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Definition: Microservices als Basis von Cloud native Applikationen Was sind Microservices?

| Autor / Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Stefan Luber / Florian Karlstetter

Bei Microservices handelt es sich um kleine entkoppelte Prozesse, die einzelne Funktionen für eine Anwendungssoftware bereitstellen. Sie ermöglichen den modularen Aufbau von Software und bilden die Basis von Cloud native Applikationen, die die Vorteile von Cloud-Umgebungen voll ausschöpfen.

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Microservices - kleine entkoppelte Dienste für den modularen Aufbau von Anwendungen.
Microservices - kleine entkoppelte Dienste für den modularen Aufbau von Anwendungen.
(Bild: gemeinfrei (geralt / pixabay) / CC0 )

Microservices ermöglichen es, komplexe Anwendungen mit Hilfe einer Architektur bestehend aus vielen kleinen voneinander entkoppelten Diensten und Prozessen zu realisieren. Die Microservices kommunizieren über Schnittstellen und stellen der Applikation jeweils einzelne Funktionen und Dienste zur Verfügung. Selbst komplexe Anwendungssoftware kann auf Basis von Microservices modular entwickelt und umgesetzt werden.

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Die einzelnen Microservices sind voneinander unabhängig und können auf verschiedenen Rechnern in verteilten Umgebungen oder auf Cloud-Plattformen laufen. Das Starten, Stoppen, Updaten und Skalieren der Services ist ohne eine gegenseitige Beeinflussung möglich. Für so genannte Cloud native Anwendungen, die die Möglichkeiten und Vorteile von Cloud-Umgebungen voll ausschöpfen, bilden Microservices und Container bestehend aus Microservices die Funktionsbasis.

Typische Merkmale von Microservices

Typisches Merkmal eines Microservices ist, dass er nur wenige oder nur eine einzige Aufgabe erledigt. Er ist auf diese spezialisiert und für die Aufgabe optimiert. Der Umfang der Aufgaben bleibt überschaubar und Services sind einfach ersetzbar. Betreut werden die Microservices von kleinen Entwicklerteams, die Veränderungen oder Anpassungen schnell und flexibel vornehmen können. Die Entwicklerteams sind für einen Microservice oder für fachlich zusammengehörige Microservices zuständig und bestehen in der Regel aus vier bis maximal sieben Personen. Im Vordergrund steht der Nutzen für die übergeordnete Anwendung.

Um mit der Anwendung oder gegebenenfalls mit anderen Microservices zu kommunizieren, verwenden die Services standardisierte Schnittstellen und Protokolle. Durch die Kommunikation über Schnittstellen, sind die Details der Implementierung nach außen verborgen. Für die Anwendung ist nicht ersichtlich, welche Technologie oder Architektur für die Erbringung der Leistung zum Einsatz kommt. Es zählt nur die Bereitstellung der spezifischen Funktion im geforderten Umfang. Grundsätzlich ist es möglich, dass jeder Service eine andere Programmiersprache, Datenbanktechnik oder ein anderes Framework verwendet. Um gegenseitige Beeinflussungen von Microservices zuverlässig zu verhindern, sind sie entkoppelt und gegenüber anderen Services isoliert. Dadurch lassen sich die Services unabhängig voneinander in Produktion bringen und betreiben.

Die Microservices laufen auf unterschiedlichen Rechnern, virtuellen Servern oder in getrennten Betriebssystemumgebungen. Dieser verteilte Ansatz verhindert die gegenseitige Beeinflussung oder eventuelle Überlastungen der Host-Systeme durch Microservices. Microservices besitzen keinerlei zentralistische Hierarchie und sind horizontal skalierbar. Soll die übergeordnete Applikation skalieren, werden nicht Rechnerleistungen oder Netz- und Speicherressourcen angepasst, sondern die Leistungen der einzelnen Microservices erhöht. Treten Fehler einzelner Services auf, sind Fehlerzustände und Ereignisse separiert. Die Überwachung und die Sicherheit der Microservices gewährleisten getrennte Authentifizierungs-, Autorisierungs- und Verschlüsselungsverfahren sowie entkoppelte Logging-, Monitoring- und Reporting-Tools.

Die Vorteile von Microservices

Eine Architektur, die konsequent auf Microservices setzt, bietet gegenüber herkömmlichen Ansätzen zahlreiche Vorteile. Zuständige Entwicklerteams agieren unabhängig voneinander. Parallelisierte Entwicklungsprozesse, bei denen viele Microservices gleichzeitig bereitgestellt werden, lassen sich realisieren. Es ist keine Kommunikation zwischen den Entwicklern der verschiedenen Microservices notwendig. Die Steuerung des kompletten Entwicklungsprozesses ist zentral aus Anwendungssicht möglich, was den Koordinationsaufwand minimiert. Da Microservices nur einzelne Funktionen bereitstellen, bleiben sie klein und überschaubar. Eventuelle Anpassungen oder Erweiterungen sind mit wenig Aufwand in überschaubaren Zeiten umsetzbar.

Genügt ein Microservice den Anforderungen nicht mehr, ist er problemlos durch einen komplett neu entwickelten Service eines anderen Teams ersetzbar. Abhängigkeiten zwischen Funktionen und Diensten lassen sich vermeiden und die Architektur bleibt weiterhin konsequent auf die Bereitstellung von Services für die übergeordnete Anwendung ausgerichtet. Aufgrund der Kommunikation ausschließlich über definierte Schnittstellen werden proprietäre Ansätze vermieden und etablierte Standardmechanismen genutzt. Eine hohe Verfügbarkeit des Gesamtsystems und der Applikation ist erreichbar, da sämtliche Microservices getrennt voneinander funktionieren. Ein Ausfall eines einzelnen Services beeinflusst andere nicht und ist durch die Bereitstellung eine Ersatzservices schnell abzufangen. In puncto Skalierbarkeit bleibt die Anwendung extrem flexibel, da nicht die Anwendung selbst oder Rechnerressourcen, sondern die Microservices skalieren.

Microservices und Cloud native Anwendungen

Eine wichtige Rolle spielen Microservices für Cloud native Anwendungen (NCAs). Es handelt sich bei diesen Anwendungen um Programme, die speziell für Cloud-Computing-Architekturen entwickelt und optimiert werden. Die Applikationen nutzen die Besonderheiten einer Cloud-Umgebung konsequent zu ihrem Vorteil. Die Basis von Cloud native Anwendungen bilden die Microservices, die sich aus voneinander entkoppelten Cloud-Services auf unterschiedlichen Systemen zusammensetzen.

Die Dienste für die Applikation lassen sich auf diese Art auf verschiedenen Systemen und an unterschiedlichen Standorten erbringen. Beispiele für bereitgestellte Funktionen der Microservices sind das Empfangen von Nachrichten, das Liefern von spezifischen Daten, das Lösen von Rechenaufgaben oder das Auslesen von Sensoren. Schon bei der Entwicklung der Cloud native Applikation ist die Cloud-Architektur mit ihren verteilt arbeitenden Microservices zu berücksichtigen. Es sind Redundanzen und Kommunikationsschnittstellen bereitzustellen, die sicherstellen, dass die einzelnen Microservices unabhängig von spezifischer Hardware und bestimmten Betriebssystemen lauffähig bleiben. Für den Fehlerfall einzelner Services sind Redundanzmechanismen vorzusehen.

Oft sind Microservices mit einer HTTP-Schnittstelle für die Kommunikation versehen. Ein wesentlicher Vorteil von NCAs ist, dass Anwendungen schnell zu realisieren und bereitzustellen sind. Die Anwendungen bleiben flexibel, da ein horizontales Skalieren über die Microservices möglich ist. Das aus herkömmlichen Serverumgebungen typische Überprovosionieren von Ressourcen ist überflüssig und die Leistungsfähigkeit kann direkt passend zu den aktuellen Anforderungen bereitgestellt werden. Ebenfalls hinfällig sind lange Deploymentprozesse, da die Cloud native Applikation direkt mit der Fertigstellung der Programmierung veröffentlicht werden kann.

Der Cloud native Ansatz macht Anwendungen ohne große Anpassungen auf verschiedenen öffentlichen oder privaten Cloud-Umgebungen lauffähig. So lassen sich Cloud-Umgebungen und Cloud-Anbieter nach optimalem Preis-Leistungsverhältnis auswählen. Die Unternehmen binden sich nicht an einen bestimmten Provider und vermeiden Abhängigkeiten zu Dienstleistern und Partnern.

Container zur Bündelung von Microservices

Mehrere Microservices lassen sich zu so genannten Containern zusammenfassen. Dadurch ist die Bereitstellung von vielen einzelnen Microservices vereinfacht und schneller möglich. Gleichzeitig sind Container gegenüber zum Beispiel einer virtuellen Maschine wesentlich effizienter und flexibler zu handhaben. Die Container sind untereinander isoliert, stellen aber für ihre eigenen Microservices übergeordnete Funktionalitäten bereit. Dies können Filesysteme, Datenbanken oder andere Ressourcen und Services sein.

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