Vorteile und Nachteile von Microservices

Die Microservice-Architektur hat die Art und Weise verändert, wie Unternehmen Softwareanwendungen entwickeln und bereitstellen. Anstatt eine große Anwendung zu schaffen, in der alle Komponenten eng miteinander verbunden sind, zerlegen Microservices eine Anwendung in kleinere, unabhängige Dienste. Jeder Dienst übernimmt eine bestimmte Geschäftsfunktion und kann unabhängig entwickelt, bereitgestellt und skaliert werden.

Unternehmen wie Netflix, Uber, Amazon, Spotify und Airbnb nutzen täglich Microservices, um Millionen von Nutzern und Transaktionen abzuwickeln.

Die Microservices-Architektur gewinnt zunehmend an Bedeutung, da sie Herausforderungen löst, denen Unternehmen mit herkömmlichem Anwendungsdesign gegenüberstehen. Unternehmen können flexible Gesamtsysteme aufbauen, sich leicht von Ausfällen erholen und neue Funktionen schneller auf den Markt bringen.

Microservices haben sich von einem aufkommenden Trend zu einem wichtigen Bestandteil der IT-Strategie von Unternehmen entwickelt. Laut Gartner nutzen derzeit 74 % der befragten Unternehmen eine Microservices-Architektur, weitere 23 % planen, dies zu tun.¹

Microservices bringen zwar mehr Komplexität mit sich, aber ihre Vorteile sorgen für eine breite Akzeptanz in allen Branchen. Das Verständnis der Vor- und Nachteile von Microservices ist für fundierte Entscheidungen hinsichtlich ihrer Einführung unerlässlich.

Die Microservices-Architektur stellt eine grundlegende Veränderung in der Art und Weise dar, wie Anwendungen entworfen und entwickelt werden, weg von eng gekoppelten Systemen hin zu verteilten Architekturen. Anstatt alles als ein einziges miteinander verbundenes System aufzubauen, unterteilen Entwickler die Funktionalität in separate, lose gekoppelte Dienste. Jedes unabhängig einsetzbare Modul konzentriert sich auf eine bestimmte Geschäftsfunktion und verfügt über einen eigenen Datenspeicher, eine eigene Geschäftslogik und eigene Kommunikationsschnittstellen.

Das Konzept der Microservices lässt sich bis in die 2010er Jahre zurückverfolgen und ist eine Abkehr von der serviceorientierten Architektur (SOA), einem Ansatz, bei dem Geschäftsanwendungen aus wiederverwendbaren Softwarekomponenten, sogenannten Services, aufgebaut werden.

Microservices bauen auf den Prinzipien von SOA auf. Die Dienste sind kleiner und Teams haben mehr Autonomie, während die zentrale Kontrolle minimiert wird. Diese Architektur gewann mit dem Aufstieg von Cloud Computing und cloudnativer Entwicklung an Bedeutung. Große Technologieunternehmen wie Amazon und Netflix waren Vorreiter dieses Ansatzes, da sie mehr Flexibilität und die Möglichkeit benötigten, verschiedene Teile ihrer Anwendungen unabhängig voneinander zu skalieren.

Heute sind Microservices zum Mainstream geworden und verfügen über ein robustes Ökosystem aus Tools und Plattformen, die sie für Unternehmen jeder Größe zugänglich machen. Der weltweite Markt für Microservices-Architekturen wurde 2023 auf 376,08 Milliarden USD geschätzt. Bis 2030 soll er 523,20 Milliarden USD erreichen und von 2024 bis 2030 mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 4,9 % wachsen.²

Wenn man den Unterschied zwischen Microservices und monolithischen Anwendungen versteht, wird klar, warum so viele Unternehmen den Übergang vollziehen. In einer monolithischen Anwendung ist alles als eine Einheit mit einer einzigen Codebasis aufgebaut. Beispielsweise wären bei einer Unternehmens-Webanwendung, die Kundenbestellungen, Bestandsverwaltung und Rechnungsstellung abwickelt, alle diese Funktionen eng miteinander integriert. Um einen Teil zu ändern, muss man verstehen, wie sich dies auf alle anderen Teile auswirkt.

Während diese Einfachheit die anfängliche Softwareentwicklung erleichtert, verursacht sie Probleme, wenn Anwendungen wachsen. Jede Änderung erfordert eine Neukompilierung und erneute Bereitstellung der gesamten Anwendung. Wenn in einer monolithischen Architektur mehr Kapazität benötigt wird, muss die gesamte Anwendung skaliert werden, selbst die Teile, die keine erhöhte Leistung benötigen.

Microservices lösen diese Probleme, indem sie die Anwendung in separate Dienste aufteilen, die über Programmierschnittstellen (APIs) miteinander kommunizieren. Jeder Dienst hat seine eigene Codebasis und Datenbank und kann unabhängig bereitgestellt werden.

Nehmen wir die Musikplattform Spotify, die weltweit Hunderte Millionen Nutzer hat. Wenn die Nachfrage nach Musik-Streaming während der Veröffentlichung eines großen Albums sprunghaft ansteigt, skaliert Spotify seine Audio-Bereitstellungs- und Playlist-Dienste, ohne die Authentifizierung der Nutzer oder die Zahlungsabwicklung zu beeinträchtigen. Dieser Ansatz ermöglicht es verschiedenen Teams, gleichzeitig und ohne Konflikte an einzelnen Diensten zu arbeiten.

Die Microservices-Architektur führt zu einer erhöhten Komplexität bei der Verwaltung verteilter Systeme. Viele Unternehmen verfolgen einen hybriden Ansatz, bei dem Microservices mit monolithischen Systemen, serverlosen Funktionen und anderen Architekturmustern kombiniert werden, je nachdem, was für bestimmte Anwendungsfälle am besten geeignet ist.

Microservices funktionieren durch eine Kombination aus Architekturmustern, Kommunikationsmethoden und unterstützenden Technologien. Jeder Microservice läuft als eigener Prozess und stellt seine Funktionen über REST-APIs, Nachrichtenwarteschlangen oder Event Streams bereit. Dienste kommunizieren über das Netzwerk, um Daten auszutauschen und Aktionen auszulösen.

Wenn ein Kunde beispielsweise über Uber Eats Essen bestellt, arbeiten mehrere Dienste nacheinander zusammen. Das System prüft die Verfügbarkeit des Restaurants, verarbeitet die Zahlung, weist einen Fahrer zu und sendet Updates an den Kunden. Ein API-Gateway verwaltet diese Kommunikation typischerweise und fungiert als einziger Einstiegspunkt, der Anfragen an die richtigen Microservices weiterleitet.

Containerisierungs-Technologie, wie Docker, ist für Microservices unerlässlich geworden. Container verpacken jeden Microservice mit allem, was er zum Ausführen benötigt, und schaffen so eine standardisierte Einheit, die in verschiedenen Umgebungen auf die gleiche Weise funktioniert.

Kubernetes und ähnliche Cloud-Plattformen gehen diesen Fortschritt weiter, indem sie die Bereitstellung, Skalierung und Verwaltung dieser Container automatisieren. Sie kümmern sich um die Serviceerkennung, den Lastenausgleich, die Zustandsüberwachung und die automatische Wiederherstellung, wenn etwas ausfällt.

Große Cloud-Anbieter wie Microsoft Azure, IBM Cloud und Google Cloud Platform bieten umfassende Tools und Managed Services für die Bereitstellung und Orchestrierung von Microservices.

Über Container hinaus stützen sich Microservices auf andere Technologien wie Service Meshes für die Verwaltung der Kommunikation zwischen Diensten, Distributed Tracing für die Überwachung von Anfragen und API-Management-Tools für die Zugriffskontrolle. Konfigurationsmanagementsysteme ermöglichen es Diensten, Einstellungen dynamisch abzurufen, und verteilte Protokollierungsplattformen ziehen Protokolle aus allen Diensten an einen Ort.

Die Vorteile der Integration von Microservices-Architektur sind weitreichend. Zu den wichtigsten Vorteilen gehören die folgenden:

• Verbesserte Skalierbarkeit

• Erhöhte Agilität und kürzere Markteinführungszeit

• Fehlerisolierung und Systemresilienz

• Wirtschaftlichkeit

• DevOps-Integration und Continuous Delivery

• Technologie, Flexibilität und Innovation 

Unternehmen skalieren mit Microservices genau das, was sie benötigen. Beispielsweise erweitert das Unternehmen Airbnb, das eine Plattform für Reiseunterkünfte betreibt, während der Hochsaison seine Such- und Buchungsdienste, während andere Dienste wie die Nachrichtenfunktion für Gastgeber und das Bewertungssystem in normalem Umfang weiterlaufen.

Verschiedene Dienste verwenden je nach Anforderungen unterschiedliche Skalierungsstrategien. Dieser modulare Ansatz senkt die Infrastrukturkosten und verbessert die Ressourceneffizienz im Vergleich zur Skalierung ganzer monolithischer Anwendungen.

Kleine, autonome Teams besitzen spezifische Dienste von Anfang bis Ende. Jedes Team wählt die besten Technologien für seinen Service aus und arbeitet in seinem eigenen Tempo, ohne auf unternehmensweite Abstimmungen oder Umstellungszyklen warten zu müssen.

Unternehmen können Ideen schnell testen, rasch iterieren und schneller auf Marktveränderungen reagieren, indem sie Funktionen wie neue Dienste entwickeln, die sich in bestehende Dienste einbinden lassen.

Wenn eine Empfehlungsmaschine abstürzt, können Benutzer weiterhin Produkte durchsuchen, Artikel in ihren Warenkorb legen und zur Kasse gehen. Stromkreisunterbrecher und ähnliche Muster ermöglichen es Diensten, Fehler reibungslos zu behandeln, wenn Abhängigkeiten nicht reagieren.

Diese Widerstandsfähigkeit ist entscheidend für Unternehmen, bei denen die Ausfallzeitkosten Tausende von USD pro Minute erreichen. Die gesamte Anwendung stürzt selten ab, selbst wenn einzelne Komponenten ausfallen, da die Fehler isoliert bleiben.

Unternehmen sparen Geld durch effizientes Ressourcenmanagement, indem sie nur die Dienste skalieren, die eine höhere Kapazität erfordern, anstatt ganze Anwendungen. Entwicklungsteams können Kosten optimieren, indem sie für die spezifischen Anforderungen jedes Dienstes den am besten geeigneten Technologie-Stack auswählen und so die Kosten für Overengineering oder die einheitliche Anwendung von Lösungen der Unternehmensklasse vermeiden. Das Pay-as-you-go-Modell von cloudbasierten Microservices richtet die Kosten direkt an der tatsächlichen Nutzung aus.

Eine IBM-Umfrage mit dem Titel Microservices in the Enterprise, 2021 ergab, dass 87 % von über 1.200 IT-Führungskräften, Entwickler-Führungskräften und Entwicklern der Meinung sind, dass die Einführung von Microservices den Aufwand und die Kosten wert ist.

DevOps-Teams können neue Komponenten nahtlos einführen, ohne Ausfallzeit zu verursachen, da jeder Service unabhängig betrieben wird.

Automatisiertes Testing, Bereitstellungen und Infrastruktur als Code (IaC) funktionieren gut mit Microservices zusammen und schaffen eine Kultur schneller und zuverlässiger Releases.

Jeder Microservice kann verschiedene Technologien verwenden, darunter Programmiersprachen (zum Beispiel Java, Python), Frameworks und Datenbanken, die am besten für seine spezifische Funktion geeignet sind. Teams sind nicht für die gesamte Anwendung an einen einzigen Technologiestack gebunden.

Unternehmen können neue Technologien schrittweise einführen, mit neuen Technologien experimentieren und spezialisierte Lösungen dort nutzen, wo sie den größten Nutzen bieten.  

Obwohl Microservices erhebliche Vorteile bieten, gibt es auch einige Nachteile, die Unternehmen berücksichtigen sollten:

• Testkomplexität

• Sicherheitsüberlegungen

• Kommunikationskoordination

• Datenmanagement

Das Testen einer Microservice-basierten Anwendung erfordert eine andere Herangehensweise als das Testen einer monolithischen Anwendung. Alle Abhängigkeiten, das Caching und der Datenzugriff müssen auf eine ordnungsgemäße Leistung überprüft werden. Testumgebungen umfassen mehrere Services, die gleichzeitig mit korrekter Konfiguration und Daten laufen.

Mit dem Wachstum der Services werden auch die Testszenarien erweitert. Die Aufrechterhaltung der Konsistenz der Testdaten und der Datenintegrität zwischen Services erfordert eine strategische Planung.

Die Netzwerkkommunikation zwischen Microservices führt zu erhöhten Sicherheitsanforderungen. API Gateways benötigen eine ordnungsgemäße Authentifizierung und Verschlüsselung.

Die Verwaltung von Anmeldedaten und Zugriffstoken über mehrere Microservices hinweg erfordert eine sorgfältige Koordination, und Sicherheitsteams benötigen leistungsstarke Transparenz-Tools, um die Aktivitäten in der verteilten Architektur zu überwachen.

Bei der Koordinierung der Kommunikation zwischen Diensten sind Designüberlegungen von entscheidender Bedeutung. Anrufe zwischen Diensten erhöhen die Latenz des Netzwerks im Vergleich zu prozessinternen Funktionsaufrufen, und diese Verzögerungen summieren sich, wenn Anfragen mehrere Dienste durchlaufen.

Netzwerk-Resilienzfunktionen wie Wiederholungslogik, Timeouts und Fehlerbehandlung werden zur Standardpraxis. Die Verwaltung von API-Versionen erfordert ebenfalls eine sorgfältige Planung, da sich Dienste unabhängig voneinander weiterentwickeln.

Jeder Microservice, der seine eigene Datenbank verwaltet, stellt Herausforderungen an die Datenverwaltung. Die Aufrechterhaltung der Konsistenz bei Transaktionen, die sich über mehrere Datenbanken erstrecken, erfordert spezifische Muster, und die Berichterstattung erfordert andere Ansätze, wenn die Daten verteilt statt zentralisiert sind.

Die Microservices-Architektur erfordert sorgfältige Planung und präzise Ausführung. Zu den Best Practices gehören diese wichtigen Strategien:

• Klare Service-Boundaries definieren

• Umfassende Observability implementieren

• Für Resilienz planen

• Automatisierte Infrastrukturverwaltung