Was ist eine monolithische Architektur?

Eine Möglichkeit, über monolithische Architektur nachzudenken, besteht darin, sich die andere Bedeutung des Begriffs zu veranschaulichen. Wenn wir über die Gestaltung realer Gebäude nachdenken, beziehen wir uns auf monolithische Architektur, um Strukturen zu beschreiben, die in massive Felsformationen geschnitten sind. Eine damit verbundene Bedeutung des Kernwortes „Monolith“ bezieht sich auf die Tatsache, dass seine Substanz aus einem Stück besteht, was seine Zusammensetzung völlig einheitlich macht. Aus einer Formation konnten mehrere miteinander verbundene Gebäude erstellt werden – sie alle teilen sich den gleichen Felssockel.

Diese Analogie lässt sich gut auf unsere Diskussion über Software-Engineering übertragen. In diesem Kontext erfüllt eine monolithische Architektur Geschäftsfunktionen (d. h. die Erstellung verschiedener Gebäude), die variieren, aber eine einzige Codebasis (oder Felsbasis) teilen.

Jahrzehntelang beherrschte die monolithische Architektur die Softwareentwicklung vollständig als traditionelles Softwaremodell. Jetzt muss jedoch jede relevante Diskussion über monolithische Architektur ihre gute Alternative in Betracht ziehen – Microservice –, die in zunehmender Zahl verwendet werden.

Bei monolithischer Software wird der gesamte für eine Anwendung erforderliche Code an einem zentralen Ort aufbewahrt. Dies bietet einen zusätzlichen Nutzen für die Entwickler, da das System darauf ausgerichtet ist, nur Kommunikation in einem Format zu akzeptieren. Das System wird nicht mit der Last belastet, Mitteilungen von verschiedenen Diensten zu übersetzen. Dies erleichtert die Ausführung von Entwicklungsprozessen wie DevOps.

Monolithische Anwendungen enthalten in der Regel die folgenden Komponenten:

• Clientseitige Benutzeroberfläche (UI): In diesem Zusammenhang steht „clientseitig“ für das, was auf dem Computergerät des Benutzers angezeigt wird. Die Benutzeroberfläche verwaltet, was der Benutzer sieht, einschließlich Bilder, Text und alles andere, was über die Benutzeroberfläche übertragen werden kann, wie Informationen zu Browser-Aktionen.

• Datenbank: Eine monolithische Architektur verwendet ein relationales Datenbankmanagementsystem (RDBMS) , das aus zahlreichen Tabellen besteht.

• Serverseitige Anwendung: Eine serverseitige Anwendung greift in irgendeiner Weise auf die Ressourcen des Servers zu und hat Zugriff auf Serverressourcen wie Arbeitsspeicher, CPU und Speicherplatz.

Wenn wir uns die monolithische Architektur genauer ansehen, können wir feststellen, dass sie mehrere wesentliche Vorteile bietet:

• Einfachere Anwendungsentwicklung: Anwendungen, die mit einer Codebasis konstruiert wurden, sind einfacher zu bauen.

• Einfache Bereitstellung: Die monolithische Architektur arbeitet mit einer einzigen ausführbaren Datei oder einem einzigen Verzeichnis, was die Bereitstellung erleichtert. Außerdem ist eine monolithische Architektur einfacher zu warten, da sie weniger Komponenten verwendet.

• Problemloses Debugging: Test- und Debugging-Vorgänge sind bei monolithischen Architekturen deutlich weniger intensiv. Diese End-to-End-Testvorgänge können über ein zentrales Protokollierungssystem durchgeführt werden.

• Erhöhte Sicherheit: Da eine monolithische Architektur ein geschlossenes System ist, sind seine Datenverarbeitung vollständig enthalten und daher besser vor Cyberbedrohungen geschützt.

Bei der Verwendung monolithischer Architekturen sehen wir, dass das, was eine Stärke zu sein scheint (ihre Steifigkeit), auch als Schwäche angesehen werden kann:

• Widerstand gegen neue Technologien: Da monolithische Anwendungen in der Regel eng gekoppelt sind, kann es schwierig sein, neue Technologien in diese Anwendungen zu integrieren. In der Regel muss die monolithische Anwendung sogar komplett umgerüstet werden, um die neuen Tools zu akzeptieren.

• Reduzierte Skalierbarkeit: Skalierbarkeit ist die größte Herausforderung für monolithische Architekturen. Selbst wenn der erforderliche Skalierungsaufwand relativ gering ist (z. B. die Anpassung einer einzelnen Funktion), müssen Sie das System möglicherweise effektiv abbauen und neu aufbauen, damit es die neue Änderung widerspiegelt. Das kann sich als zeitaufwändig und arbeitsintensiv erweisen.

Die Microservices-Architektur ist ein cloudnativer Architekturstil, bei dem eine Anwendung aus zahlreichen, lose gekoppelten kleineren Komponenten oder Diensten besteht. Microservice-Anwendungen verfügen über einen eigenen Technologie-Stack (eine Sammlung von Technologien, die sich zusammentun, um eine bestimmte Aufgabe zu erfüllen).

Einer der wichtigsten Geschäftsvorteile von Microservices ist die Art und Weise, wie das System einfach aktualisiert werden kann, um neue Teile der Anwendung zu berücksichtigen, ohne dass sich dies auf die gesamte Anwendung auswirkt. Dies kann zu einer enormen Zeitersparnis und Arbeitsersparnis führen.

Eine engere Alternative zur Microservices-Architektur ist die ereignisgesteuerte Architektur (EDA), die manchmal zusammen mit Microservices verwendet wird. In EDA werden Zustandsänderungen als Ereignisse dargestellt und im System geplant. EDA bietet eine lose Kopplung und Echtzeitverarbeitung, was es zu einer attraktiven Option macht.

Microservices sind auf konstantes Wachstum vorbereitet und akzeptieren technologische Veränderungen. Hier sind die wichtigsten Vorteile, die sie bieten:

• Skalierbarkeit auf Abruf: Microservices bieten im Vergleich zu monolithischen Architekturen eine deutlich höhere Skalierbarkeit. Da einzelne Services in Module unterteilt sind, kann eine Anweisung zum Skalieren an mehrere Services gleichzeitig übermittelt werden. Außerdem eignen sich Microservices besser für die Handhabung großer Anwendungen.

• Auf Automatisierung ausgerichtet: Microservices ermöglichen es Unternehmen, den CI/CD-Prozess (Continuous Integration/Continuous Delivery) zu automatisieren. Dies ermöglicht die Entwicklung von Code-Updates, die nach einem fortlaufenden Zeitplan erfolgen.
  

• Unabhängiger Betrieb: Die Microservices-Architektur teilt jeden Service in eine eigene Betriebszelle auf. Durch die Aktivierung des unabhängigen Betriebs besteht keine Gefahr, dass Workflows für einen Dienst in den Workflow eines anderen eingreifen.

Obwohl Microservices zahlreiche Vorteile bieten, untermauert ihre Gesamtkomplexität einige der Probleme, die ihre Verwendung mit sich bringt:

• Komplizierte Tests: Bei Microservices kann die Fehlersuche erst beginnen, wenn die verschiedenen Teile einer Anwendung vollständig getestet wurden. Dazu gehört die Überprüfung der Abhängigkeiten, Caching-Aktivitäten und Datenzugriffs. Alles muss funktionieren, und alles muss zusammenarbeiten.

• Sicherheitsaspekte: Die Kommunikation zwischen verschiedenen Prozessen innerhalb eines Microservice-Systems erfolgt über ein API-Gateway. Dies kann ein Sicherheitsrisiko bei der Authentifizierung und anderen entscheidenden Prozessen darstellen.

• Erhöhte Latenz: Microservices eignen sich besonders gut für die Skalierung von Anwendungen, haben aber mit zusätzlicher Verzögerung und Latenz zu kämpfen. Jede Nuance der Hochskalierung erhöht die Komplexität und die Menge der Daten, was die Verarbeitung verlangsamen kann.

Das Aufkommen von Microservices hat die Softwareentwicklung zu einem Wettlauf zwischen der aufstrebenden Microservices-Architektur und dem traditionellen monolithischen Ansatz für die Softwarearchitektur gemacht.

Ein kurzer Blick auf dieses Rennen könnte darauf hindeuten, dass Microservices die überlegene Architektur sind, da sie die spätere Entwicklung waren. Diese Annahme würde sich jedoch als kurzsichtig erweisen. Es gibt immer noch zahlreiche Computersituationen, die einen Vorteil von der Einfachheit des monolithischen Architekturmodells haben.

Darüber hinaus haben beide Softwarearchitekturen ihre Vor- und Nachteile, und Unternehmen tun gut daran, beide Arten unter die Lupe zu nehmen und den voraussichtlichen Bedarf an Anwendungsentwicklung zu berücksichtigen, bevor sie das eine oder das andere einführen.

In Bezug auf direkte Vergleichsbereiche unterscheiden sich monolithische Architekturen und Microservices in zahlreichen wesentlichen Punkten:

• Struktur: Eine monolithische Anwendung wird als eine einzelne Einheit aufgebaut, während die Microservices-Architektur einen anderen Ansatz widerspiegelt, und zwar über eine Sammlung von einsetzbaren Diensten, die kleiner sind und unabhängig voneinander arbeiten.

• Erstellung: Ein monolithisches System ist einfacher aufzubauen als eines, das auf einer Microservice-Architektur basiert, da es ein einfacheres Gesamtdesign hat. Die Microservice-Architektur erfordert ein Design, das wesentlich aufwändiger zu planen und zu konstruieren ist.

• Komplexität: Je komplexer ein System wird, desto besser passt es zum Microservices-Architekturmodell, das eine dynamische Programmiergrundlage bietet, die das zukünftige Hinzufügen weiterer Microservices und neuer Funktionen ermöglicht.

• Skalierbarkeit: Die Microservices-Architektur basiert auf klar definierten Einzeldiensten, die sich mit loser Kopplung leicht in modulare Formen unterteilen lassen und über APIs miteinander kommunizieren können. Eine monolithische Architektur ist aufgrund ihrer stark zusammengesetzten Kernstruktur und der eng gekoppelten Software weniger anpassungsfähig.

• Debugging: Der Prozess des Debugging (oder der Verwendung von Software zur Erkennung von Codierungsproblemen) ist ein wichtiger Bestandteil eines verantwortungsvollen Betriebs. Obwohl man denken könnte, dass dies ein Bereich ist, in dem Microservices einen eindeutigen Vorteil haben, ist genau das Gegenteil der Fall. Das Debugging funktioniert besser in einem einfacheren Kontext, und genau das bieten monolithische Architekturen.

• Time-to-Market: Die Time-to-Market ist eine wichtige Metrik in der Welt des Handels und misst, wie schnell Waren hergestellt und in die Vertriebskanäle gebracht werden können. Monolithische Anwendungen verwenden nur eine Codebasis, wodurch Entwickler nicht mehr Software aus mehreren Services integrieren müssen, was zu einer schnelleren Markteinführung führt.

• Geschäftsfähigkeit: Jede Architektur kann sich als effektiv genug erweisen, wenn ein Unternehmen sie zum ersten Mal nutzt. Die Herausforderung entsteht, wenn das Unternehmen wächst und wenn diese Unternehmen Unternehmensanforderungen entwickeln, die eine größere Betriebsstufe erfordern. Das ist der Zeitpunkt, an dem Microservices ihren Wert voll entfalten, da sie mehr Möglichkeiten zur Skalierung von Operationen bieten als monolithische Architekturen können.

Das Wissen, wann man einen architektonischen Stil verwendet, ist ebenso wichtig wie das Wissen, welches System für Ihre Bedürfnisse am besten geeignet ist. Dies sind die besten Anwendungen eines monolithischen Systems:

• Start-ups: Start-up-Unternehmen müssen schnelle geschäftliche Abläufe umsetzen, aber auch wertvolle Start-up-Fonds sparen. Aus diesen Gründen ist ein monolithisches Architekturmodell für neue Unternehmen durchaus sinnvoll. Ein monolithisches System kann leicht zu erlernen sowie schnell und kostengünstig zu bedienen sein, während die Anpassung an die Verwendung von Microservices-Architektur eine kostspielige und zeitaufwändige Angelegenheit sein kann.

• Grundlegende Projekte: Die monolithische Architektur eignet sich perfekt für die Entwicklung von Apps oder Prototypen, sofern die betreffende App oder der Prototyp einfach ist. Dies liegt an der Benutzerfreundlichkeit einer einzigen Codebasis. Die Software kann vollständig entwickelt werden, ohne dass Daten aus verschiedenen Quellen integriert werden müssen, was die Verwendung erleichtert.

Microservices eignen sich für viele Projekte, auch für die komplexesten Anwendungen:

• E-Commerce: Der E-Commerce hat in relativ kurzer Zeit einen bemerkenswert langen Weg zurückgelegt und die Verkaufsstrategien unzähliger Einzelhändler, die sich von den massiven Aufbaukosten für den stationären Verkauf befreit haben, grundlegend verändert. Der E-Commerce-Umsatzmarkt gestiegen im Jahr 2023 auf schwindelerregende 5,8 Billionen USD, angetrieben von omnipräsenten und marktorientierten Einzelhändlern wie Amazon (AWS).¹

• Unterhaltungsplattformen: Beim Betrieb einer internationalen Unterhaltungsplattform müssen Sie sowohl geringe als auch hohe Workloads bewältigen können. Im Jahr 2009 stellte der Streaming-Videoriese Netflix sein System von einer monolithischen Architektur auf eine Cloud-basierte Microservice-Architektur um. Das Netflix-Backend umfasst jetzt Anwendungen von Apache, Cassandra, Chukek, Gluster, Hadoop, Hive, JavaTM, MySQL– mit umfassender Unterstützung für den Lastausgleich.

• Expertenteams: Wie bereits erwähnt, sind Microservices einfach nicht so einfach zu verwenden wie monolithische Architekturen. Sie erfordern Fachkräfte, die fundierte Fähigkeiten in ihre Arbeit einbringen können. Darüber hinaus benötigen Microservice-Architekturen aufgrund der Gesamtkomplexität des Betriebs in der Regel die Unterstützung mehrerer Techniker. Aus diesen Gründen sind voll besetzte Expertenteams eine ideale Ergänzung für die Arbeit an Microservice-Architekturen und die Entwicklung von Microservice-Anwendungen.