масштабируемость. Сразу оговорюсь: мы не будем делать каких-либо сравнений монолита и микросервиса, так как во-первых, данная статья не об этом, а во-вторых, на эту тему и так сломано немало копий написано много публикаций.
Основные принципы декомпозиции
Итак, начнем с того, что декомпозиция это ключевой этап перехода от монолитной архитектуры к микросервисной. Грамотная декомпозиция должна учитывать бизнес-задачи, обеспечить максимальную автономность сервисов и упростить процессы разработки и поддержки. Рассмотрим подробнее основные принципы эффективной декомпозиции.
Идея отдельных, маленьких сервисов предполагает однозначность ответственности. То есть, каждый микросервис должен отвечать за одну отдельную область функциональности системы («делать одну вещь и делать её хорошо»). Например, один сервис должен отвечать только за отправку сообщений, другой только за их редактирование, третий за получение новых и т.д.
Важным преимуществом микросервисов является их независимость. Сервисы должны разрабатываться независимо друг от друга и иметь минимально возможное количество зависимостей. Обычно, микросервисную архитектуру реализуют на основе контейнеров (хотя есть и исключения) и при реализации сервисов мы можем реализовывать их на разных языках и с помощью разных библиотек, тем самым как раз обеспечивая их независимость.
Еще один существенный аспект эффективной декомпозиции это минимальное число точек интеграции. Нужно минимизировать зависимость сервисов друг от друга посредством API и асинхронных механизмов взаимодействия.
В дополнение к теме независимости стоит упомянуть автономность баз данных. У каждого микросервиса должна быть своя база данных или хранилище данных, исключающее совместную ответственность за одни и те же данные.
Одним из основных недостатков микросервисов считается сложность взаимодействия между сервисами при выполнении пользовательских запросов и других задач. Архитектор решения должен четко определить стандарты коммуникации между компонентами, включая форматы запросов и ответов, типичные механизмы аутентификации и авторизации.
От теории к практике
Для лучшего понимания основных принципов декомпозиции и проектирования микросервисной архитектуры рассмотрим практический пример для интернет-магазина.
Представим, что нам необходимо спроектировать интернет-магазин, состоящий из множества функций: каталога товаров, управления заказами, обработки платежей, логистики доставки, взаимодействия с пользователями и т.п. Мы будем использовать микросервисный подход и далее, рассмотрим этапы декомпозиции такого проекта на уровне архитектуры.
Определение доменных границ
Прежде всего нам необходимо определить границы функциональных областей. Для этого воспользуемся методикой Domain Driven Design (DDD).
Это методология проектирования программного обеспечения, ориентированная на глубокое понимание предметной области (domain), выделение значимых сущностей и построение моделей, отражающих бизнес-процессы и правила. Цель DDD заключается в создании архитектурных решений, которые точно соответствуют потребностям бизнеса и легко адаптируются к изменениям.
В соответствии с этой методологией мы разделим наш магазин на модули, соответствующие основным бизнес функциям:
Каталог товаров (Product Catalog)
Управление заказами (Order Management)
Платежи (Payment Processing)
Логистика и доставка (Logistics and Delivery)
Профиль пользователей (User Profile)
Аналитика продаж (Sales Analytics)
Каждый представленный в этом списке модуль станет отдельным сервисом, ответственным за свою собственную функциональность. То есть, мы определили сервисы верхнеуровнево и теперь нам нужно разбить каждый модуль на самостоятельные сервисы.
Разделение функционала по сервисам
Если модули это верхнеуровневые сущности, то сервисы это кирпичики, из которых построены модули. По сути эти кирпичики и есть наши микросервисы, которые мы можем реализовать в отдельных контейнерах независимо друг от друга.
Начнем с Каталога товаров. Здесь каждый товар относится к отдельной подкатегории, может иметь свои атрибуты и как правило имеет изображение. Также важным элементом крупных интернет магазинов и маркетплейсов является рекомендательная система, которую мы также добавим в каталог.
Каталог товаров:
Подкатегории товаров
Атрибуты товаров
Изображения товара
Система рекомендаций товаров
После выбора нужных товаров, пользователь добавляет их в заказ. Соответственно, система Управления заказами содержит сервис для формирования заказов, просмотра истории покупок и функционал по возврату товаров.
Управление заказами:
Формирование заказов
История покупок
Управление возвратами
Для получения собранного заказа пользователю необходимо выполнить оплату. Для этого у нас в модуле Платежи должны быть сервисы для интеграции с платежными системами, обработке транзакций и проверки счетов.
Платежи:
Интеграция с платёжными шлюзами
Обработка транзакций
Проверка счетов
Модуль Логистика и доставка отвечает за расчет стоимости доставки заказа пользователю, возможностей по отслеживанию и связи с курьерскими компаниями.
Логистика и доставка:
Расчёт стоимости доставки
Трекинг посылок
Связь с курьерскими компаниями
Нам необходимо обеспечивать аутентификацию и авторизацию пользователя на нашем портале. Для этого модуль Профиль пользователей должен обеспечивать сервисы по регистрации и аутентификации, также получение информации о пользователе и взаимодействие с корзиной покупателя.
Профиль пользователей:
Регистрация и аутентификация
Информация о покупателе
Поддержка корзины покупателя
Для оценки эффективности работы нашего портала в модуле Аналитика продаж должен осуществляться сбор статистики, генерация отчетов и прогнозирование спроса.
Аналитика продаж:
Сбор статистики
Генерация отчётов
Прогноз спроса
Итак, мы разобрались с тем, как можно декомпозировать наше решение на отдельные микросервисы. Теперь нам необходимо спроектировать структуру коммуникаций между сервисами.
Проектирование коммуникаций между сервисами
Следующим важным этапом нашего процесса проектирования является определение способов связи между различными сервисами. Здесь возможны три варианта коммуникационных схем:
Синхронная связь на базе RESTful API и gRPC. Такой метод коммуникации используется тогда, когда требуется немедленный отклик на запрос клиента или другого сервиса, то есть архитектура взаимодействия не предполагает сколько-нибудь значительных задержек. Например, в нашем интернет-магазине это будет синхронизация заказа и оплаты в сервисе Payment Processing.
Асинхронная связь с использованием очередей сообщений, например, на основе Kafka. Применяется для случаев, когда задержки в получении ответа приемлемы. В нашем примере это уведомление профиля пользователя о новом заказе через очередь сообщений.
И третий вариант, это шлюзы API Gateway. В этом варианте используется служба-шлюз, объединяющая обращения клиентов к различным внутренним сервисам. Это удобно например, для фронтендов, поскольку клиенты получают единый интерфейс доступа ко всей системе.
Организация инфраструктуры баз данных
База данных это неотъемлемая часть любого серьезного приложения. В БД мы храним информацию о клиентах, заказах, товарах, логистические данные и многое другое. Особенностью взаимодействия БД в микросервисной архитектуре является то, что каждая группа сервисов должна владеть своей базой данных, независимой от остальных сервисов. Обычно здесь применяется подход "каждому сервису — своя БД".
Для нашего решения можно предложить следующую структуру БД.
БД для модуля Продукт-каталог будет хранить атрибуты товаров, категории, фотографии.
Модуль Пользователи: личные данные покупателей, профили, корзины.
База модуля Заказы будет сохранять информацию о созданных заказах, историю покупок, возвраты.
Для модуля Платежи мы будем хранит информацию о транзакциях и платёжные реквизиты.
А в базе для модуля Доставка мы сохраним статус посылок, маршруты доставки.
Такой подход обеспечивает изоляцию данных и уменьшает риски влияния сбоев одного компонента на остальные.
Заключение
Подводя итог отметим, что проектирование устойчивых микросервисных архитектур требует тщательной подготовки и планирования. Важно придерживаться четкого разделения обязанностей, избегать тесных интеграций между сервисами и внедрять современные подходы к разработке и инфраструктуре.
Также, при проектировании не стоит забывать о необходимости балансировки нагрузки между серверами и кэширование часто запрашиваемых ресурсов для обеспечения высокой производительности. Помимо этого, нужно осуществлять репликации баз данных для повышения доступности и мониторинг производительности и обнаружение аномалий (Prometheus, Grafana).
Следуя изложенным принципам, мы получаем высокоэффективную, легко расширяемую и устойчивую систему, способную выдерживать высокие нагрузки и обеспечивать надёжность обслуживания даже в сложных ситуациях.
Правильная декомпозиция помогает ускорить разработку и уменьшить риски технических проблем, превращая сложную монолиту в гибкую экосистему сервисов, ориентированных на решение конкретной бизнес-задачи.
Если вы хотите проектировать такие системы не интуитивно, а осознанно, стоит углубиться в архитектурные принципы и шаблоны. На курсе «Архитектура и шаблоны проектирования» разбирают SOLID, паттерны и системное мышление — чтобы решения выдерживали рост нагрузки и сложности, а не рассыпались при первом масштабировании. Чтобы узнать, подойдет ли вам программа курса, пройдите вступительный тест.
Для знакомства с форматом обучения и экспертами приходите на бесплатные демо-уроки:
24 февраля 20:00. «Создание микросервиса». Записаться
12 марта 20:00. «Практикум проектирования приложения с помощью DDD». Записаться
24 марта 20:00. «Обработка исключений и SOLID». Записаться
