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Una guía profunda sobre la arquitectura de microservicios

Los microservicios representan un enfoque arquitectónico para el desarrollo de software que estructura una aplicación como una colección de servicios modulares y autocontenidos, en lugar de una sola unidad monolítica. Este enfoque proporciona una mayor agilidad, escalabilidad y resiliencia.

A medida que las empresas buscan cada vez más construir e implementar aplicaciones complejas y a gran escala en la nube, muchas están adoptando la arquitectura de microservicios por su flexibilidad y naturaleza descentralizada. Sin embargo, la transición a los microservicios también introduce nuevas complejidades en torno a la gestión y coordinación de grandes números de servicios de componentes independientes.

Esta guía completa examina los beneficios y desafíos de los microservicios, las tecnologías clave que los permiten e implementar con éxito un enfoque de microservicios. Ofrece una valiosa orientación tanto para los equipos de ingeniería que buscan rearchitecturar aplicaciones heredadas monolíticas como para las empresas de productos que evalúan desarrolladores de software externos para construir nuevas soluciones basadas en microservicios.

¿Qué son los microservicios?

Los microservicios se refieren a un estilo arquitectónico que estructura una aplicación como una colección de servicios débilmente acoplados, independientemente desplegables, en lugar de construir toda la aplicación como una sola unidad monolítica.

“El estilo arquitectónico de microservicios es un enfoque para desarrollar una única aplicación como un conjunto de pequeños servicios, cada uno ejecutándose en su propio proceso y comunicándose con mecanismos ligeros, a menudo una API de recursos HTTP”. – Martin Fowler

En este modelo descentralizado, los servicios tienen una funcionalidad enfocada y pueden interactuar con otros servicios y desplegarse de forma independiente a través de interfaces claramente definidas, típicamente API RESTful o protocolos de mensajería similares. Esto permite actualizaciones más rápidas y frecuentes, ya que un cambio en un componente no afecta a todo el sistema.

Algunos ejemplos de microservicios comunes para una aplicación de comercio electrónico incluyen:

  • Servicio de catálogo de productos – Examinar y buscar productos
  • Servicio de carrito de compras – Añadir/eliminar productos y administrar el carrito
  • Servicio de pedidos – Realizar pedidos y procesar pagos
  • Servicio de cuenta de usuario – Administrar datos de usuario y autenticación

Cada servicio maneja su propia lógica y almacenamiento de datos, mientras que la aplicación coordina solicitudes entre servicios. Por lo tanto, en esencia, una arquitectura de microservicios descompone aplicaciones monolíticas grandes en un conjunto de servicios modulares distribuidos.

Esto proporciona una mayor flexibilidad para escalar o actualizar áreas específicas de una aplicación bajo demanda. Amazon y Netflix son ejemplos bien conocidos de empresas que utilizan microservicios.

Aplicación monolíticaAplicación de microservicios
Unidad unificada únicaColección de servicios independientes
Código, datos y configuración combinadosComponentes modulares con lógica y datos propios
La aplicación completa se escala a la vezCada servicio escala de forma independiente
Modelo de desarrollo en cascadaPermite equipos ágiles en paralelo

En resumen, los microservicios proporcionan mayor agilidad, escalabilidad y velocidad frente a las arquitecturas monolíticas tradicionales mediante la descomposición de aplicaciones en servicios distribuidos y desacoplados. Sin embargo, este diseño distribuido también introduce complejidades en torno a la coordinación y el despliegue de grandes cantidades de servicios.

Principales beneficios de los microservicios

La arquitectura de microservicios ofrece varios beneficios notables sobre el diseño de aplicaciones monolíticas:

Tiempo de comercialización más rápido

Con equipos descentralizados y servicios más pequeños y enfocados, el desarrollo puede progresar en paralelo. Las nuevas funciones o actualizaciones se pueden implementar para servicios específicos sin reconstruir ni probar toda la aplicación. Esta agilidad es compatible con la entrega continua y un tiempo de comercialización más rápido con mejoras incrementales.

Mantenimiento y actualizaciones más fáciles

Los microservicios están débilmente acoplados, por lo que la mayoría de las actualizaciones solo afectan a un servicio en lugar de forzar una implementación de toda la aplicación monolítica. Esto simplifica las pruebas y permite a los desarrolladores innovar y responder más rápido a los requisitos comerciales cambiantes.

Escalabilidad flexible

El diseño modular permite escalar rápidamente servicios individuales para satisfacer los picos de demanda en lugar de escalar toda la aplicación. Por lo tanto, la capacidad se puede igualar con precisión a las necesidades de uso de una manera rentable.

Aislamiento de fallas y resiliencia

Los problemas con un solo servicio no necesariamente derribarán otros servicios que no se vean afectados o toda la aplicación. Esto mejora el tiempo de actividad general y la resiliencia. Los microservicios también se prestan bien a la integración continua y la automatización de infraestructura.

Flexibilidad tecnológica

Los equipos pueden usar el lenguaje de codificación o los marcos más adecuados para las necesidades de un servicio, en lugar de verse obligados a utilizar una plataforma tecnológica uniforme. La capacidad de mezclar y recombinar lenguajes y frameworks evita el bloqueo de proveedores o tecnologías.

Desafíos de los microservicios

Si bien los microservicios ofrecen beneficios en velocidad, escalabilidad y resiliencia, el diseño distribuido también introduce complejidades:

Mayor sobrecarga de implementación

Existen más servicios para coordinar implementaciones en diferentes servidores o contenedores. La automatización y la orquestación son fundamentales para administrar miles de servicios.

Depuración y supervisión

La depuración se vuelve más complicada con numerosos servicios en lugar de un monolito. El monitoreo, las métricas y los registros centralizados son cruciales para la observabilidad en todo un ecosistema de microservicios.

Complejidad de red agregada

La arquitectura depende de patrones de comunicación y redes de servicio confiables. Introducir muchos servicios con comunicación interna intensiva puede crear problemas de latencia.

Sobrecarga de replicación de datos

Cada servicio puede necesitar su propia base de datos u otros componentes de datos replicados, lo que significa un mayor almacenamiento y demandas de memoria. Las capas de caché ayudan a minimizar este problema al reducir las solicitudes de datos duplicados.

Escasez de talento

Hay menos desarrolladores con experiencia en la construcción de servicios desacoplados y resilientes orientados a capacidades comerciales frente a modelos monolíticos. Las habilidades de DevOps y la competencia en automatización también crecen en importancia con los equipos de microservicios.

En esencia, un enfoque de microservicios intercambia simplicidad por agilidad. Si se hace correctamente, los microservicios pueden acelerar la velocidad de las funciones, escalar de manera óptima y evitar que los cortes se extiendan a todo el sistema. Sin embargo, la complejidad aumenta dramáticamente con la adición de servicios. La sobrecarga operativa en torno a la implementación, el trabajo en red, la supervisión, los flujos de datos y las habilidades del equipo debe tener un papel prominente en las hojas de ruta de ejecución.

Veamos algunas de las tecnologías clave que ayudan a permitir los microservicios…

Tecnologías que permiten los microservicios

Varias capacidades ayudan a facilitar las arquitecturas basadas en servicios débilmente acoplados:

Contenedores y orquestación de contenedores

Los contenedores empaquetan el código de una aplicación con solo los componentes de soporte, como bibliotecas y dependencias, necesarios para que se ejecute de manera uniforme en diferentes entornos informáticos. Esto proporciona una mayor coherencia frente a las discrepancias entre las computadoras portátiles de los desarrolladores, los entornos de prueba, preparación y producción.

Entre las populares plataformas de contenedores se incluyen los entornos en tiempo de ejecución de contenedores Docker y Rocket que permiten a los desarrolladores compilar, compartir y ejecutar contenedores sin preocuparse por las inconsistencias del entorno.

La orquestación de contenedores ayuda a automatizar la implementación, el trabajo en red, el escalado y la disponibilidad de los microservicios contenerizados en clústeres de servidores. Kubernetes se ha convertido en un orquestador estándar abierto, que administra de forma nativa cargas de trabajo y servicios contenerizados en toda la infraestructura de nube pública y privada.

Juntos, los contenedores y orquestadores como Kubernetes simplifican la implementación de grandes cantidades de microservicios en entornos de ejecución dinámicos y elásticos.

Malla de servicios

Una malla de servicio gestiona aún más las comunicaciones, el control y la observabilidad entre microservicios, manejando:

  • Descubrimiento de servicios
  • Redes resilientes entre contenedores
  • Gestión de tráfico
  • Pasarelas de API
  • Políticas de seguridad
  • Recopilación de métricas

Entre las populares soluciones de malla de servicio de código abierto se incluyen Istio y Linkerd 2, que se integran de forma nativa con Kubernetes. Al externalizar funciones como el enrutamiento de servicios, la telemetría y las políticas fuera del código, los equipos pueden desarrollar microservicios más rápido sin necesidad de reinventar mecanismos fundamentales.

Puertas de enlace de API

Una puerta de enlace de API proporciona un punto de entrada unificado para clientes y actúa como proxy inverso para abstraer complejidades del servicio. Puede manejar seguridad, limitación de velocidad, monitorización, métricas y enrutamiento de solicitudes a los microservicios apropiados aguas abajo.

Entre los productos de pasarela de API líderes se incluyen Kong, Tyk y Apigee. Utilizado junto con mallas de servicios, las puertas de enlace de API y las mallas se complementan para manejar las redes de servicios externos e internos respectivamente.

Mensajería/transmisión de eventos

La mensajería asíncrona ayuda a conectar servicios y flujos de datos a través de la transmisión de eventos ligeros:

  • Las colas de mensajes enrutan la información de manera fiable entre servicios.
  • La transmisión de eventos propaga cambios de estado externamente a través de sistemas.
  • Function-as-a-Service ejecuta código en tiempo real en respuesta a eventos.

Entre los conocidos brokers de mensajería de código abierto se incluyen Apache Kafka, RabbitMQ y Apache Pulsar. En conjunto con mallas de servicios y pasarelas de API, la mensajería permite microservicios receptivos y desacoplados.

Cómo adoptar con éxito los microservicios

La migración de monolitos heredados o el diseño de nuevos sistemas basados ​​en microservicios implica una planificación y ejecución cuidadosas en tecnología, procesos y organización:

Obtener apoyo del liderazgo

La transición de monolitos requiere el compromiso de la dirección a la par de una nueva plataforma tecnológica importante. Asegúrese de que las partes interesadas comprendan la visión a largo plazo, la hoja de ruta de ejecución y el impacto del cambio en las personas, los procesos, la gobernanza y la tecnología.

Adoptar un enfoque gradual

En lugar de una reescritura inmediata, transfiere gradualmente los servicios orientados desde los monolitos primero. Construye API alrededor de funciones existentes para segmentar nuevos microservicios; retira las capacidades obsoletas más tarde. Esto minimiza el riesgo mientras valida los patrones de diseño.

Implementar observabilidad centralizada

El monitoreo unificado, el registro y las métricas son obligatorios al tratar con miles de servicios distribuidos versus un monolito. Plataformas como Prometheus, Grafana, Elasticsearch, Zipkin, Jaeger o herramientas comerciales brindan información sobre servicios.

Estandarizar bloques de construcción fundamentales

Define estándares en torno a seguridad, acceso a datos, protocolos de mensajería, API, redes, entornos de ejecución y pruebas para agilizar el desarrollo. Las plataformas de contenedores y las mallas de servicios manejan la infraestructura fundamental.

Automatizar pruebas e implementaciones

Las pruebas automatizadas, el aprovisionamiento de infraestructura y la implementación continua minimizan la complejidad de lidiar con tantos componentes desacoplados. Los marcos de canalización como Jenkins, Spinnaker y CircleCI enfatizan la calidad del código y los procesos de lanzamiento predecibles.

Inculcar una cultura DevOps

El mayor ritmo de lanzamientos de código y las demandas de infraestructura impulsan la necesidad de colaboración entre los equipos de desarrollo y operaciones. Metas, herramientas, prácticas y responsabilidades compartidas eliminan los silos.

Gobernar la descentralización de la arquitectura

Si bien los arquitectos renuncian a cierto control sobre los detalles del sistema, una mayor gobernanza se asegura de que los servicios se alineen con los estándares y patrones. Los cambios de políticas ocurren rápidamente en cascada dentro de los sistemas descentralizados.

Dimensionar adecuadamente la granularidad de los servicios

Evite servicios con límites demasiado grandes o demasiado pequeños. Oriente el nivel descomponiendo por capacidades o dominios comerciales versus funciones técnicas o capas de aplicaciones. Los servicios requieren una clara separación de funciones y propiedad de datos.

Consejos clave y resumen

  • La arquitectura de microservicios descompone aplicaciones monolíticas en servicios distribuidos y desacoplados en torno a capacidades.
  • Los beneficios incluyen agilidad, escalabilidad flexible, aislamiento de fallas y heterogeneidad tecnológica.
  • Los inconvenientes abarcan una mayor complejidad en torno a redes, pruebas, monitoreo e implementaciones.
  • Los contenedores, los orquestadores de contenedores y las mallas de servicios ayudan a administrar los entornos de microservicios.
  • Adopte un enfoque incremental centrado en la automatización, las API, la gobernanza y el cambio cultural.

En conclusión, los microservicios empoderan la velocidad, la escalabilidad y la resiliencia del producto a través de servicios modulares frente a aplicaciones monolíticas. Pero la coordinación distribuida exige una mayor instrumentación de operaciones, monitoreo y automatización.

Las organizaciones deben equilibrar los beneficios frente a las complejidades agregadas, considerando profundamente tanto las transformaciones técnicas como de procesos necesarias para ejecutar con éxito este enfoque arquitectónico a escala.

Preguntas frecuentes

¿Cuáles son algunos ejemplos de empresas que utilizan microservicios?

Algunos ejemplos bien conocidos de empresas web de consumo que aprovechan los microservicios incluyen Netflix, Amazon, eBay, Twitter, PayPal, Uber y Airbnb. Empresas de servicios financieros como Capital One, JP Morgan Chase y Goldman Sachs también utilizan activamente los microservicios en sus pilas de aplicaciones de software.

¿Qué tan pequeño debería ser un microservicio?

No hay reglas definitivas, pero los principios de granularidad sugieren orientar los límites del servicio en torno a capacidades comerciales específicas o contextos en lugar de funciones técnicas o capas de aplicaciones. Evite servicios excesivamente grandes o con grano fino.

¿Cómo se comunican los microservicios?

Los patrones de comunicación típicos entre servicios implican API RESTful síncronas HTTP/JSON o protocolos de mensajería asíncronos como AMQP o Kafka. Evite acoplamientos directos innecesarios entre servicios.

¿Se pueden implementar microservicios sin contenedores?

Es posible pero no óptimo. Los contenedores crean portabilidad de implementación para servicios en diferentes entornos e infraestructuras. Los orquestadores como Kubernetes ayudan a automatizar la implementación, el trabajo en red, el escalado y la disponibilidad de contenedores.

¿Qué lenguajes de codificación son los más adecuados para los microservicios?

Los equipos tienen flexibilidad entre servicios, sin necesidad de aplicar lenguajes o pilas tecnológicas uniformes. Java, JavaScript/Node.js, C#/.NET, Go, Python, PHP y Ruby funcionan bien para implementaciones de microservicios.

¿En qué se diferencian los microservicios de la arquitectura orientada a servicios (SOA)?

La arquitectura orientada a servicios (SOA) es un estilo arquitectónico anterior que también construye aplicaciones a partir de componentes compartidos y reutilizables. Sin embargo, SOA se enfoca más en la integración de aplicaciones empresariales en lugar de la descomposición arquitectónica central como los microservicios.

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Last modified: Febrero 7, 2024

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