Cómo funciona la arquitectura de microservicios

La arquitectura de microservicios es un estilo flexible, escalable y modular de desarrollar aplicaciones de software. Consiste en dividir grandes aplicaciones en pequeñas partes independientes que realizan funciones específicas.

En general, la arquitectura proporciona un marco para crear, actualizar, probar, desplegar y mantener cada servicio de forma independiente. Como tal, permite a los desarrolladores crear aplicaciones como una colección de varios servicios autónomos.

La mayoría de las aplicaciones modernas nativas de la nube son buenos ejemplos de microservicios construidos utilizando contenedores. Los contenedores comprenden un conjunto de todos los códigos, bibliotecas, ejecutables, archivos y otros recursos que un microservicio necesita para ejecutarse. En consecuencia, los desarrolladores pueden crear aplicaciones sin preocuparse por las dependencias.

En la actualidad, empresas como Netflix, Amazon, Uber, eBay y otras han pasado de las aplicaciones monolíticas tradicionales a los microservicios. El cambio ha dado como resultado aplicaciones más fáciles de usar para los clientes y servicios fiables y mejorados.

Visión general

A medida que las empresas siguen buscando formas de seguir siendo competitivas en un entorno incierto y complejo, buscan maneras de mejorar la eficiencia. En particular, los desarrolladores de software están adoptando nuevos métodos para crear y mantener aplicaciones, añadir funciones y mucho más.

Para ello, están pasando de la arquitectura monolítica a la de microservicios. Y esto les permite construir aplicaciones y nuevas características de forma más rápida y fiable. Además, los desarrolladores y las empresas pueden actualizar las aplicaciones con regularidad utilizando equipos más pequeños, interfuncionales y poco acoplados.

La arquitectura de microservicios admite el desarrollo y el despliegue continuos de software. Cada equipo puede construir una serie de pequeños cambios y probar la aplicación y las nuevas características más rápidamente utilizando una canalización de despliegue automatizada.

Idealmente, la arquitectura supera la mayoría de los retos y limitaciones de la arquitectura monolítica. Al descomponer las aplicaciones grandes y complejas en unidades más pequeñas, facilita el desarrollo de aplicaciones grandes y complejas como una colección de múltiples subunidades independientes.

Cómo funciona la arquitectura de microservicios

La arquitectura de microservicios es un estilo que permite a los desarrolladores construir una aplicación como una colección de servicios débilmente acoplados y desplegables de forma independiente. Cada servicio, propiedad de un pequeño equipo especializado, es autónomo y se centra en abordar una función empresarial específica.

Los equipos pueden construir, desplegar, modificar, probar y mantener cada una de las unidades de forma independiente sin afectar a los demás servicios. A diferencia de una aplicación monolítica en la que todos los servicios se agrupan en una unidad sin límites, la arquitectura de microservicios divide cada funcionalidad empresarial en una única unidad independiente.

Cada microservicio se centra en una función concreta, como el registro, la facturación, la búsqueda, la mensajería, etc. Combinando los múltiples microservicios se obtiene una única aplicación con diferentes funciones. Aunque algunos microservicios pueden realizar una determinada función empresarial de forma individual, hay ocasiones en las que dos o más servicios trabajan juntos para realizar una tarea compleja de mayor envergadura.

En la arquitectura, los desarrolladores pueden descomponer una gran aplicación compleja en función de los requisitos empresariales o funcionales (verticalmente). Esto da lugar a subunidades más pequeñas que pueden desplegarse de forma independiente.

Algunas operaciones sólo requieren un único microservicio. Sin embargo, algunas operaciones complejas o exigentes se distribuyen entre varios microservicios. En tal caso, las subunidades se comunican entre sí mediante llamadas de red ligeras, síncronas o asíncronas, agnósticas al lenguaje, como REST, gRPC o mensajería.

Además, los clientes no hablan directamente con los microservicios. En su lugar, utilizan pasarelas API que reenvían la solicitud al microservicio apropiado.

Características de una arquitectura de microservicios

Cada microservicio o proceso de aplicación funciona como un servicio independiente, débilmente acoplado, con su lógica y sus dependencias. Y los equipos pueden modificar, probar, actualizar, desplegar y escalar el microservicio sin afectar a los demás dentro de la misma aplicación.

Algunas características de una arquitectura de microservicios son:

• La aplicación contiene varios procesos separados que pueden desplegarse de forma independiente. Sin embargo, el sistema puede llamar a varios microservicios para atender una única solicitud del usuario.
• La arquitectura admite el escalado granular y horizontal.
• Los microservicios tienen límites externos y no se comunican internamente entre sí. En su lugar, se comunican entre sí a través de llamadas de red ligeras como RPC y mensajería.
• Se compone de unidades especializadas y sencillas, cada una de las cuales aborda una función o cuestión empresarial específica. Lo más habitual es que cada equipo de desarrollo sea experto en un componente concreto.
• A medida que aumenta la demanda de más funcionalidades, los desarrolladores pueden añadir más código, lo que hará que la aplicación sea más compleja. En tal caso, los equipos pueden descomponerla aún más en servicios más independientes y fáciles de gestionar.

Arquitecturas monolíticas vs. de microservicios

En una arquitectura monolítica, si la demanda de una característica se dispara, los desarrolladores deben escalar toda la arquitectura. Añadir nuevas funciones o modificar una aplicación existente es complejo, lleva mucho tiempo y es costoso.

Además, el impacto de un fallo en un componente puede afectar a la disponibilidad de toda la aplicación, especialmente cuando los componentes o procesos dependen unos de otros.

Algunas de las principales desventajas de una aplicación monolítica son:

• Poca fiabilidad, ya que si falla un solo componente, toda la aplicación no funcionará
• No es fácilmente flexible
• Difícil de escalar
• Desarrollo lento ya que primero debe construirse una característica antes de pasar a la siguiente
• No es adecuado para aplicaciones grandes y complejas debido a su inflexibilidad y lento desarrollo

En una arquitectura de microservicios, se utilizan componentes diferentes e independientes para construir la aplicación. Cada característica o microservicio se ejecuta como un servicio independiente, y cuando es necesario añadir o modificar características, no es necesario actualizar toda la arquitectura. En su lugar, sólo se construyen los componentes necesarios.

Esto le permite actualizar, desplegar o escalar o ejecutar cada servicio de forma independiente en función de sus necesidades empresariales. Además, el impacto de un fallo en un componente es menor en comparación con una aplicación monolítica en la que todo se cae.

Beneficios de la arquitectura de microservicios

Los principales beneficios de una arquitectura de microservicios son:

#1. Escalado fácil y flexible de los servicios

La arquitectura de microservicios permite a los desarrolladores escalar cada servicio de forma independiente para satisfacer las demandas únicas de la función específica.

Con ello, los equipos no tienen que escalar toda la aplicación. En su lugar, sólo se centran en la unidad que tiene una mayor demanda y, en consecuencia, la escalan junto con su infraestructura asociada.

#2. Mejor capacidad de recuperación

Dado que los microservicios son independientes y autónomos, un problema con un servicio sólo degradará la aplicación y no dará lugar a un fallo total. Los demás microservicios en buen estado seguirán funcionando y sólo dejará de estar disponible la función afectada.

En una arquitectura monolítica, es probable que un problema en una característica provoque el fallo de toda la aplicación.

#3. Código reutilizable

Los desarrolladores pueden utilizar algunos módulos para realizar múltiples procesos. Por ejemplo, un microservicio que realice una determinada tarea puede funcionar también como bloque de construcción para otro servicio.

De este modo, los desarrolladores pueden crear funciones adicionales sin necesidad de escribir código nuevo desde cero. En su lugar, pueden reutilizar parte del código para otro servicio.

Otras ventajas son:

• La arquitectura de microservicios aprovecha los contenedores, la informática sin servidor, DevOps y otras tecnologías modernas de desarrollo de software.
• Permite a los desarrolladores crear y entregar varios servicios de forma concurrente.
• Capacidad para probar, solucionar problemas, actualizar o eliminar determinadas funciones sin afectar a otras.
• Ciclos de desarrollo más cortos y despliegue más rápido.
• Equipos de desarrollo más pequeños

Desventajas de la arquitectura de microservicios

La arquitectura de microservicios ofrece ventajas como permitir un desarrollo rápido, frecuente y fiable de aplicaciones grandes y complejas. Sin embargo, también tiene algunos inconvenientes y limitaciones.

• En el caso de las aplicaciones de gran tamaño, podrían plantearse complejos retos de codificación entre los microservicios.
• La gestión de la seguridad es un reto a medida que aumenta el número de microservicios y crece la aplicación. En la práctica, la arquitectura da lugar a un sistema ampliamente distribuido con una mayor superficie de ataque, reglas de acceso complejas y más tráfico de red que supervisar. Por ejemplo, hay muchos puertos, API y otros componentes expuestos, de forma que las herramientas de seguridad y los cortafuegos tradicionales no pueden protegerlos adecuadamente. Esto hace que los microservicios sean vulnerables a ataques DDoS, man-in-the-middle, cross-site scripting y otros.
• La resolución de problemas en aplicaciones grandes y complejas se hace más difícil a medida que crecen. Un gran número de módulos que se comunican entre sí puede dar lugar a una sobrecarga de comunicación debido al aumento del tráfico de red y de las llamadas RPC.
• Un gran número de servicios, procesos, contenedores, bases de datos y otras piezas móviles conllevan las complejidades y los retos de un sistema distribuido.
• A medida que las aplicaciones se hacen más grandes y complejas, resulta difícil garantizar la seguridad de las transacciones.

Herramientas de arquitectura de microservicios

La arquitectura de microservicios permite a los equipos más pequeños desarrollar servicios individuales débilmente acoplados. Para seguir siendo competitivos, los equipos necesitan utilizar diversas herramientas para apoyar el marco, automatizar algunas tareas repetitivas y acelerar el despliegue de aplicaciones y nuevas funciones.

Las herramientas de microservicios difieren en capacidades y otras características. Por ello, la elección depende de las necesidades específicas y de lo que los desarrolladores quieran conseguir.

Algunas herramientas comunes son:

1. Sistemas operativos como Linux y Windows
2. Lenguajes de Programación - Spring Boot, Elixir, Java, Golang, Python, Node JS
3. Herramientas de gestión y prueba de API API Fortaleza, Cartero, Tyk
4. Herramientas demensajería - RabbitMQ, Amazon Simple Queue Service (SQS), Apache KafkaGoogle Cloud Pub/Sub
5. Conjuntos de herramientas - Séneca, fabric8, Google Cloud Functions
6. Marcos arquitectónicos - Kong, Goa, Helidon, Quarkus, Molecular
7. Herramientas deorquestación – Conductor, Kurbenetes, Azure Kurbenetes service (AKS), Apache Mesos, Amazon Elastic Container Service.
8. Herramientas demonitorización - Logstash, Graylog Elastic Stack, Middleware
9. Herramientassin servidor - Kubeless, Claudia, Apache Openwhisk

Casos de uso de la arquitectura de microservicios

Los microservicios son ideales para diversas industrias y aplicaciones en las que mejoran el rendimiento y la eficiencia. A continuación se presentan algunos de los casos de uso más comunes:

#1. Streaming de datos

Cuando existe la necesidad de transmitir y procesar grandes cantidades de datos procedentes de una o varias fuentes, los microservicios pueden ayudar a mejorar la eficiencia y el rendimiento.

#2. Aplicaciones web escalables

Aunque algunas aplicaciones web suelen ser monolíticas, el uso de la arquitectura de microservicios puede mejorar la escalabilidad y el rendimiento.

#3. Aplicaciones de Internet de las cosas (IoT)

Los desarrolladores de aplicacionesIoT pueden utilizar la arquitectura de microservicios para construir las aplicaciones. Esto les permite construir aplicaciones pequeñas, ligeras, desplegables de forma independiente y manejables.

#4. Extraer, transformar, cargar (ETL)

ETL es una tecnología que extrae datos de una o varias fuentes, los transforma en el formato deseado y los carga en otro almacén de datos o base de datos. Los microservicios pueden ayudar a mejorar la escalabilidad y el rendimiento de estos procesos ETL.

Ejemplos de empresas que utilizan la arquitectura de microservicios

Algunas de las principales empresas tecnológicas que han adoptado los microservicios son;

Amazon

Amazon es uno de los principales promotores de la arquitectura de microservicios. A medida que la empresa y la base de clientes crecían, la aplicación monolítica que tenían se volvió inestable y poco fiable.

Para solucionarlo, se pasaron a los microservicios, que ahora garantizan un mantenimiento más sencillo, la adición de nuevas características y el mantenimiento de servicios individuales independientes, evitando así interrupciones completas.

Además de utilizar microservicios en el sitio web de compras de Amazon, también ofrecen una infraestructura, los Servicios Web de Amazon (AWS), donde las empresas pueden construir, alojar y gestionar los microservicios.

Uber

Al principio, Uber se basaba en una aplicación monolítica que era adecuada para la ciudad en la que ofrecía sus servicios. Sin embargo, a medida que la empresa entraba en nuevos mercados y regiones, la aplicación no podía dar soporte a los usuarios de forma eficiente.

Para garantizar unos servicios fiables, Uber cambió a la arquitectura basada en microservicios para determinadas funciones como la gestión de viajes, la gestión de pasajes, etc.

Netflix

Con los microservicios, Netflix ha conseguido superar los problemas de escalabilidad que experimentaba a medida que crecía su base de clientes.

Utiliza más de 500 microservicios basados en la nube para procesar unos 2.000 millones de solicitudes diarias. Además de mejorar la fiabilidad y la disponibilidad, la arquitectura de microservicios ha reducido el coste del streaming.

Palabras finales

La arquitectura de microservicios proporciona varias ventajas en comparación con los sistemas monolíticos. Entre ellas se incluyen un despliegue más rápido de aplicaciones y funciones, una gran flexibilidad y escalabilidad, capacidad de recuperación, etc.

Sin embargo, también tiene algunos inconvenientes y puede no ser adecuada para todas las aplicaciones. Por ejemplo, puede no ser rentable para las aplicaciones más pequeñas.

Además, a medida que las aplicaciones crecen en tamaño y características, resulta más difícil y costoso construir, desplegar y probar las subunidades, especialmente si están distribuidas en diferentes nubes y entornos de red.

Por ello, es vital evaluar y comprender las ventajas y los inconvenientes de la arquitectura de microservicios antes de adoptar la tecnología.

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