La adopción de la arquitectura de microservicios ha revolucionado el desarrollo de aplicaciones en la nube, permitiendo una mayor flexibilidad, agilidad, escalabilidad y resiliencia en su diseño e implementación mediante el uso de microservicios. Como tales, se han convertido en un enfoque importante para el desarrollo de software, especialmente en entornos de nube y DevOps. Hoy en día, las grandes empresas de Internet como Amazon, CrowdStrike, Google, Netflix, PayPal, Twitter, Uber y Zoom utilizan sistemas que componen numerosos microservicios independientes e interoperables.
Los microservicios son componentes de software pequeños, poco acoplados y reutilizables que normalmente realizan una capacidad o funcionalidad empresarial específica. Este es un enfoque de desarrollo de software en el que se construyen grandes sistemas combinando microservicios independientes más pequeños, comunicándose a través de API bien definidas.
Centro Infra proporciona una descripción general detallada del paradigma de los microservicios, explicando qué son los microservicios, sus diferencias con la arquitectura monolítica y cómo se desarrollan e implementan. También exploramos las principales ventajas y desventajas de los microservicios para ayudar a las organizaciones a determinar si son la mejor opción para sus necesidades. Finalmente, destacamos la relevancia de los microservicios en las aplicaciones nativas de la nube.
¿Qué son los microservicios?
La adopción generalizada de microservicios está estrechamente relacionada con el auge de la computación en la nube y la metodología DevOps. Los microservicios son perfectos para construir sistemas distribuidos, ya que dividen aplicaciones monolíticas y complejas en varios componentes o servicios más pequeños que pueden desarrollarse e implementarse de forma independiente en diferentes servidores, e incluso centros de datos, como ocurre en los entornos de computación en la nube.
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El estilo arquitectónico de microservicios descompone una aplicación en una colección de servicios, que realizan una única función o un conjunto de funciones, necesarias para una capacidad empresarial específica. Cada microservicio ejecuta sus propios procesos y utiliza mecanismos ligeros, como HTTP o protocolos de mensajería, para comunicarse con otros servicios. Se pueden diseñar para colaborar y trabajar juntos para realizar operaciones comerciales complejas.
Cada microservicio se puede desarrollar, implementar y escalar independientemente de los demás servicios de la aplicación. Esto permite a los equipos trabajar en diferentes partes de la aplicación al mismo tiempo, implementar cambios rápidamente y escalar solo los servicios que necesitan escalarse.
Como tal, cada microservicio puede ser propiedad de un pequeño equipo multifuncional, que puede trabajar y tomar decisiones de forma independiente, lo que permite una toma de decisiones más rápida y una mejor colaboración entre los equipos de desarrollo y operaciones, según los principios de DevOps.
De manera similar, los microservicios también se alinean bien con las arquitecturas sin servidor y permiten escalabilidad y control granulares, para magnificar la agilidad, la escalabilidad y la rentabilidad de la computación sin servidor.
Arquitectura de microservicios
La arquitectura básica de un microservicio individual es bastante similar a la arquitectura de aplicación de software estándar: una frontend (o del lado del cliente), un código backend para la lógica empresarial y alguna forma de almacenamiento de datos. La interfaz (o el lado del cliente) de un microservicio se diferencia de las interfaces de aplicaciones estándar porque es solo una interfaz de programación de aplicaciones (API) con puntos finales estáticos. Las API bien definidas son cruciales para permitir que los microservicios se comuniquen con otros microservicios, de manera fácil y efectiva, mediante el envío de solicitudes a los puntos finales de API relevantes.
Dado que un conjunto de microservicios trabajan juntos para formar lo que de otro modo sería una aplicación única y grande, es esencial estandarizar los elementos de la arquitectura de microservicios en toda la organización. Esta estandarización garantiza que los microservicios puedan interactuar de forma eficaz y eficiente.
Microservicios versus arquitectura monolítica
En una arquitectura monolítica tradicional, toda la lógica de la aplicación y el acceso a los datos están contenidos en una única base de código. Esta base de código comprende todas las funciones y características de la aplicación, que deben implementarse simultáneamente, y cada servidor ejecuta una copia completa de toda la aplicación.
Con el tiempo, puede volverse cada vez más complejo gestionar y mantener una aplicación monolítica, ya que cada nueva decisión empresarial puede requerir deshacer la implementación de decisiones anteriores.
Por el contrario, un microservicio solo contiene una función, o un pequeño conjunto de funciones, para una característica específica y existe en un ecosistema de microservicios junto con otros microservicios. Cada microservicio ejecuta sus propios procesos y tiene acceso a su propio almacenamiento de datos.
Debido a este aislamiento, cada microservicio se puede implementar de forma independiente y tiene su propio ciclo de vida, que evoluciona a su manera, según los requisitos comerciales cambiantes. Cuando un componente ya no representa el interés comercial de una organización, se puede cambiar rápidamente sin afectar otras partes.
Microservicios versus arquitectura orientada a servicios (SOA)
Los microservicios son una evolución de la arquitectura orientada a servicios (SOA), que, de manera similar, apunta a modularizar la funcionalidad del software en servicios reutilizables. Sin embargo, los servicios en SOA suelen ser más grandes y encapsulan una cantidad significativa de lógica empresarial, a diferencia de los microservicios más granulares. Los servicios en SOA pueden compartir recursos y coordinarse entre sí a través de un bus de servicios empresariales (ESB), lo que puede crear muchas dependencias entre servicios.
Por otro lado, los microservicios son más autónomos y no comparten datos ni otros recursos. Tampoco utilizan ESB, ya que la comunicación entre servicios normalmente se maneja a través de protocolos livianos como HTTP y tecnologías de mensajería. En general, los microservicios superan los inconvenientes de complejidad y dependencia de SOA y se adaptan mucho mejor a los entornos modernos basados en la nube debido a su mayor aislamiento, escalabilidad granular, agilidad y simplicidad.
Ejemplo de una aplicación de microservicios
La mayoría de las aplicaciones y servicios modernos se pueden descomponer en componentes más pequeños para facilitar una arquitectura de microservicios. Por ejemplo, una aplicación de comercio electrónico puede incluir múltiples microservicios, como un servicio de carrito de compras, un servicio de catálogo, servicios de perfil de usuario y sesión de usuario, servicio de pasarela de pago, servicio de gestión de pedidos y servicio de gestión de inventario, entre otros. Además, cada uno de estos microservicios puede ejecutarse en su propio contenedor: una unidad de software ejecutable y autónoma.
Tradicionalmente, una aplicación de comercio electrónico empaquetaría todas estas funciones juntas en una aplicación monolítica que se ejecutaría en un único servidor. Incluso si la aplicación tuviera varios ejecutables, todos los componentes de la aplicación tendrían que ejecutarse en el mismo servidor para que las distintas funciones se coordinaran y se comunicaran. En este caso, la comunicación entre procesos es instantánea, pero el servidor también se convierte en un único punto de falla para toda la aplicación.
Los microservicios están diseñados para romper este estrecho acoplamiento de componentes de software con hardware físico. Al hacerlo, diferentes partes de la misma aplicación pueden ejecutarse de forma independiente en diferentes servidores, lo que agrega resiliencia y tolerancia a fallas. Además, los microservicios permiten escalabilidad granular y optimización de recursos, ya que los microservicios individuales pueden ampliarse o reducirse según las necesidades específicas de la aplicación. Esto simplifica las aplicaciones complejas y mejora su rendimiento, ya que los microservicios se pueden adaptar a tareas y requisitos específicos.
Desarrollo e Implementación de Microservicios
Para crear, implementar y administrar microservicios de manera fácil y eficiente, los desarrolladores siguen varias prácticas de desarrollo e implementación. En particular, los contenedores y las API se han convertido en herramientas esenciales para la arquitectura de microservicios:
Contenedores y Microservicios
Los contenedores se han convertido en el estándar de facto para alojar microservicios porque permiten a los desarrolladores aislar un servicio dentro de su propio entorno. Además, los contenedores garantizan la portabilidad, lo que significa que los servicios se ejecutan correctamente cuando se mueven entre diferentes entornos informáticos. El código fuente, sus dependencias y el tiempo de ejecución están empaquetados dentro de una imagen de contenedor, que luego se puede extraer y ejecutar en cualquier host.
Los microservicios empaquetados en contenedores se pueden gestionar mediante servicios de orquestación como Kubernetes. Combinar microservicios con Kubernetes puede ayudar a las organizaciones a optimizar su entorno para la nube. Esta combinación permite a las organizaciones gestionar y escalar sus microservicios de forma eficaz a través de funciones como el escalado automático, la reparación automática y la autorrecuperación.
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API y microservicios
En entornos altamente distribuidos, la capacidad de comunicarse entre microservicios es fundamental. Los mecanismos de comunicación entre procesos utilizados con los microservicios son diferentes de las aplicaciones tradicionales porque los microservicios son más granulares, independientes y débilmente acoplados.
En una aplicación monolítica tradicional, los diferentes componentes generalmente se comunican a través de llamadas directas a métodos o memoria compartida. Esto crea un estrecho acoplamiento entre los componentes, lo que dificulta la modificación de un componente sin afectar a los demás.
Por el contrario, los microservicios se comunican entre sí a través de mecanismos asincrónicos y ligeros, como API RESTful, colas de mensajes y arquitecturas basadas en eventos. Normalmente, los microservicios ponen sus funciones a disposición a través de un conjunto de API que otros servicios pueden utilizar para recuperar datos o realizar acciones.
Otras herramientas de desarrollo e implementación
Las API y los contenedores son elementos cruciales en la arquitectura de microservicios, ya que permiten el desarrollo y la implementación de aplicaciones flexibles y modulares. Sin embargo, existen otras herramientas importantes que desempeñan un papel fundamental en la gestión y optimización de microservicios, que incluyen:
- Descubrimiento de servicios: herramientas que permiten que los microservicios se ubiquen y se comuniquen entre sí, garantizando que funcionen juntos sin problemas.
- Orquestación de servicios: herramientas que automatizan la gestión y coordinación de microservicios, facilitando su implementación y escalamiento en diferentes servidores o centros de datos.
- Registro y monitoreo: herramientas que ayudan a los desarrolladores a rastrear el rendimiento y el estado de los microservicios, permitiéndoles identificar y solucionar problemas rápidamente.
Ventajas y desventajas de los microservicios
Los microservicios tienen ventajas y desventajas que pueden ayudar a las organizaciones a determinar si este enfoque de desarrollo de software es el que mejor se adapta a sus necesidades.
Ventajas de los microservicios
Las ventajas de los microservicios son el desarrollo simplificado, las actualizaciones flexibles, la escalabilidad granular, el aislamiento de fallas, la reutilización y la independencia tecnológica.
1) Desarrollo simplificado
Cada microservicio está diseñado para realizar de manera óptima una funcionalidad muy específica y limitada. Esto simplifica el proceso de desarrollo, ya que los pequeños equipos de desarrollo pueden centrarse en funciones individuales y estrechamente definidas. Garantizar una coordinación eficaz entre servicios independientes puede resultar complejo, pero una capa de malla de servicios (utilizada junto con la arquitectura de microservicios) puede gestionar todas las comunicaciones entre servicios sin que los desarrolladores tengan que definir esa lógica dentro de los servicios individuales.
2) Actualizaciones flexibles
Actualizar servicios o agregar nuevas funciones a una aplicación existente es mucho más fácil con los microservicios, en comparación con aplicaciones monolíticas complejas y estrechamente acopladas. Específicamente, esta arquitectura permite agregar nuevas funciones o actualizar, parchear, reemplazar o sustituir microservicios instantáneamente dentro de una aplicación compleja y en vivo sin interrumpir todo el sistema.
3) Escalabilidad granular
La arquitectura de microservicios simplifica la implementación de instancias adicionales de un servicio particular en múltiples servidores y diferentes infraestructuras a medida que crece la demanda. En comparación, las aplicaciones monolíticas no permiten escalar cada componente individualmente debido a estrechas dependencias.
4) Aislamiento de fallas
Cada microservicio es completamente independiente y tiene sus propios recursos, incluido el almacenamiento de datos. Esto garantiza que cualquier problema o falla que surja se limite al microservicio en particular y no se propague a otros servicios y destruya todo el sistema.
5) Reutilizabilidad
Los microservicios están diseñados para ser reutilizables, lo que significa que los desarrolladores pueden utilizar los microservicios existentes para funciones o capacidades específicas, en lugar de crear otros nuevos desde cero cada vez. Dado que los microservicios están completamente probados y validados, los desarrolladores pueden asumir la integridad de la nueva aplicación sin la necesidad de realizar pruebas continuas.
6) Independiente de la tecnología
Los microservicios son independientes de la plataforma y la tecnología, lo que significa que pueden desarrollarse utilizando cualquier marco y codificarse utilizando cualquier lenguaje de programación adecuado para el tipo de carga de trabajo. Se puede conectar un microservicio a cualquier sistema de almacenamiento de datos adecuado, como una unidad virtualizada, un almacenamiento de blobs en un depósito o una base de datos. Al ser independientes de la plataforma, los microservicios pueden ejecutarse en hosts y entornos.
Desventajas de los microservicios
Las desventajas de los microservicios son su complejidad inherente, el hecho de que son un sistema distribuido y el costo.
1) Complejidad
Por un lado, los microservicios simplifican el desarrollo con una base de código más pequeña y una implementación y prueba independientes. Por otro lado, pueden añadir complejidad, ya que requieren una planificación y un diseño cuidadosos para garantizar que el sistema funcione sin problemas en su conjunto. También requieren algunos cambios organizativos, ya que cada microservicio activo debe ser propiedad activa de un equipo. Esto a menudo requiere cambios significativos en la estructura del equipo, los procesos de desarrollo y los patrones de comunicación.
2) Sistema distribuido
Si bien los microservicios ofrecen diversos beneficios en términos de escalabilidad, tolerancia a fallos y resiliencia, también introducen desafíos adicionales en términos de gestión y mantenimiento, debido a la naturaleza distribuida de estos sistemas.
La comunicación entre microservicios que se ejecutan dentro de un sistema distribuido es fundamental y la latencia de la red puede convertirse en un problema. Los microservicios son sistemas distribuidos grandes y complejos con muchas piezas pequeñas e independientes que cambian constantemente. Los componentes individuales a menudo pueden fallar de manera impredecible.
3) Costo
Las organizaciones tienen recursos finitos, ya sean recursos de ingeniería o recursos de hardware e infraestructura. Los microservicios competirán por los recursos en un ecosistema de microservicios y los recursos cuestan dinero. Normalmente, los microservicios costarán más en comparación con las aplicaciones monolíticas, ya que necesitan más infraestructura, herramientas y experiencia. A pesar de todos los beneficios de los microservicios, las organizaciones deben sopesar el costo de implementación y administración antes de decidir si los microservicios son adecuados para sus sistemas o aplicaciones particulares.
Aplicaciones y microservicios nativos de la nube
El auge de la computación en la nube ha llevado a los desarrolladores de software a rediseñar las aplicaciones para beneficiarse mejor de la elasticidad de la nube. El principal beneficio de la arquitectura de microservicios es que cada componente se puede implementar y escalar individualmente. La combinación de microservicios autónomos, independientes de la plataforma y escalables de forma independiente con modelos de computación en la nube bajo demanda y de pago por uso puede generar importantes beneficios de costos para las organizaciones que aprovechan un enfoque nativo de la nube.
Un enfoque nativo de la nube se refiere a un método para diseñar y crear aplicaciones optimizadas para su implementación en entornos de nube. Normalmente, las aplicaciones nativas de la nube se crean utilizando tecnologías y prácticas modernas de desarrollo de software, como arquitectura de microservicios, contenedores, orquestación de contenedores y automatización de DevOps.
Las aplicaciones nativas de la nube se crean como una colección de múltiples microservicios independientes y utilizan contenedores como una infraestructura inmutable y un tiempo de ejecución óptimo para los microservicios. Cada parte de una aplicación nativa de la nube está alojada dentro de su propio contenedor y orquestada dinámicamente a través de plataformas de orquestación de contenedores, como Kubernetes, para optimizar la forma en que se utilizan los recursos.
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Además, las aplicaciones nativas de la nube utilizan la malla de servicios para gestionar las comunicaciones entre microservicios y puertas de enlace API. Esto ayuda a administrar las API y proporciona funciones adicionales de seguridad y autenticación, especialmente a medida que crece la cantidad de servicios dentro de una aplicación.
El éxito de los microservicios dependerá en gran medida de la elección del enfoque para las aplicaciones y sistemas adecuados. Los microservicios complementan sistemas con necesidades de alta flexibilidad, escalabilidad y adaptabilidad, como el comercio electrónico, las redes sociales y las plataformas de juegos en línea. Por el contrario, las aplicaciones pequeñas con poco tráfico, los sistemas heredados o las aplicaciones que requieren comunicación en tiempo real entre componentes pueden beneficiarse de otras opciones arquitectónicas.
