Cinco patrones de diseño de microservicios que todo equipo de DevOps debería conocer

Por: Gilad David Maayan el 29 de agosto de 2023

Los microservicios han revolucionado el mundo del desarrollo de aplicaciones, dividiendo sistemas grandes y monolíticos en componentes más pequeños y manejables. El estilo arquitectónico, caracterizado por servicios independientes y débilmente acoplados, aporta numerosas ventajas, desde escalabilidad y modularidad hasta una mayor flexibilidad.

¿Cómo pueden los equipos de DevOps utilizar mejor este enfoque para lograr la máxima eficiencia? La respuesta está en comprender y emplear eficazmente los patrones de diseño de microservicios. En este artículo, profundizaremos en los cinco patrones de diseño de microservicios clave que todo equipo de DevOps debe conocer: el patrón de puerta de enlace API, el patrón de base de datos por servicio, el patrón de disyuntor, el patrón basado en eventos y el patrón saga. Exploraremos cuáles son estos patrones, los beneficios que aportan, sus desafíos y abordaremos cómo elegir los patrones de diseño de microservicios óptimos para su proyecto.

Los microservicios son un estilo arquitectónico que estructura una aplicación como una colección de servicios pequeños, poco acoplados y que se pueden implementar de forma independiente. Cada uno de estos servicios corresponde a una funcionalidad empresarial específica y se puede desarrollar, implementar y escalar de forma independiente.

La idea detrás de los microservicios es dividir una aplicación monolítica grande en una colección de partes más pequeñas y manejables. Cada microservicio es un componente independiente que se puede desarrollar, probar, implementar, escalar y actualizar independientemente de todos los demás microservicios. Este enfoque ofrece numerosas ventajas, como una mayor modularidad, flexibilidad y escalabilidad, lo que lo hace muy popular entre las organizaciones que buscan mejorar el rendimiento y la capacidad de mantenimiento de sus aplicaciones.

A diferencia de la arquitectura monolítica, donde todos los componentes de la aplicación están interconectados y son interdependientes, en una arquitectura de microservicios, cada servicio es independiente y se comunica con otros a través de API y protocolos bien definidos. Esta independencia permite utilizar diferentes tecnologías y lenguajes para diferentes servicios que mejor se adapten a los requisitos de cada servicio.

La arquitectura de microservicios se ha convertido en un punto de inflexión en el panorama de DevOps. Profundicemos en algunos de los beneficios clave de integrar microservicios en sus prácticas de DevOps.

Una de las mayores ventajas de los microservicios es que se pueden implementar de forma independiente. Esto significa que se pueden realizar cambios en un único servicio sin afectar a toda la aplicación. En una arquitectura monolítica, incluso un pequeño cambio requiere volver a implementar toda la aplicación, lo que requiere mucho tiempo y es arriesgado. Sin embargo, con los microservicios, los equipos pueden actualizar, ajustar o incluso reescribir completamente un servicio sin interrumpir la funcionalidad general de la aplicación. Esto facilita la entrega y la implementación continuas, aspectos clave de la cultura DevOps.

Otro beneficio importante de los microservicios es el aislamiento mejorado de fallas. En una arquitectura monolítica, un fallo en un componente puede provocar la caída de toda la aplicación. Sin embargo, en una arquitectura de microservicios, si un servicio falla, los demás siguen funcionando normalmente. Esta falla aislada se puede solucionar sin afectar el rendimiento general de la aplicación. Por tanto, los microservicios contribuyen significativamente a la estabilidad y resiliencia de una aplicación.

Los microservicios también ofrecen una escalabilidad superior. Dado que cada microservicio es una entidad separada, se puede escalar de forma independiente según la demanda. Si una funcionalidad particular experimenta una gran demanda, sólo es necesario ampliar el servicio correspondiente en lugar de toda la aplicación. Este escalado dirigido no solo es más eficiente sino también rentable, lo que convierte a los microservicios en la opción preferida para las empresas que experimentan cargas variables.

Cuando se trata de microservicios, no hay una talla única que sirva para todos. Diferentes aplicaciones tienen diferentes requisitos y el diseño de su arquitectura de microservicios debe adaptarse a estas necesidades específicas. Ahí es donde entran en juego los patrones de diseño. Examinemos la importancia de estos patrones en el contexto de los microservicios.

La escalabilidad es uno de los factores críticos a considerar al diseñar una arquitectura de microservicios. La capacidad de manejar cargas mayores agregando más instancias de servicios es una ventaja fundamental de los microservicios. Sin embargo, esto requiere un diseño cuidadoso para garantizar que los servicios puedan duplicarse y distribuirse fácilmente. Los patrones de diseño, como la instancia de servicio replicada y los patrones de servicios fragmentados, ayudan a lograr esta escalabilidad.

Los patrones de diseño desempeñan un papel vital a la hora de reducir la complejidad asociada a la arquitectura de microservicios. Dividir una aplicación en microservicios puede generar una proliferación de servicios, cuya gestión puede resultar difícil. Sin embargo, con los patrones de diseño adecuados, como el agregador o la puerta de enlace API, puede simplificar la gestión de servicios y mejorar la comunicación entre servicios.

Los microservicios a menudo dependen de la gestión de datos distribuidos, que puede resultar compleja. Cada microservicio tiene su propia base de datos independiente para garantizar un acoplamiento flexible y una independencia. Sin embargo, gestionar transacciones y garantizar la coherencia de los datos en todos los servicios puede resultar un desafío. Los patrones de diseño como saga y event sourcing pueden ayudar a gestionar los datos distribuidos de forma eficaz.

En una arquitectura de microservicios, los servicios necesitan comunicarse entre sí para funcionar correctamente. Esta comunicación entre servicios generalmente se realiza a través de API, pero puede volverse complicada a medida que aumenta la cantidad de servicios. Los patrones de diseño, como el equilibrador de carga del lado del cliente y el disyuntor, pueden ayudar a optimizar esta comunicación y garantizar que los servicios puedan interactuar de manera eficiente.

En una arquitectura de microservicios, cada servicio expone un conjunto de API detalladas. Administrar estas API individualmente puede ser una tarea desalentadora, especialmente cuando su aplicación consta de docenas o incluso cientos de microservicios. Ahí es donde entra en juego el patrón API Gateway.

La puerta de enlace API sirve como punto de entrada único para todas las solicitudes de los clientes. Enruta las solicitudes al microservicio apropiado y posteriormente agrega las respuestas. También maneja preocupaciones transversales como autenticación, monitoreo y limitación de velocidad. Además, proporciona una API unificada que es más fácil de consumir por parte del cliente, protegiéndolo de la complejidad de la arquitectura de microservicios.

Sin embargo, el patrón API Gateway no está exento de desafíos. Puede convertirse en un cuello de botella si no se diseña y escala adecuadamente. Además, es un punto único de falla a menos que esté altamente disponible. A pesar de estos desafíos, con elecciones de diseño cuidadosas y buenas prácticas operativas, el patrón API Gateway puede simplificar enormemente la interacción del cliente con los microservicios.

En una aplicación monolítica, todos los módulos suelen compartir una única base de datos. Si bien este enfoque puede parecer conveniente, conduce a un estrecho acoplamiento entre módulos, lo que dificulta escalar y mantener la aplicación. El patrón Base de datos por servicio proporciona una solución elegante a este problema.

En este patrón, cada microservicio es propietario de su base de datos, lo que garantiza un acoplamiento flexible y una alta cohesión. Esto permite que cada microservicio utilice el tipo de base de datos que mejor se adapte a sus necesidades. Además, permite el escalado y la evolución independientes de cada microservicio.

Sin embargo, implementar el patrón de base de datos por servicio puede resultar complicado. Implica abordar cuestiones de gestión de datos distribuidos, como garantizar la coherencia de los datos entre los servicios. A pesar de estos desafíos, el patrón Base de datos por servicio es una herramienta poderosa para lograr el aislamiento y la autonomía de los datos en una arquitectura de microservicios.

En una arquitectura de microservicios, los servicios suelen depender unos de otros. Si un servicio falla o se vuelve lento, puede afectar a todos los servicios dependientes y provocar una falla en cascada. El patrón Circuit Breaker tiene como objetivo evitar este escenario.

Con el patrón Circuit Breaker, puede evitar que una falla de red o servicio se transmita en cascada a otros servicios. Cuando se detecta una falla, el disyuntor se dispara y evita más llamadas al servicio que falla. Luego intenta periódicamente llamar al servicio y, si tiene éxito, cierra el circuito y deja pasar las llamadas.

Este patrón ayuda a mantener el rendimiento del servicio y evitar tiempos de espera durante una falla. Sin embargo, requiere un ajuste cuidadoso para equilibrar la capacidad de respuesta y la sensibilidad a las fallas. A pesar de las complejidades, el patrón Circuit Breaker es un patrón clave para crear microservicios resilientes.

En una arquitectura de microservicios, mantener la coherencia de los datos entre los servicios puede resultar un desafío. El patrón basado en eventos proporciona una solución a este problema.

En el patrón basado en eventos, los servicios publican eventos cuando cambia su estado. Otros servicios se suscriben a estos eventos y actualizan su estado en consecuencia. De esta forma, cada servicio puede mantener su coherencia sin necesidad de comunicación sincrónica.

Este patrón mejora el desacoplamiento entre servicios y mejora el rendimiento al permitir la comunicación asincrónica. Sin embargo, también puede hacer que el sistema sea más complejo y difícil de entender debido a la naturaleza indirecta de las interacciones entre servicios. Sin embargo, el patrón basado en eventos es una herramienta poderosa para garantizar la coherencia de los datos en una arquitectura de microservicios.

En una arquitectura de microservicios, implementar transacciones comerciales que abarquen múltiples servicios puede ser un gran desafío. El patrón Saga proporciona una solución a este problema.

Una saga es una secuencia de transacciones locales donde cada transacción actualiza datos dentro de un único servicio. Si una transacción local falla, la saga ejecuta transacciones de compensación para deshacer el impacto de las transacciones anteriores.

Si bien el patrón Saga puede gestionar eficazmente transacciones distribuidas, también añade complejidad al sistema. Requiere un diseño cuidadoso y una coordinación entre los servicios. A pesar de estos desafíos, el patrón Saga es una herramienta fundamental para gestionar transacciones comerciales complejas en una arquitectura de microservicios.

En conclusión, comprender y aplicar estos cinco patrones de diseño de microservicios clave puede ayudarle a diseñar aplicaciones más escalables, confiables y mantenibles. Sin embargo, es importante recordar que cada patrón tiene sus ventajas y desventajas y debe aplicarse con prudencia en función de las necesidades específicas de su aplicación. A medida que profundiza en el mundo de los microservicios, se dará cuenta de que estos patrones son componentes esenciales para desarrollar aplicaciones sólidas y resilientes.

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