Introdução
O passado recente testemunhou uma transformação significativa no ciclo de vida do desenvolvimento de software. Arquitetar aplicações baseadas em containers e microsserviços é uma abordagem crucial e eficiente para eliminar aplicações monolíticas fortemente acopladas.
A containerização é um processo de encapsulamento de aplicações em uma unidade que oferece suporte ao ambiente para construir, executar e implantar aplicações. Trata-se de um ambiente leve e portátil para componentes de software. O Docker é uma plataforma bem conhecida para containerizar uma aplicação, fornecendo virtualização em nível de sistema operacional e entregando software em pacotes chamados containers.
A modernização de aplicações e arquiteturas baseadas em microsserviços oferecem maior flexibilidade, dividindo uma aplicação em serviços menores e independentes. Essa abordagem melhora a estabilidade e resulta em uma arquitetura fracamente acoplada, em contraste com as aplicações monolíticas tradicionais.
Cada serviço é projetado com base em uma lógica de negócios específica e pode interagir com outros serviços internamente usando chamadas de API (Application Programming Interface) ou diferentes protocolos. Assim, o design oferece muito mais flexibilidade em termos de desenvolvimento, implantação e balanceamento de carga.
Neste artigo, exploraremos os componentes fundamentais, benefícios, desafios e a arquitetura de microsserviços containerizados, juntamente com uma dica bônus sobre como criar o primeiro serviço containerizado usando a plataforma Docker.
Componentes de Microsserviços Containerizados
Serviços
Os serviços são os componentes individuais que são containerizados com a lógica de negócios e capacidades específicas. Cada serviço é implantado individualmente usando containers. Esses serviços são fracamente acoplados e têm capacidade de se comunicar entre si de maneira escalável.
Containers
Os containers são unidades leves, portáteis e individualmente construídas que fornecem um ambiente para executar a aplicação junto com as dependências. Eles oferecem capacidades de computação em tempo de execução e flexibilidade para serem implantados em várias plataformas. Existem várias ferramentas e plataformas disponíveis, como Docker, Kubernetes e Amazon ECS, que cuidam da containerização de aplicações para implantação e escalabilidade.
API Gateway
Um ponto de entrada comum para as solicitações que acessam a arquitetura de microsserviços. Os API gateways cuidam do roteamento de solicitações, autorização, configuração de protocolos e uma interface comum para os consumidores finais.
Load Balancer
O Load balancer é um componente responsável pela escalabilidade dos microsserviços ao distribuir as solicitações recebidas de várias fontes. Ele ajuda a manter a utilização mínima dos recursos do servidor, identificando registros de serviços e roteamentos configurados.
Streaming de Mensagens ou Eventos
Um sistema de mensagens confiável que facilita a transmissão assíncrona entre microsserviços. Seu padrão de design de arquitetura orientada a eventos permite a transmissão escalável e robusta de mensagens. Esses componentes incluem dois subcomponentes: o message broker, que cuida da comunicação entre serviços, e a message queue, que mantém os eventos/mensagens temporariamente e garante a entrega bem-sucedida com tolerância a falhas.
Segurança
Este componente gerencia identidades de usuários, autenticação e autorização dentro da arquitetura de microsserviços, identificando os papéis e ações permitidas de uma solicitação recebida. Ele garante a proteção completa contra ações executadas usando os endpoints de API. RBAC, segurança do API gateway, Transport Layer Security (TLS), armazenamento seguro, proteção em tempo de execução e trilhas de auditoria e registro são os principais componentes de segurança.
Logging e Monitoramento
Um serviço dedicado que cuida de agregar e armazenar os logs e dados em um repositório comum, ajudando no monitoramento, logging e solução de problemas. O monitoramento é o processo de coletar os logs armazenados e insights da aplicação para verificar a saúde do sistema, insights da aplicação, utilização de recursos e desempenho.
Integração Contínua/Implantação Contínua (CI/CD)
CI/CD é um processo automatizado para containerizar e construir uma aplicação, testar e implantar serviços. Ele possibilita uma entrega de software rápida e robusta para a plataforma desejada com mínimo esforço e em menos tempo. Isso elimina a interferência humana básica e os riscos durante a implantação da aplicação.
Diagrama Arquitetural
O diagrama da arquitetura de microsserviços e containerização demonstra uma arquitetura moderna de software utilizando microsserviços e soluções containerizadas para construir aplicações escaláveis, robustas e eficientes. Ele inclui vários componentes conforme mostrado abaixo no diagrama.
Esta arquitetura contém quatro componentes principais:
- Consumer: O usuário final ou sistema interage com os endpoints do serviço para trocar dados entre cliente e servidor. O consumidor é responsável por enviar solicitações ao API gateway em um formato especificado, incluindo detalhes de autenticação e protocolo necessários.
- Container Host: Serve como uma plataforma para executar serviços ou código dentro de um sistema operacional virtual, contendo todas as dependências essenciais específicas do ambiente. O container host gerencia todo o ciclo de vida de uma aplicação, incluindo a iniciação do serviço, tratamento de atualizações over-the-air (OTA) e encerramento da aplicação. Ele oferece flexibilidade para gerenciar o comportamento da aplicação especificando as variáveis de ambiente e parâmetros de configuração no arquivo de configuração.
- Microservices: Microservices são uma coleção de serviços individuais projetados para objetivos de negócios específicos, interagindo por meio de endpoints ou protocolos internos configurados em um event bus. Esses serviços são projetados para permitir a escalabilidade independente de cada componente, minimizando a interrupção dos outros. No caso de uma falha de serviço, o impacto é limitado ao serviço e lógica de negócios específicos, garantindo resiliência em todo o ecossistema. A solução de problemas torna-se muito fácil com essa abordagem modular. No diagrama, quatro serviços estão operacionais dentro de um host Docker. Esses serviços se comunicam entre si por meio de um event bus e são acessíveis aos consumidores por meio de endpoints específicos. Cada serviço é equipado com sua própria lógica de negócios e banco de dados, resultando na distribuição do tráfego de consumidores de acordo. A escalabilidade e o balanceamento de carga podem ser gerenciados independentemente para cada serviço com base no volume de tráfego de consumidores ou na frequência de solicitações.
- Event Bus ou Canal de Mensagens: Um microsserviço é uma plataforma descentralizada operando em vários containers ou máquinas virtuais, necessitando de interação entre vários processos ou serviços para cumprir objetivos de negócios específicos. Esse método de comunicação varia com base na natureza dos serviços, adaptando-se aos requisitos e implementações. Protocolos possíveis incluem HTTP, TCP, MQTT, AMQP, WebSocket, entre outros. O event bus desempenha um papel crucial ao permitir uma comunicação desacoplada, assíncrona e interações orientadas a eventos dentro da arquitetura de microsserviços, promovendo escalabilidade, flexibilidade e resiliência em sistemas distribuídos. No geral, microsserviços baseados em containers oferecem vantagens significativas em termos de flexibilidade, escalabilidade, eficiência de recursos, monitoramento e resiliência, tornando-os uma abordagem arquitetônica preferida para aplicações cloud-native modernas.
Desafios e Considerações em Microsserviços Containerizados
Microsserviços containerizados oferecem muito mais flexibilidade e vantagens, embora também tragam seus próprios desafios e considerações. Existem alguns desafios-chave que precisam ser considerados ao optar por microsserviços containerizados.
Complexidade Arquitetural
Gerenciar múltiplos serviços usando plataformas containerizadas como Docker e Kubernetes requer habilidades e expertise específicas para lidar com isso de forma tranquila. Pode se tornar complexo containerizar múltiplos serviços com seus próprios conjuntos de dependências.
Rede e Comunicação
A rede se torna desafiadora ao se comunicar com a aplicação, especialmente quando serviços específicos continuam a escalar para cima e para baixo, dependendo dos requisitos. Às vezes, o encaminhamento de portas, mapeamento de portas, mapeamento de volumes e exposição de elementos fora de um container se tornam desafiadores.
Segurança
Microsserviços containerizados oferecem considerações adicionais de segurança, como vulnerabilidades em containers e segurança de rede. Ao implantar código containerizado, pode ser necessário prestar atenção às práticas de codificação, scanning de imagens de containers e controle de acesso para eliminar riscos de segurança.
Gerenciamento de Dados
Gerenciar dados em ambientes de microsserviços containerizados pode ser desafiador, pois cada serviço pode usar bancos de dados distribuídos. Portanto, implementar métodos de armazenamento, backup e recuperação de dados torna-se um gargalo para garantir a integridade dos dados.
Monitoramento e Solução de Problemas
Monitorar e solucionar problemas em uma aplicação containerizada exige ferramentas ou expertise especializadas devido ao encapsulamento dentro de um container no host. Consequentemente, identificar logs, erros ou rastreamentos pode ser desafiador, exigindo a configuração adequada de recursos de logging e monitoramento para solução eficaz de problemas da aplicação.
Gerenciamento de Custos
Ambientes de microsserviços containerizados podem exigir custos adicionais associados à infraestrutura, orquestração, monitoramento e ferramentas de solução de problemas. Considerações como utilização de recursos, metodologias de escalabilidade, licenciamento e ferramentas de solução de problemas devem ser levadas em conta durante o desenvolvimento dos microsserviços.
Integração Contínua/Implantação Contínua (CI/CD)
Microsserviços containerizados podem ter várias aplicações, apresentando desafios para a CI/CD para garantir compatibilidade entre as imagens e o código-fonte. Medidas adequadas de versionamento e compatibilidade devem ser implementadas para lidar com essa complexidade de forma eficaz.
Adotar microsserviços containerizados pode exigir uma equipe DevOps habilidosa para lidar com a implantação, potencialmente requerendo alocação adicional de recursos para suporte adequado.
Conclusão
Arquitetar aplicações com containers e microsserviços oferece flexibilidade, escalabilidade e eficiência para o desenvolvimento moderno de software, superando limitações das arquiteturas monolíticas. Ferramentas como Docker e Kubernetes facilitam a containerização, permitindo integração ágil de serviços e independência entre eles.
Entretanto, essa arquitetura também traz desafios, como a complexidade, segurança, e custos de infraestrutura, que requerem atenção especializada. Com o uso adequado de CI/CD e planejamento estratégico, as organizações podem aproveitar os benefícios dessa abordagem, criando soluções resilientes, ágeis e escaláveis.
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