Erfahren Sie, was Microservices-Architektur ist, welche wichtigen Komponenten, Vorteile, Herausforderungen und Best Practices Sie bei der Entwicklung agiler, skalierbarer Anwendungen beachten sollten.
Der Begriff „Microservices“ bezieht sich auf eine Softwarearchitektur, die eine Anwendung in kleinere, unabhängige Teile zerlegt, die als Dienste bezeichnet werden. Jeder Dienst kümmert sich um eine Funktion und verbindet sich über einfache APIs mit den anderen. So können Teams jeden Dienst einzeln erstellen, bereitstellen und skalieren, ohne das gesamte System zu verändern.
Unternehmen entscheiden sich für dieses Modell, weil es die Anwendungsbereitstellung beschleunigt. In einem monolithischen System kann schon eine kleine Änderung einen Neuaufbau und ein erneutes Ausrollen der gesamten Anwendung erfordern. Das verlangsamt den Fortschritt und erhöht die Ausfallwahrscheinlichkeit. Mit Microservices können Teams einzelne Services schnell aktualisieren, Engpässe reduzieren und Nutzenden schneller neue Funktionen oder Korrekturen bereitstellen.
In einer Microservice-Architektur konzentriert sich jeder Dienst auf eine einzige Geschäftsfunktion, z. B. die Abwicklung von Zahlungen, die Verwaltung von Kundenprofilen oder die Sendungsverfolgung. Er arbeitet in seinem eigenen, begrenzten Kontext. Gemeinsam bilden diese Dienste die größere Anwendung, bleiben aber lose gekoppelt. Änderungen an einem dieser Dienste erfordern also nicht das Umschreiben der gesamten App.
Einige Merkmale definieren Microservices:
Unabhängige Bereitstellung: Teams können jeden Dienst nach ihrem eigenen Zeitplan erstellen, testen und veröffentlichen.
Dezentrales Datenmanagement: Jeder Dienst verwaltet eine eigene Datenbank oder einen eigenen Datenspeicher, was Abhängigkeiten reduziert und die Resilienz steigert.
Leichte Kommunikation: Dienste sprechen über APIs oder Messaging-Protokolle miteinander und ermöglichen so schnelle und flexible Interaktionen.
Dieses Modell macht Anwendungen anpassungsfähiger und ermöglicht es Unternehmen, ihre Systeme Stück für Stück weiterzuentwickeln, anstatt sie alle gleichzeitig zu nutzen.
Herkömmliche Anwendungen werden in der Regel als eine einzige, einheitliche Codebasis erstellt, die alle Funktionen des Systems enthält. Dieser Ansatz kann die Entwicklung in der Anfangsphase vereinfachen, da sich alles an einem Ort befindet und die Applikation leichter als eine einzige Einheit getestet und bereitgestellt werden kann. Mit zunehmender Anwendung wird die Verwaltung des monolithischen Modells jedoch schwieriger. Eine Änderung in einem Teil des Codes kann sich auf das gesamte System auswirken, Updates verlangsamen und umfangreiche Änderungen riskant machen.
Anstatt eine riesige Codebasis zu verwenden, teilen Microservices die Applikation in kleinere, unabhängige Dienste auf. Jeder von ihnen hat seinen eigenen Code-, Daten- und Bereitstellungsprozess. Services kommunizieren über APIs, wodurch sie stets miteinander verbunden sind, ohne dabei eng gebunden zu sein. Dank dieser Trennung können Teams eine bestimmte Funktion ändern, ohne die gesamte Anwendung aktualisieren zu müssen.
Ein Microservice-System besteht aus mehreren Komponenten, die zusammenwirken, um Services vernetzt, sicher und verwaltbar zu halten. Hier einige der wichtigsten Bausteine:
Herzstück der Architektur sind die Services selbst. Jeder dieser Prozesse übernimmt eine bestimmte Geschäftsfunktion und kann unabhängig voneinander verwaltet werden. Durch diese Trennung von Diensten werden Ausfälle vermieden und Teams können schneller vorankommen.
Das API-Gateway ist die Eingangstür für Anwendungen oder Geräte, die Anfragen an das System senden. Sie leitet diese Anfragen an die richtigen Dienste weiter, kümmert sich um die Authentifizierung und kann Sicherheitsrichtlinien durchsetzen. Durch die Zentralisierung dieser Tasks werden einzelne Services vor unnötiger Komplexität geschützt.
In einer dynamischen Umgebung, in der Dienste häufig hoch- oder herunterskaliert werden können, muss das System die einzelnen Dienste finden. Ein Service Discovery-Mechanismus verfolgt aktive Services und deren Standorte, sodass Anfragen zuverlässig weitergeleitet werden können.
Jeder Dienst verwaltet seine eigenen Daten, in der Regel in einer Datenbank, die für seine Bedürfnisse ausgewählt wird. So werden Engpässe und Konflikte minimiert, die bei einem gemeinsamen Datenspeicher auftreten können, und jeder Dienst kann sich ändern, ohne an die gleiche Struktur wie die anderen gebunden zu sein.
Dienste tauschen viele Informationen aus. Ein Service Mesh ist eine weitere Kommunikationsebene, die diesen Fluss verwaltet. Sie gleicht die Auslastung aus, sorgt für Datensicherheit und sorgt für zuverlässige Nachrichtenübertragung, selbst wenn das System immer größer und komplizierter wird.
CI/CD-Pipelines automatisieren den Prozess, Code-Updates von der Entwicklung in die Produktion zu übertragen. Das beschleunigt die Bereitstellung, reduziert Fehler und erleichtert das regelmäßige Durchführen von Änderungen.
Da Microservices verteilt sind, ist es unerlässlich, Einblicke in ihre Aktivitäten zu erhalten. Überwachungstools zeigen, wie gut Dienste funktionieren und ob sie verfügbar sind, während die Protokollierung Ereignisse innerhalb jedes Dienstes aufzeichnet. Gemeinsam erleichtern sie die Erkennung von Problemen und sorgen für einen reibungslosen Betrieb des Systems.
DDD ist ein Designansatz, der jeden Service auf einen bestimmten Geschäftsbereich abstimmt, wie z. B. Rechnungsstellung oder Kundensupport. Durch die Strukturierung der Services nach Geschäftsfunktionen statt nach technischen Ebenen können Unternehmen Systeme entwickeln, die die realen Anforderungen besser widerspiegeln und flexibel bleiben, wenn sich diese Anforderungen ändern.
Designmuster bieten wiederverwendbare Lösungen für immer wiederkehrende Herausforderungen im Microservice. Sie stellen Entwickler:innen praktische Methoden zur Verfügung, um Systeme stärker, einfacher zu skalieren und einfacher zu verwalten. Hier einige der häufigsten:
Das API-Gateway befindet sich zwischen Clients und Diensten und fungiert als zentraler Einstiegspunkt. Anstatt dass Clients mehrere Dienste direkt aufrufen, laufen alle Anfragen über das Gateway, das sich um Routing, Authentifizierung und Lastausgleich kümmert.
Wenn ein Dienst langsam wird oder ausfällt, kann er das gesamte System herunterziehen. Das Leistungsschaltermuster verhindert dies, indem es Anfragen überwacht und Anrufe an einen ausfallenden Dienst unterbricht, wenn Fehler einen Schwellwert überschreiten. Dann prüft es, ob sich der Dienst wiederhergestellt hat, bevor es Anfragen erneut durchlässt. So werden Ausfälle isoliert und die Gesamtleistung geschützt.
Transaktionen mit Microservices berühren oft mehrere Services. Das Saga-Muster löst dieses Problem, indem es die Transaktion in kleinere Schritte aufteilt, die jeweils von einem eigenen Dienst verwaltet und über Nachrichten koordiniert werden. Wenn in einem Schritt etwas schief geht, kann das System die in den vorherigen Schritten vorgenommenen Änderungen rückgängig machen. So können komplexe Prozesse wie die Auftragsverarbeitung funktionieren, ohne dass ein zentrales System zur Steuerung der gesamten Transaktion erforderlich ist.
Dienste in einer Microservice-Umgebung werden ständig erstellt, zerstört oder verschoben. Die Dienstregistrierung führt ein Verzeichnis der Dienste und ihrer Speicherorte. Andere Dienste und das API-Gateway verwenden diese Registry, um nach Bedarf nach ihnen zu suchen und sich mit ihnen zu verbinden, wodurch das System flexibel und zuverlässig bleibt.
Die Einführung von Microservices bietet mehrere Vorteile, die sich direkt auf Geschwindigkeit, Skalierbarkeit und Teameffizienz auswirken. Hier einige der wichtigsten Vorteile:
Mit Microservices können Teams Funktionen unabhängig voneinander veröffentlichen, ohne auf ein vollständiges Anwendungsupdate zu warten. Das verkürzt die Release-Zyklen und erleichtert die Reaktion auf Kundenfeedback oder sich ändernde Geschäftsanforderungen.
Da jeder Dienst unabhängig ausgeführt wird, können Unternehmen bestimmte Dienste skalieren, während sie andere so lassen, wie sie sind. Ein Online-Shop kann beispielsweise die Bestellservices während des Weihnachtsverkaufs skalieren, ohne die gesamte Plattform übermäßig bereitzustellen.
Wenn ein Dienst ausfällt, wird nicht das gesamte System heruntergefahren. Ein Ausfall eines Zahlungsdienstes auf einer E-Commerce-Website kann Transaktionen verzögern, aber Benutzer können weiterhin Produkte durchsuchen oder ihre Konten aktualisieren. Diese Isolierung macht das Gesamtsystem zuverlässiger.
Microservices geben den Teams die Freiheit, für jeden Service ihre bevorzugten Tools auszuwählen. Ein Team kann für einen Dienst eine relationale Datenbank und für einen anderen eine NoSQL-Option verwenden, oder ein Team kann in Java programmieren, während ein anderes Python verwendet. Diese Flexibilität trägt zur Optimierung von Performance und Produktivität bei.
Mit Microservices übernehmen Teams die volle Verantwortung für die von ihnen erstellten Services. Jedes Team kann die optimalen Tools auswählen, nach eigenem Zeitplan veröffentlichen und Probleme beheben, ohne auf andere Gruppen zu warten. So wird der Zeitaufwand für die Koordination mit anderen reduziert und die Teams können sich auf eine schnellere Wertschöpfung konzentrieren, was die Produktivität insgesamt steigert.
Microservices bringen zwar viele Vorteile mit sich, bringen aber auch neue Herausforderungen mit sich, die Unternehmen sorgfältig abwägen müssen. Hier einige der am häufigsten genannten Kompromisse:
Dutzende Dienste auszuführen ist viel komplexer als eine einzige Codebasis zu verwalten. Jeder Dienst hat seine eigenen Bereitstellungs-, Überwachungs- und Skalierungsanforderungen, was den Einsatzteams zusätzliche Koordinationsebenen bietet.
Microservices erfordern oft eine fortschrittlichere Infrastruktur als herkömmliche programmierte Apps. Ein Dienst kann in einem Container oder auf einer eigenen VM gehostet werden und verbraucht Speicher-, Speicher- und Rechenressourcen, die sich im Vergleich zu einem Monolithen schnell summieren.
Da Dienste über ein Netzwerk miteinander sprechen, werden Probleme wie Latenz, Timeouts oder Nachrichtenverlust zu echten Sorgen. Fehler in mehreren Diensten zu beheben, kann schwieriger sein als einen Fehler in einer einzigen Codebasis zu finden.
Microservices erfordern neue Arbeitsweisen. Die Teams müssen sich auf Geschäftsfelder abstimmen, die Verantwortung für die Services übernehmen und DevOps-Praktiken implementieren. Unternehmen, die an eine zentralisierte Kontrolle gewöhnt sind, können Schwierigkeiten haben, sich an dieses verteilte Modell anzupassen.
Microservices werden branchenübergreifend eingesetzt, um verschiedene Arten von Problemen zu lösen. Hier einige Beispiele, wie Unternehmen dieses Modell in der Praxis anwenden:
Online-Händler nutzen Microservices, um separate Funktionen wie Produktkataloge, Einkaufswagen, Kasse und Lagerbestand zu verwalten. Dank dieser Trennung können sie den Checkout-Service während der Feiertagsverkäufe skalieren, während andere Teile der Website stabil bleiben.
Streamingplattformen setzen auf Microservices, um nahtlose Erlebnisse zu bieten. Individuelle Services erledigen Aufgaben wie Inhaltsempfehlungen, Nutzerprofile und Wiedergabe. Dank dieses Designs können sie Daten an Millionen von Nutzenden streamen, ohne ein einziges System zu überfordern.
Banken und FinTech-Unternehmen nutzen Microservices für Kernaufgaben wie Zahlungsabwicklung, Betrugserkennung und Kundenkontoverwaltung. Unabhängige Services können die Sicherheit verbessern, die Einführung von Funktionen beschleunigen und Ausfallzeiten für Kunden reduzieren.
Versand- und Zustellunternehmen koordinieren komplexe Vorgänge mit Microservices. Ein Service kümmert sich möglicherweise um die Paketverfolgung, ein anderer um die Routenoptimierung und ein anderer um Kundenbenachrichtigungen. Gemeinsam erleichtern sie die Anpassung an Lieferprobleme oder Umleitungsanforderungen.
Viele Anwendungen verlassen sich auf Benachrichtigungen, um die Benutzer:innen zu beschäftigen. Ein spezieller Microservice kann Push-Benachrichtigungen, E-Mail-Kampagnen oder SMS-Nachrichten plattformübergreifend verwalten. Da er unabhängig ist, kann der Benachrichtigungsdienst bei stark frequentierten Ereignissen hochskaliert werden, ohne dass der Rest des Systems beeinträchtigt wird.
Microservices bieten Unternehmen die Möglichkeit, Anwendungen zu entwickeln, die skalierbarer, wartungsfreundlicher und anpassungsfähiger sind als herkömmliche monolithische Systeme. Indem Teams Software in kleinere Services zerlegen, erhalten sie die nötige Flexibilität, um Updates schnell freizugeben, einzelne Komponenten bei Bedarfsverschiebungen zu skalieren und Technologieoptionen auf spezifische Geschäftsanforderungen abzustimmen.
Allerdings bringt das Modell auch Nachteile mit sich. Dutzende Dienste auszuführen, bringt neue Komplexitätsebenen mit sich, von der Überwachung über die Bereitstellung bis hin zur Notwendigkeit eines kulturellen Wandels im Unternehmen. Um erfolgreich zu sein, brauchen Unternehmen durchdachtes Design, die richtigen Tools und talentierte Teams, die darauf vorbereitet sind, die Verantwortung für unabhängige Dienstleistungen zu übernehmen.
Der beste Weg nach vorn ist oft schrittweise. Beginnen Sie damit, Bereiche zu identifizieren, in denen Unabhängigkeit und Skalierbarkeit den größten Mehrwert bieten, wie z. B. kundenorientierte Funktionen oder stark nachgefragte Services, und sich von dort aus weiterzuentwickeln. Microservices können echte Vorteile erschließen, aber sie liefern am meisten, wenn die Implementierung der Bereitschaft und den Zielen des Unternehmens entspricht.
Cloud-Plattformen eignen sich hervorragend für Microservices. Anbieter wie Google Cloud, AWS und Azure bieten Tools für Container-Orchestrierung, Service Discovery und API-Management. Mit diesen Diensten können Unternehmen Microservices je nach Nachfrage hoch- oder herunterskalieren, während sie nur die Ressourcen abrechnen, die sie verbrauchen.
Eine Microservice-Plattform umfasst verschiedene Tools und Frameworks, die die Erstellung, Bereitstellung und Verwaltung von Microservices vereinfachen. Diese Plattformen umfassen Orchestrierung, Containermanagement, Networking, Monitoring und Skalierung. In der Praxis kann das bedeuten, Docker für Container, Kubernetes für die Orchestrierung und ein Service Mesh wie Linkerd oder Istio für die Verwaltung von Kommunikation und Sicherheit zu verwenden. Diese Plattformen bilden das Rückgrat für einen reibungslosen Betrieb verteilter Dienste.
Ja. Mit serverlosem Computing können Microservices als einzelne Funktionen ausgeführt werden, die erst bei Auslösung gestartet werden. Dieses Modell reduziert den Infrastrukturaufwand und senkt die Kosten für Workloads mit unvorhersehbarem Datenverkehr. Serverlose Dienste können jedoch neue Herausforderungen mit sich bringen, wie z. B. Kaltstarts und engere Einschränkungen bei der Ausführungszeit.
