Microservices là gì ? Ứng dụng của kiến trúc Microservices thế nào?

Microservices đang trở thành trào lưu công nghệ và là sự lựa chọn của Developer nhờ tận dụng hạ tầng containers. Vậy Microservices là gì? Sử dụng kiến trúc này như thế nào? Cùng khám phá về cấu trúc đang gây sốt cộng đồng Developer qua bài viết dưới đây.

Microservices là gì?

Microservices là các module trong hệ thống được chia thành nhiều services nhỏ. Mỗi service sẽ thực hiện các chức năng chuyên biệt, như quản lý đơn hàng hoặc quản lý khách hàng,… và được đặt tại một server riêng, cho phép nâng cấp chỉnh sửa một cách độc lập. Các server này có thể giao tiếp thông qua các phương thức như gRPC, Rest API, lambda và không bị ảnh hưởng bởi nhau.

Việc áp dụng kiến trúc microservices cho phép chia nhỏ chức năng của ứng dụng thành các dịch vụ nhỏ, tối ưu hóa trải nghiệm và tốc độ cho từng người dùng. Thiết kế giao diện dựa trên từng đối tượng giúp cải thiện tương thích và tốc độ, đồng thời giảm thiểu các chức năng không cần thiết.

 Mô hình Microservices architecture

Bằng cách chia nhỏ chức năng thành các dịch vụ độc lập, nhà phát triển có thể tận dụng nhiều công nghệ và nền tảng đa dạng, từ đó xây dựng ứng dụng nhanh chóng hơn và đáp ứng các yêu cầu kinh doanh một cách linh hoạt hơn.

Ưu, nhược điểm của Microservices 

Với khả năng chia nhỏ module thành nhiều service độc lập, Microservices cải thiện các vấn để của monolith.

Ưu điểm của Microservices

Bằng cách chia nhỏ hệ thống thành các dịch vụ nhỏ, Microservices giúp giảm độ phức tạp và dễ dàng quản lý. Trong cấu trúc microservices, các dịch vụ giao tiếp với nhau thông qua Remote Procedure Call (RPC) hoặc Message – driven API, tạo ra sự kết nối linh hoạt. Đặc biệt, việc chia nhỏ mỗi dịch vụ sẽ giúp quá trình phát triển trở nên nhanh hơn, tiết kiệm thời gian hơn, khả năng nắm bắt và bảo trì hệ thống hiệu quả hơn.

Một lợi thế quan trọng khác của kiến trúc Microservices là khả năng phát triển độc lập từng dịch vụ bởi các nhóm riêng biệt. Điều này giúp các nhà phát triển tự do lựa chọn công nghệ phù hợp cho quá trình phát triển.

Bên cạnh đó, việc đóng gói mỗi dịch vụ vào một docker container độc lập của Microservices giúp giảm thiểu thời gian triển khai và tăng tính linh hoạt của hệ thống. Đặc biệt, khi áp dụng continuous deployment vào microservices, các nhà phát triển có thể tự động hóa quy trình triển khai liên tục mà không gây gián đoạn hoặc tác động đến các dịch vụ khác.

Ngoài ra, cấu trúc Microservices có khả năng scale từng dịch vụ một cách độc lập. Việc scale có thể thực hiện dễ dàng bằng cách tăng số lượng phiên bản của mỗi dịch vụ, sau đó sử dụng load balancer để phân phối tải. Điều này giúp tăng khả năng xử lý và mở rộng của từng dịch vụ mà không ảnh hưởng đến toàn bộ quy trình. Khi triển khai một dịch vụ lên các máy chủ có tài nguyên phù hợp, doanh nghiệp có thể tối ưu hóa chi phí vận hành và tài nguyên sử dụng. Qua đó, việc scale linh hoạt và tối ưu giúp đảm bảo hiệu suất cao và sự ổn định của hệ thống microservices.

Ưu điểm vượt trội của Microservices

Mặc dù microservices ra đời để cải thiện các vấn đề của monolith thế nhưng cấu trúc này vẫn tồn tại nhiều nhược điểm bên cạnh các ưu điểm vượt trội của nó.

Nhược điểm của Microservices là gì?

Trong kiến trúc Microservices, các nhà phát triển phải đối mặt với việc lựa chọn cách giao tiếp giữa các dịch vụ, có thể thông qua messaging hoặc RPC. Đồng thời, họ cũng phải xử lý các vấn đề khó khăn khi gặp phải kết nối chậm hoặc lỗi trong quá trình trao đổi các thông điệp (message). Vì vậy, microservices đòi hỏi sự phức tạp hơn với việc phát triển ứng dụng nguyên khối monolith.

Nhược điểm tiếp theo của Microservices đến từ việc đảm bảo giao dịch phân tán. Việc cập nhật dữ liệu chính xác (all or none) vào nhiều dịch vụ nhỏ khác nhau là một nhiệm vụ khó hơn nhiều so với việc đảm bảo giao dịch được cập nhật trên nhiều bảng trong một cơ sở dữ liệu trung tâm. Theo nguyên tắc CAP, giao dịch phân tán không thể đáp ứng đồng thời cả ba điều kiện sau:

• Consistency: Dữ liệu ở các điểm khác nhau trong mạng phải như nhau.

• Availability: Yêu cầu gửi đi phải nhận được phản hồi.

• Partition tolerance: Hệ thống vẫn hoạt động được ngay cả khi mạng gặp lỗi.

Hiện tại, các công nghệ cơ sở dữ liệu phi quan hệ (NoSQL) hay message broker tốt nhất cũng chưa đạt được nguyên tắc CAP. Ngoài ra, doanh nghiệp sẽ gặp nhiều phức tạp hơn nếu triển khai thủ công microservices architecture như đã làm với monolith.

Sử dụng kiến trúc Microservices khi nào?

Sở hữu lợi thế có thể hoạt động độc lập, microservices luôn được các nhà phát triển áp dụng khi phát triển các hệ thống lớn, phức tạp và bảo trì thường xuyên.

Ứng dụng của kiến trúc Microservices

Phát triển ứng dụng App Native

Các nhà phát triển có thể tập trung vào một số Microservices cụ thể mà không cần lo về những dịch vụ khác. Điều này giúp tăng tốc độ phát triển và nhanh chóng đưa sản phẩm ra thị trường.

Xây dựng và thiết kế Web API

Microservices hỗ trợ cải thiện hiệu suất cho các nhóm xử lý riêng biệt thay vì sử dụng một ứng dụng chung. Lợi ích này không chỉ nâng cao hiệu suất mà còn tăng cường mức độ bảo mật cho toàn bộ phần mềm.

Phát triển, mở rộng và tích hợp với module IoT

Microservices cho phép Developer vượt qua rào cản ngôn ngữ và công nghệ. Họ có thể sử dụng nhiều ngôn ngữ lập trình và công nghệ khác nhau trong cùng một sản phẩm, đồng thời tích hợp với các module IoT một cách linh hoạt.

Chi phí phát triển

Microservices cần rất nhiều chi phí vận hành

Thông thường một ứng dụng trải qua rất nhiều các phase trước khi được publish hoàn toàn. Mỗi service phải trải qua build, test, deploy and run. Mỗi dịch vụ có thể được viết bằng các ngôn ngữ và chạy trên các môi trường/ hệ điều hành khác nhau, các kịch bản triển khai CI/CD, và các dependency cũng có thể khác nhau.

Mỗi ứng dụng lại cần được triển khai theo cụm (clustering) để đáp ứng khả năng chịu lỗi và phục hồi, dẫn đến x2, x3 số lượng runtime instance so với số lượng dịch vụ ban đầu. Nếu hệ thống có 15 service, số lượng runtime instance có thể lên tới 30-50. Cộng thêm với các thành phần Load balancer và Message broker, hệ thống đã trở nên khá lớn nếu so với ứng dụng monolithic cùng chức năng.

Do hệ thống bị phân tán , việc monitoring và tracing cũng cần được thêm vào để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn đinh. Tránh tình trạng deadlock, hết dung lượng lưu trữ, compute bị quá tải…hay làm sao để biết được dịch vụ nào đang bị quá tải hoặc bị ngừng hoạt động để đưa ra quyết định phù hợp, hoặc làm sao để tracing được data/bug khi thực hiện một chức năng cross qua nhiều service và kênh messaging. Để ghi lại và truy vấn được log trong 30-50 instance cần một lượng tài nguyên không hề nhỏ.

Hiện tại đã có nhiều giải pháp đáp ứng các quá trình phát triển và triển khai các microservices, nhưng thường những ứng dụng này chỉ đáp ứng một phần các công việc cần làm . Gần như nhà phát triển sẽ cần triển khai hệ thống ở một mức độ nhất định trước khi có thể bắt tay vào code business.

Yêu cầu kĩ năng DevOps

Một hệ thống microservices thường được triển khai qua một Container Engine/ Container Orchestration như Docker, Docker Swarm, K8S, Openshift… Những công nghệ này yêu cầu kiến thức về docker, container, hệ điều hành và commandline, chưa kể đến kiến thức về mạng, storage, environment thậm chí các kiến thức nâng cao hơn về ảo hóa, clustering của mỗi công nghệ đặc thù. Hệ thống được tạo nên từ nhiều dịch vụ nhỏ, nên quá trình CI/CD là không thể thiếu để quá trình triển khai và tích hợp được tự động. Những kiến thức trên khá xa lạ với các developer chuyên về business như Frontend hay Backend, nên hệ thống microservices yêu cầu kĩ năng về DevOps đáng kể.

Interface Giao tiếp giữa các dịch vụ không rõ ràng

Vì hệ thống được chia nhỏ ra thành cách thành phần riêng biệt có thể cả về hướng kĩ thuật hoặc hướng theo domain business, các dịch vụ này cũng có thể được thực hiện bởi những cá nhân hay team khác nhau, dẫn đến việc phối hợp cùng nhau để định nghĩa interface giao tiếp giữa các service-service hoặc service-message broker trở nên phức tạp và không ổn định nếu giữa các team/ cá nhân không tuân thủ theo các rule về mặt giao tiếp. Function sẽ bị break nếu một bên thay đổi kiểu dữ liệu hoặc một dữ liệu mandatory không được đáp ứng giữa các service. Một số chuẩn giao tiếp hoặc công nghệ hỗ trợ cho chuẩn hóa format API và dữ liệu như OpenAPI hay Schema registry đã giúp ích rất nhiều cho việc kết hợp giữa các dịch vụ, nhưng về bản chất nhà phát triển cần có các biện pháp để giải quyết vấn đề này.

Multiply Effort

Hệ thống microservices có xu hướng triển khai hầu hết các dịch vụ chính trên cùng một công nghệ hoặc ngôn ngữ để giảm effort phát triển, nhưng ngay cả khi đã triển khai trên cùng một công nghệ thì các dịch vụ cũng thường được lưu trữ code hoàn toàn tách biệt về phạm vi project code và dependency.

Nhà phát triển thường xuyên phải đối mặt với vấn đề duplicate các đoạn code hoặc chức năng trên các service khác nhau, thậm chí ngay cả khi bắt đầu một dịch vụ mới, các cấu hình hệ thống, environment cũng thường được sử dụng lại trên các dịch vụ, các function util, secret, apikey… Điều gì sẽ xảy ra khi một đoạn code hay chức năng global cần được update tính năng hoặc fix bug, nhà phát triển cần thực hiện thay đổi đó ở tất cả các dịch vụ đang sử dụng. Vì đặc tính loose coupling của microservices nên việc duplicate các model hay code giữa các service là điều không thể tránh khỏi, nhưng cũng cần được tối ưu để giảm chi phí và rủi ro cho việc maintain hệ thống.

Xử lý hệ thống phân tán phức tạp

Microservices triển khai trên một hệ thống phân tán, các service thậm chí còn không cùng nằm trên một server, đây cũng chính là nguyên do dẫn đến rất nhiều vấn đề của microservices mà nếu ở hệ thống monolithic thậm chí chúng ta còn chưa nghe tới. Các vấn đề có thể kể đến như khả năng chịu lỗi, độ trễ của mạng, xử lý bất đồng bộ, transaction cross qua nhiều service, version của ứng dụng, tracing dữ liệu, khả năng tương thích ngược, cấu hình tập trung…

• Khả năng chịu lỗi: Microservices cần có khả năng chịu lỗi khi có một thành phần trong hệ thống không hoạt động và đảm bảo business không bị ảnh hưởng khi có một dịch vụ bị downtime hoặc xảy ra lỗi trong giao tiếp.
• Độ trễ của network: Với càng nhiều microservices, nguy cơ độ trễ của function càng lớn, vấn đề này rất quan trọng với các ứng dụng yêu cầu tốc độ cao và ổn định như chứng khoán, tài chính, ngân hàng.
• Xử lý bất đồng bộ: Trong hệ thống có thể có những function không thể nào nhận được đáp ứng ngay lập tức, vậy hệ thống lại cần có cơ chế để bên request có thể nhận biết được kết quả của một request đã được đáp ứng thực sự.
• Transaction cross qua nhiều dịch vụ: Đây là vấn đề thực sự quan trọng, Data consistency luôn là vấn đề quan trọng trong bất cứ hệ thống nào. Có lỗi trên một ứng dụng monolithic sẽ dễ dàng được giải quyết hơn do các framework hầu hết đã hỗ trợ Transactional trên các function khi thực thi. Nhưng điều này không thể lặp lại trên microservices, do các ứng dụng có nhu cầu gọi đến nhau để thực thi một business function, chưa kể đến các kênh giao tiếp khác Send and forget (messaging), dẫn đến các chức năng hoặc dữ liệu không thể rollback theo cách truyền thống.
• Version của ứng dụng: Việc kết hợp giữa các team yêu cầu sự thống nhất về mặt interface giao tiếp và chức năng. Làm thế nào để biết một business function trong release mới đang cần code của những dịch vụ nào, version nào của dịch vụ đó, và nhu cầu rollback cả hệ thống.
• Tracing dữ liệu: Việc debug trên hệ thống microservices không đầy đủ là khá khó khăn, nếu một function cross qua nhiều service và mỗi service chạy trên một vài instance. Điều này lại yêu cầu một hệ thống loging tập trung.
• Khả năng tương thích ngược: Các ứng dụng khi phát triển cần được quản lý các version và thay đổi interface một cách cần trọng, cân nhắc đến khả năng tương thích ngược với các hệ thống hiện tại. Thận trọng trong các thay đổi về request/response hoặc các bussiness code. Bạn có thể phát triển thêm một tính năng những sẽ break business hiện tại.
• Centralize configuration: Khi hệ thống phân tán mà không có giải pháp cho việc centralize các configuration, nhà phát triển sẽ phải thường xuyên thay đổi các config một các thủ công và trên nhiều dịch vụ. Việc này khá mất effort và không đảm bảo tính chính xác/ ổn định của hệ thống.

Khả năng kiểm thử

Do có nhiều dịch vụ nên việc kiểm thử trở nên khó khăn và tốn effort trên cả unit test/ manual test/ auto test/ intergration test. Thậm chí còn trở nên khó khăn hơn nữa với các chức năng sử dụng bất đồng bộ(async/callback) hoặc messaging(publish/subscribe).

Handle multi-instance

Nhà phát triển cần chú ý tới khả năng multi instance có ảnh hưởng đến các chức năng vốn có của các dịch vụ hay không. Nếu lúc đầu các dịch vụ luôn chỉ có 1 instance, nhưng không chắc chắn khi tăng số replica , mọi business sẽ hoạt động ổn định. Lấy ví dụ với các chức năng về cron-job hoặc subscribe messaging thường chỉ có nhu cầu được trigger/execute 1 lần trên cả hệ thống, nhưng với multi instance, các chức năng này cũng sẽ được repeat hoặc chạy song song nếu không thêm vào các kĩ thuật để xử lý.

Bài viết trên đã cung cấp một cái nhìn tổng quan về Microservices là gì? Hy vọng rằng thông qua nội dung này, quý khách hàng đã có thể hiểu hơn về Microservices, cũng như những lợi ích và nhược điểm của nó, để ứng dụng vào công việc phát triển phần mềm.