O que é orquestração de microsserviços?

Imagine um maestro em uma orquestra sinfônica que orienta cada músico para tocar no momento certo. Da mesma forma, a orquestração pode garantir que cada microsserviço execute sua função específica quando necessário para proporcionar experiências de usuários contínuas. Sem essa coordenação, haveria um caos: serviços ligando uns para os outros de forma aleatória, fluxos de trabalho interrompidos quando os componentes falham e nenhuma visibilidade do que está acontecendo nas diversas infraestruturas de TI.

As organizações precisam de orquestração porque as aplicações modernas são complexas e consistem em centenas de serviços individuais. A orquestração de microsserviços atua como o sistema que transforma esses microsserviços independentes em aplicação bem coordenadas, mantendo os benefícios de escalabilidade e flexibilidade de uma arquitetura distribuída.

De acordo com um relatório da Research Nester, o mercado de orquestração de microsserviços foi avaliado em US$ 4,7 bilhões em 2024 e deve atingir US$ 72,3 bilhões em 2032. Esta pesquisa demonstra uma taxa de crescimento anual composta (CAGR) de 23,4% durante o período da previsão.¹  

O que impulsiona a expansão constante do mercado é o crescimento de aplicações em empresas globais de tecnologia, como Google e Amazon, juntamente com a crescente demanda de serviços de comércio eletrônico, fintech e streaming.

Os principais serviços de streaming, como Netflix e Hulu, exemplificam um caso de uso clássico. Eles dependem da orquestração para coordenar centenas de microsserviços que lidam com tudo, desde a autenticação do usuário e recomendações de conteúdo até o streaming de vídeo e o faturamento. Todos devem trabalhar em uníssono para oferecer milhões de experiências de visualização personalizadas simultaneamente.

Microsserviços são componentes de software pequenos, independentes e autônimos que trabalham juntos para formar uma aplicação completa. Eles permitem que as organizações criem, implementem e escalem aplicações com mais eficiência.

Ao contrário das aplicações monolíticas, a arquitetura de microsserviços nativa da nuvem divide os aplicativos em serviços menores e focados que lidam com funções de negócios específicas. Cada microsserviço é executado de forma independente, se comunica por meio de interfaces de programação de aplicativos (APIs) e pode ser desenvolvido, implementado e escalado separadamente.

Vejamos, por exemplo, um aplicativo de compartilhamento de corridas, como o Uber ou o Lyft. Quando a aplicação processa uma solicitação de corrida, o orquestrador chama o serviço de localização para encontrar motoristas, inicia o algoritmo de correspondência e calcula os preços. O orquestrador também envia notificações para o passageiro e o motorista em uma sequência coordenada.

Essa abordagem permite que as organizações construam sistemas mais flexíveis e escaláveis, que se adaptam rapidamente às mudanças nos requisitos de negócios. Empresas de tecnologia como a Netflix, Amazon e Uber foram pioneiras em microsserviços para lidar com escala maciça e rápido desenvolvimento de software. De acordo com uma pesquisa da IBM de 2021, 85% das organizações adotaram ou planejam adotar a arquitetura de microsserviços, destacando sua crescente importância.

Um framework de orquestração de microsserviços utiliza um sistema centralizado de gerenciamento de fluxos de trabalho que distribui processos de negócios por meio de chamadas de serviço síncronas. O orquestrador mantém as definições de fluxos de trabalho, entende as dependências de serviços e pode garantir que os microsserviços sejam executados na sequência correta.

Por exemplo, quando uma empresa de comércio eletrônico como a Amazon processa um pedido de cliente, o orquestrador liga para o serviço de inventário para verificar a disponibilidade, inicia o processamento de pagamentos, organiza o despacho e envia notificações para os clientes. O orquestrador realiza todas essas tarefas em uma sequência coordenada.

Essa coordenação depende de tecnologias-chave como o Docker para conteinerização de aplicação e plataformas de orquestração de contêineres, como o Kubernetes, para gerenciar a implementação de contêineres, escalabilidade e descoberta de serviços. Essas ferramentas permitem que os serviços se comuniquem dinamicamente enquanto otimizam a alocação de recursos em toda a infraestrutura. O orquestrador monitora de forma contínua cada etapa do fluxo do processo. Assim, quando surgem problemas, ele pode tentar novamente operações com falha, reverter alterações problemáticas ou alertar os administradores para manter a confiabilidade do sistema.

A orquestração de microsserviços inclui estes principais benefícios: 

• Melhor escalabilidade e gerenciamento de recursos: as plataformas de orquestração fornecem auto-scaling inteligente e gerenciamento de recursos em todos os microsserviços, tomando decisões de escalabilidade em todo o sistema com base em padrões de demanda.

• Resiliência do sistema e isolamento de falhas aprimorados: a orquestração centralizada lida automaticamente com falhas, tentando novamente as operações, evitando que um serviço com falha derrube toda a aplicação e mantendo a consistência dos dados em todos os serviços.

• Ciclos de desenvolvimento e implementação mais rápidos: a coordenação automatizada de serviços elimina o trabalho manual de integração, permitindo que os desenvolvedores se concentrem na lógica de negócios e, ao mesmo tempo, possibilita implementações mais seguras por meio de lançamentos coordenados.

• Melhor diversidade e flexibilidade tecnológica: as equipes de desenvolvimento podem escolher linguagens, bancos de dados e frameworks ideais para serviços específicos e, ao mesmo tempo, participar de fluxos de trabalho coordenados por meio da orquestração unificada.

• Compatibilidade com cargas de trabalho de IA/ML: a orquestração lida com a coordenação complexa necessária para pipelines de aprendizado de máquina (ML), desde pré-processamento de dados e treinamento de modelos até implementação e monitoramento. Ela também gerencia os requisitos de computação variáveis de diferentes serviços de inteligência artificial (IA).

Uma orquestração bem-sucedida depende de padrões de projeto de microsserviços comprovados que lidem com desafios comuns de um sistema distribuído. Veja aqui alguns dos exemplos mais importantes:

Um padrão Saga gerencia transações distribuídas dividindo-as em etapas reversíveis. Se alguma etapa falhar, o Saga executa ações de compensação para desfazer operações anteriores e manter a consistência dos dados em todos os serviços.

Por exemplo, em um site de comércio eletrônico, se um pagamento falhar durante o checkout, o Saga cancela a retenção do inventário e restaura o carrinho de compras.

Um disjuntor evita falhas em cascata ao monitorar as chamadas para serviços posteriores e interromper as solicitações quando as falhas são detectadas.

Por exemplo, quando um serviço de recomendação de produto começa a falhar, o disjuntor bloqueia automaticamente as solicitações para ele e mostra recomendações previamente armazenadas em cache.

Um padrão de tentativas e tempo limite lida automaticamente com falhas de serviço temporárias, esperando e tentando novamente solicitações com falha com um timing inteligente.

Por exemplo, se um serviço de pagamentos estiver temporariamente indisponível, o sistema aguardará e tentará novamente.

Ao construir sistemas distribuídos, as equipes e desenvolvedores de DevOps devem decidir se os serviços devem ser coordenados centralmente ou se coordenar sozinhos. Essa decisão molda a forma como os microsserviços se comunicam, como as equipes gerenciam a complexidade e como os sistemas escalam ao longo do tempo.

• A orquestração de microsserviços usa um coordenador centralizado que gerencia todas as interações de serviços. Como um gerente de projetos, o orquestrador conhece todo o fluxo de trabalho e informa a cada serviço quando agir. Esse método oferece visibilidade clara sobre processos complexos e facilita a implementação de business rules e a manutenção de trilhas de auditoria.

• A coreografia de microsserviços adota a abordagem oposta, com serviços coordenando-se por meio de eventos sem controle central. Quando um serviço conclui o trabalho, ele publica um evento que aciona outros serviços. Plataformas de fluxo de eventos, como o Apache Kafka, muitas vezes impulsionam essas interações ao entregar mensagens de maneira confiável entre serviços em escala.

As equipes escolhem a orquestração quando precisam de controle explícito dos fluxos de trabalho, governança centralizada e consistência de dados rigorosa. É particularmente valiosa em finanças, saúde e logística, onde a conformidade regulatória e a auditabilidade são essenciais.

As equipes escolhem a coreografia quando escalabilidade, resiliência e autonomia de serviço são prioridades. Funciona bem para arquiteturas orientadas a eventos, sistemas em tempo real e processamento de alto volume [por exemplo, plataformas de conteúdo e sistemas de Internet das coisas (IoT)].

A maioria das arquiteturas de microsserviços bem-sucedidas adota uma abordagem híbrida. Essa abordagem pode significar a orquestração para fluxos de trabalho críticos de negócios que precisam de controle rigoroso e coreografia para interações fracamente acopladas que se beneficiam de processamento independente.

A orquestração moderna depende de várias categorias de ferramentas, que trabalham juntas para gerenciar ciclos de vida de microsserviços — desde implementação e escalonamento até comunicação e monitoramento. Cada categoria apresentada a seguir desempenha uma função específica para permitir uma orquestração de microsserviços eficaz:

• Plataformas de orquestração de contêineres

• Malhas de serviços

• Plataformas sem servidor

• Gateways de API

• Ferramentas de descoberta de serviços

• Mecanismos de fluxos de trabalho e orquestração

As plataformas de orquestração de contêineres automatizam a implementação, a escalabilidade e o gerenciamento de aplicações conteinerizadas. Elas fornecem a camada fundamental para a orquestração de microsserviços, lidando com a descoberta de serviços, balanceamento de carga, auto-scaling e implementações contínuas.

Os principais provedores de nuvem oferecem serviços gerenciados de orquestração, incluindo Amazon ECS e EKS da AWS, Google GKE, Microsoft AKS e IBM Cloud Kubernetes Service.

As malhas de serviço lidam com a comunicação, a segurança e a observabilidade entre serviços sem exigir alterações no código das aplicações Elas oferecem balanceamento de carga automático, disjuntores, tempos limite e telemetria abrangente sobre interações de microsserviços.

O Istio (uma malha de serviços configurável e de código aberto) se estende em camadas de forma transparente em aplicações existentes com recursos avançados de gerenciamento de tráfego e imposição de políticas. Funciona bem com o Kubernetes e muitas outras tecnologias adjacentes de malha de serviços.

O Linkerd, que também é de código aberto, concentra-se na simplicidade e no desempenho, oferecendo funcionalidades essenciais de malha de serviços com sobrecarga operacional mínima.

As plataformas sem servidor permitem microsserviços orientados a eventos que escalam automaticamente com base na demanda. Elas oferecem escalonamento automático de zero a milhares de instâncias e gerenciamento de tráfego integrado para implementações seguras.

O Knative é executado com base no Kubernetes para fornecer recursos sem servidor para cargas de trabalho conteinerizadas, permitindo escalonamento automático e implementação simplificada.

Os API gateways fornecem um ponto de entrada unificado para microsserviços, manipulação de autenticação, limitação de taxa, transformação de solicitações e registro abrangente. Eles são essenciais para orquestrar interações entre clientes externos e serviços internos.

Existem inúmeras soluções de API gateways disponíveis, que vão desde opções de código aberto, como o Kong, até serviços gerenciados em nuvem dos principais provedores.

As ferramentas de descoberta de serviços permitem que os microsserviços encontrem e se comuniquem uns com os outros de forma dinâmica, eliminando as dependências codificadas. Elas lidam com o registro de serviços, a verificação de integridade e a coordenação de balanceamento de carga.

Soluções populares incluem o etcd para ambientes Kubernetes e opções nativas da nuvem, como o Amazon Web Services (AWS) Cloud Map.

Os mecanismos de fluxos de trabalho e orquestração coordenam processos complexos multietapas em vários microsserviços ao longo do tempo. Essas plataformas fornecem definição visual de fluxos de trabalho, tratamento automático de erros e lógica de tentativas integrada para gerenciar processos de negócios distribuídos.

O Netflix Conductor lida com a orquestração de fluxos de trabalho especificamente projetada para ambientes de microsserviços. O Camunda Zeebe fornece orquestração de processos de nível empresarial usando o Business Process Model and Notation (BPMN) para definição visual de fluxos de trabalho e gerenciamento abrangente de processos.