Cosa sono i microservizi? I vantaggi del loro utilizzo

L’architettura a microservizi permette di strutturare un’applicazione web come una collezione di piccoli servizi accoppiati in maniera non rigida .

Il termine nasce ufficialmente nel 2005, originariamente come “Micro-Web-Services". Nonostante non esista una definizione unica di microservizi, gli obiettivi e le modalità di funzionamento di questa architettura sono chiari. L’approccio modulare permette di sviluppare in maniera indipendente una serie di servizi , ciascuno con una specifica funzione e in grado di comunicare con gli altri via API.

Questo approccio trasforma quindi l’applicazione in un’aggregazione di unità funzionali più piccole e indipendenti in cui una componente e i suoi dati vengono considerati un’unità singola con il minimo possibile di dipendenze esterne .

Cosa sono i microservizi

I microservizi (microservices, in inglese), sono un approccio architetturale organizzativo allo sviluppo software, in cui il software è composto da piccoli servizi indipendenti che comunicano tramite API ben definite. Questi servizi sono indipendentemente distribuibili, disaccoppiati e di proprietà di piccoli team autosufficienti. L’architettura a microservizi consente a un’organizzazione di consegnare applicazioni grandi e complesse in modo rapido, frequente, affidabile e sostenibile.

Microservizi e Cloud Native

I microservizi vengono spesso associati a un altro termine, Cloud Native , ma occorre fare una distinzione. I microservizi sono un’architettura di ingegneria del software, mentre il Cloud Native è un vero e proprio paradigma per creare applicazioni moderne. I metodi e gli strumenti Cloud Native permettono all’azienda di reagire in tempi rapidi al cambiamento delle richieste di mercato, adattando proattivamente i propri servizi IT.

Dal punto di vista operativo, le applicazioni Cloud Native sono applicazioni che possono essere eseguite su un cloud privato, pubblico o ibrido . L’approccio a microservizi è uno dei paradigmi per realizzare applicazioni Cloud Native. Al loro fianco troviamo i container, gli orchestratori di container (come Kubernetes) e l’utilizzo di API dichiarative, oltre alla metodologia Agile di sviluppo e alle pratiche DevOps basate su Continuous Integration e Continuous Delivery (CI/CD) .

Un’architettura a microservizi trova nei container la tecnologia perfetta per esprimere le sue massime potenzialità. I container permettono l’esecuzione di un microservizio in maniera indipendente dall’infrastruttura sottostante.

PER APPROFONDIRE:

Perché sono nati i microservizi?

I microservizi sono contemporaneamente l’evoluzione e lo sviluppo logico della storia dell’ingegneria del software. Il cammino è stato lungo e ha mosso i primi passi dalle applicazioni monolitiche.

Architettura monolitica

L’architettura dei monoliti prevede, semplificando il concetto, che l’interfaccia utente (il frontend) e le interfacce per accedere e manipolare i dati (backend) siano contenuti in un singolo software indipendente, indivisibile e privo di modularità.

Un’applicazione monolitica deve contenere tutto ciò che è necessario per completare una particolare attività . Oggi questa prospettiva è potenzialmente superata: grazie all’impostazione modulare del software diventa possibile utilizzare, aggiornare o modificare una serie di piccole componenti in modo indipendente senza bisogno di distribuire o deployare l’intera applicazione.

Le applicazioni monolitiche sono funzionali a un ambiente circoscritto, come erano i primi mainframe e come sono stati a lungo anche i personal computer, e garantiscono un’integrazione delle funzioni in ambienti non standard.

Col tempo, però, la complessità dei problemi da risolvere e la potenza crescente dei computer ha portato alla realizzazione di applicazioni monolitiche sempre più grandi e pesanti. Tali strutture sono diventate molto costose da aggiornare in tempi rapidi e da mantenere correttamente: si può dire che abbiano superato la capacità dei programmatori di sfruttarne in maniera efficace le possibilità.

“As long as there were no machines, programming was no problem at all; when we had a few weak computers, programming became a mild problem, and now we have gigantic computers, programming has become an equally gigantic problem.” — Edsger Dijkstra, informatico

Ecco che il mondo informatico ha dovuto identificare nuove metodologie di sviluppo e nuovi processi per migliorare la qualità del software e la sua gestione. Prima è nata la programmazione procedurale e orientata agli oggetti per gestire progetti di grandi dimensioni, complessi e con specifiche non definite nel dettaglio. Successivamente, con lo sviluppo e la crescente importanza di internet, sono nate varie architetture tra le quali la più usata è la SOA, Service-Oriented Architecture .

PER APPROFONDIRE: Microservizi e applicazioni Cloud Native VS applicazioni monolitiche

SOA: Service-Oriented Architecture

Più che una rivoluzione, la SOA è considerata un’evoluzione delle pratiche di sviluppo esistenti che permette all’azienda di realizzare i propri applicativi con un approccio olistico e non rigido.

La SOA è un’architettura in cui alcuni componenti di un’applicazione forniscono servizi ai componenti di altre applicazioni grazie a un protocollo di comunicazione che opera in rete in maniera indipendente e non proprietaria.

Più SOA, unite da un’infrastruttura hardware o software dedicata, possono diventare l’equivalente funzionale di una più grande e complessa applicazione monolitica, senza molti degli svantaggi connessi. La SOA incoraggia la condivisione delle singole componenti software e il loro riuso.

Nell’ orientamento ai servizi - che è alla base della SOA - si intravede già quello che sarà lo sviluppo futuro dell’architettura. Parliamo chiaramente dei microservizi, che fanno dell’approccio modulare il proprio punto di forza.

Dalla SOA ai microservizi

Le differenze tra i due approcci sono numerose . Dal punto di vista architetturale la SOA è progettata per condividere delle risorse attraverso dei servizi, i microservizi invece sono servizi che funzionano in maniera indipendente.

La SOA è organizzata su servizi più grandi e modulari rispetto ai microservizi che sono centrati su una singola funzione. Inoltre la Service-Oriented Architecture condivide lo spazio di archiviazione dei dati mentre ogni microservizio ha il suo data storage indipendente .

Come sistema di comunicazione la SOA utilizza gli ESB (Enterprise service bus) e i microservizi utilizzano le API ; per i servizi remoti la SOA utilizza protocolli come SOAP e AMQP, i microservizi si basano invece su REST e JMS.

Infine, mentre la SOA è più efficiente per progetti che prevedano un’integrazione su grande scala, i microservizi sono pensati per applicazioni web Cloud Native , più facili e veloci da progettare e mettere in produzione.

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Come funzionano i microservizi?

Per “ discovery ” intendiamo la capacità dei microservizi - e dell’orchestratore stesso - di poter comunicare e indicizzare attraverso un nome DNS i servizi in esecuzione.
Con “ comunicazione ” intendiamo la tipologia di protocollo che i servizi supportano per interagire tra di loro e con l’esterno (es: HTTP/HTTPS oppure MQTT/AMQP). Tutti gli orchestratori supportano anche le Network Policies che permettono di controllare il traffico tra i microservizi, garantendo la sicurezza e il controllo delle comunicazioni.
Con “ osservabilità ” ci riferiamo alla capacità di ciascun microservizio di poter esporre log, messaggi e contatti utili al monitoraggio del suo funzionamento e stato di salute.
Infine “ runtime ”, il concetto che - oltre ad identificare la logica eseguita dal microservizio - rappresenta anche la possibilità di un cluster o di diversi microservizi di essere scritti in linguaggi diversi (poliglottismo), permettendo così di sfruttare il miglior stack tecnologico per un determinato compito.

Quali sono i vantaggi dei microservizi?

Realizzare un progetto basato su microservizi porta una serie di vantaggi:

I microservizi permettono di ridurre la complessità architetturale di un’applicazione, destrutturandola in una serie di servizi puntuali più veloci da sviluppare e mantenere.
Ogni singola funzionalità può essere fatta scalare velocemente ed essere distribuita su più ambienti in maniera indipendente dal resto.
I tempi di sviluppo e quindi di messa in produzione dell’applicazione si riducono notevolmente, con impatto positivo sul time-to-market.
L’applicazione è più resiliente perché i singoli servizi non impattano sul funzionamento dell’intera applicazione e le operazioni di manutenzione sono più veloci.
I team di sviluppo sono più piccoli e molto specializzati su una singola parte dell’applicazione che ha una base di codice più piccola.
Si possono usare in modo più facile la metodologia Agile e le pratiche di sviluppo DevOps , permettendo la collaborazione tra Developers e Operations con un approccio di Continuous Integration e Continuous Delivery .

Quando (non) scegliere i microservizi?

Non esiste un approccio allo sviluppo delle applicazioni “taglia unica” che risolva tutti i problemi . Per quanto i microservizi siano il nuovo standard del mercato, l’approccio monolitico potrebbe essere in realtà la soluzione più conveniente per alcune aziende.

Ad esempio, è consigliabile optare per un’architettura tradizionale se:

si dispone di poco tempo e budget per realizzare un MVP (Minimum Viable Product);
si necessita di un’applicazione molto semplice , che non richiede particolari scalabilità e flessibilità;
non si hanno le competenze necessarie per sviluppare a microservizi (e non si intende affidarsi a un partner specializzato, scelta comunque consigliata se si ha a che fare con tecnologie nuove e intrinsecamente complesse).

PER APPROFONDIRE: Come scegliere il partner tecnologico per la transizione verso il Cloud Native

Nella maggior parte dei casi, tuttavia, la scelta dei microservizi si rivela essere più adatta a soddisfare le richieste del business perché assicura più flessibilità, rapidità e scalabilità .

La prova della crescente diffusione di questo approccio arriva anche dai dati. Ad esempio, le indagini di Statista condotte nel 2021 mostrano che il 71% delle aziende utilizza almeno parzialmente i microservizi . Dal sondaggio condotto nel 2020 da O’Reilly è emerso che il 28% dei partecipanti usa i microservizi da almeno 3 anni, mentre il 61% li utilizza da un anno o più. A livello di gradimento, il 92% ha espresso di aver ottenuto benefici dall’introduzione dei microservizi.

Architettura a microservizi: quali sono i migliori framework?

Utilizzare un framework per lo sviluppo a Microservizi porta una serie di vantaggi. Per prima cosa, fornisce una base di partenza comune e una community di riferimento. Inoltre, favorisce la manutenibilità del codice e determina la diminuzione dei tempi di sviluppo . Di seguito elenchiamo i framework più comuni in base al linguaggio di programmazione.

Node.js

Express.js : Express.js è un framework web molto popolare per Node.js che può essere utilizzato per sviluppare microservizi. È flessibile e offre una vasta gamma di middleware per la gestione delle richieste HTTP.
Nest.js : Un framework TypeScript per Node.js che si concentra sulla struttura scalabile e modulare dei microservizi. Offre un’architettura basata su moduli e una buona organizzazione del codice.

Go

Gin : Un framework leggero e ad alte prestazioni per lo sviluppo di API e microservizi in Go. È noto per la sua velocità ed è molto popolare nella comunità Go.
Echo : Un altro framework Go leggero e veloce per la creazione di API e servizi web. È progettato per essere semplice da usare ed estendibile.

Java

Spring Boot : Uno dei framework più popolari per lo sviluppo di microservizi in Java. Offre una vasta gamma di funzionalità per la gestione dei servizi, la configurazione, la sicurezza e la comunicazione tra i microservizi.
Micronaut : Un framework moderno e leggero per la creazione di microservizi Java. Micronaut è noto per le sue prestazioni eccezionali e il supporto nativo per il Cloud Native.
Quarkus : Un altro framework Java progettato per applicazioni Cloud Native e microservizi. Quarkus si concentra sulla velocità di avvio ridotta e l’efficienza delle risorse.

C#

ASP.NET Core : ASP.NET Core è un framework di sviluppo web di Microsoft che consente di creare microservizi in C#. Offre una vasta gamma di librerie e supporta il containerization, facilitando l’esecuzione di microservizi in container Docker.
ServiceStack : Un framework C# open-source per lo sviluppo di servizi web e microservizi. Offre una serie di funzionalità per la gestione delle richieste HTTP, la serializzazione dei dati e altro ancora.

Sfide e complessità dei microservices

Al di là dei casi specifici, è importante valutare consapevolmente le sfide che i microservizi portano in azienda.

Un’architettura basata sui microservizi richiede un’infrastruttura di hosting differente da quella tradizionale per applicazioni monolitiche , che deve essere adatta alle esigenze dell’azienda, resa sicura e mantenuta. E funziona meglio per aziende che hanno bisogno di innovare in maniera rapida verso una base di utenti molto diversificata.

I microservizi hanno una complessità differente da quella delle applicazioni monolitiche, ma che non deve essere sottovalutata. Il punto centrale è la comunicazione tra singoli servizi dell’applicazione , che può includere da alcune decine a diverse centinaia di servizi diversi per i progetti di più grandi dimensioni.

Inoltre, il debugging di una applicazione basata su microservizi è più complesso perché bisogna tracciare la sorgente di ogni singolo problema attraverso i log di decine o centinaia di piccole componenti. Ancora, la fase di test dell’integrazione dei microservizi presenta alcune difficoltà perché questi sono distribuiti in ambienti diversi e diventa complesso replicarli in un ambiente di test locale.

Infine, dal momento che il funzionamento di un’applicazione basata su microservizi si ottiene con l’utilizzo di API , bisogna prestare costante attenzione all’evoluzione di queste ultime . Se infatti vengono definite nuove versioni delle API, può essere molto complesso capire in quale modo impatteranno sui microservizi che le utilizzano.

Al netto di queste considerazioni, l’architettura a microservizi si rivela essere la scelta più innovativa e vantaggiosa per quelle aziende che sono in grado di affrontare la complessità aggiunta in virtù dei numerosi benefici che si possono ottenere.

PER APPROFONDIRE: Applicazioni Cloud Native vs applicazioni tradizionali: il confronto

Da monolite a microservizi: le fasi di modernizzazione

I vantaggi dei microservizi rispetto all’architettura monolitica sono molti. Per questo sempre più aziende optano per i primi. Un progetto basato su microservizi può essere sviluppato da zero o, più probabilmente, sarà il frutto di una trasformazione che parte da un applicativo legacy , ne abbiamo parlato in questo articolo: Application modernization: cos’è e quali sono i vantaggi .

Le strategie di refactoring più diffuse per gestire la trasformazione da una applicazione monolitica a una basata su microservizi sono due: l’implementazione di tutte le nuove funzionalità come servizi e l’estrazione di singoli servizi dall’applicazione monolitica.

Il primo caso è il più semplice da affrontare in quanto non richiede di frammentare tutta l’applicazione legacy. E ha anche il vantaggio di mostrare la maggiore velocità nella messa in produzione del nuovo software rispetto al modello tradizionale monolitico.

Tuttavia l’unico modo per modernizzare del tutto l’applicazione monolitica è estrarre un modulo dopo l’altro dall’applicazione e convertirlo in servizio. Per farlo si procede con una fase di analisi preliminare e di mappatura : occorre definire i singoli servizi che sostituiranno i differenti moduli dell’applicazione monolitica. Seguono le fasi di sviluppo, test e messa in produzione così che il traffico venga reindirizzato verso i nuovi servizi. A questo punto è possibile rimuovere le funzionalità trasformate in microservizi dall’applicazione monolitica.

In conclusione, la migrazione di un’applicazione monolitica verso un’architettura basata sui microservizi richiede un’attività preliminare di analisi e poi di conversione delle singole componenti mappate in maniera iterativa.

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Scritto da SparkFabrik Team