Monolithische Architektur vs. Microservice: Was funktioniert für Sie am besten?

Der monolithische Ansatz ist das traditionelle Softwaremodell. Microservices spiegeln die spätere Softwareentwicklung wider, aber das hat die monolithische Architektur nicht überflüssig gemacht.

Nehmen wir an, Sie haben angefangen, für ein Tech-Startup zu arbeiten, und Sie wurden beauftragt, einen IT-Plan für das neue Unternehmen umzusetzen. Sie stehen vor einer Vielzahl von Entscheidungen, aber keine ist so grundlegend oder so weitreichend wie die Entscheidung für eine monolithische Architektur oder eine Microservice-Architektur. Die Wahl der Softwarearchitektur sollte nicht in einem Vakuum oder ohne ein klares Verständnis der anfänglichen und späteren Datenverarbeitung Ihres Unternehmens getroffen werden, da der gewählte architektonischer Ansatz tiefgreifende Auswirkungen auf die Fähigkeit des Unternehmens hat, seine Geschäftsziele sinnvoll umzusetzen.

Hier steht also viel auf dem Spiel. Und da Sie der neu ernannte IT-Direktor sind, ist es auch für Sie persönlich eine gewichtige Entscheidung – eine, die Sie auf einen goldenen Weg des unermesslichen beruflichen Aufstiegs führen könnte, wenn Sie eine kluge Wahl treffen.

Was wählen Sie aus? Berücksichtigen Sie zunächst Ihre Optionen.

Wie bereits erwähnt, ist die monolithische Architektur das traditionelle Modell der Softwareentwicklung. Dabei führt eine Codebasis mehrere Funktionen (d. h. Geschäftsfunktionen) aus. Der Computer-Kernel steuert alle Funktionen. Bei monolithischen Anwendungen wird der gesamte Code, der für die gesamte Anwendung erforderlich ist, an einem zentralen Ort verwaltet.

Monolithische Anwendungen enthalten in der Regel die folgenden Komponenten:

• Client-seitige Benutzeroberfläche: „Client-seitig“ bezieht sich auf 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 Browseraktionen.

• Datenbank: Monolithische Architekturen verwenden ein relationales Datenbankmanagementsystem (RDMS), einen Datenbanktyp, der Daten in Zeilen und Spalten organisiert. Diese Zeilen und Spalten bilden eine Tabelle, in der die Datenpunkte miteinander in Beziehung stehen.

• Serverseitige Anwendung: Eine serverseitige Anwendung verwaltet Server-Ressourcen wie Arbeitsspeicher, CPU und Speicher.

Der Einsatz einer monolithischen Architektur bietet zahlreiche Nutzen:

• Unkomplizierte Anwendungsentwicklung: Anwendungen, die mit einer einzigen Codebasis konstruiert wurden, sind einfacher zu erstellen und haben eine schnellere Entwicklung.

• Grundlegende Bereitstellung: Die monolithische Architektur arbeitet mit einer ausführbaren Datei oder einem Verzeichnis, was die Bereitstellung weniger schwierig macht. Eine monolithische Architektur ist auch einfacher zu warten, da weniger Komponenten verwendet werden.

• Einfaches Debugging: Test- und Debugging-Vorgänge sind bei monolithischen Architekturen weniger aufwändig. End-to-End-Testabläufe werden von einem zentralen Logging-System aus durchgeführt.

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

Die Verwendung einer monolithischen Architektur birgt auch mögliche Probleme:

• Resistenz gegenüber neuen Technologien: Da monolithische Anwendungen in der Regel eng gekoppelt sind, kann es schwierig sein, neue Technologien in diese Anwendungen zu integrieren.

• Eingeschränkte Skalierbarkeit: Selbst wenn die erforderliche Skalierung relativ gering ist (z. B. die Anpassung einer einzelnen Funktion), müssen Sie das System möglicherweise effektiv abbauen und neu aufbauen, um die neue Änderung zu berücksichtigen. Das kann sich als zeitaufwändig und arbeitsintensiv erweisen.

Das andere Softwareentwicklungsmodell, die Microservices, ist ein cloudnativer Architekturstil. Mit Microservices basiert eine Anwendung auf mehreren, lose gekoppelten, einzelnen Komponenten oder Diensten. Microservice-Anwendungen verfügen über einen eigenen Technologie-Stack, eine Sammlung von Technologien, die zusammenarbeiten, um eine bestimmte Aufgabe zu erledigen.

Der Hauptvorteil von Microservices besteht darin, dass das System leicht aktualisiert werden kann, um neue Funktionen innerhalb der Anwendung zu berücksichtigen, ohne die gesamte Anwendung zu beeinträchtigen. Dies kann zu einer enormen Zeitersparnis und Arbeitsersparnis führen.

Die Vorteile von Microservices sind zahlreich. Sie berücksichtigen sowohl ein ständiges Geschäftswachstum als auch neue technologische Veränderungen:

• Erhöhte Skalierbarkeit: Microservices zeichnen sich im Vergleich zu monolithischen Architekturen durch ihre Skalierbarkeit aus. Einzelne Dienste innerhalb einer Microservices-Architektur werden in Module unterteilt, und eine einzige Anweisung zur Skalierung nach oben kann gleichzeitig an mehrere Dienste übermittelt werden. Außerdem eignen sich Microservices gut für die Abwicklung großer und komplexer Anwendungen.

• Automatisierungsfähig: Microservices im Einsatz ermöglichen Unternehmen die Automatisierung des CI/CD-Prozesses (Continuous Integration/Constant Delivery). Dies ermöglicht die Entwicklung von Code-Updates, die nach einem fortlaufenden Zeitplan erfolgen.

• Unabhängiger Betrieb: Die Microservice-Architektur teilt jeden Service in eine operative Zelle auf. Bei dieser Art von eigenständigem Betrieb besteht keine Gefahr, dass der Workflow für eine Microservice-Anwendung in die Workflows anderer Microservice-Anwendungen eindringt.

Microservice bieten bestimmte Nutzen, aber ihre Komplexität wirft auch gewisse Probleme auf:

• Testhürden: Mit Microservice beginnen die Debugging-Operationen erst, wenn die verschiedenen Teile einer Anwendung getestet wurden. Dazu gehören die Überprüfung von Abhängigkeiten, Caching-Aktivitäten und Datenzugriff.

• Mögliches Sicherheitsrisiko: Der Datenaustausch zwischen verschiedenen Prozessen innerhalb eines Microservices-Systems erfolgt über ein Application-Programming-Interface-(API-)Gateway. Ein API-Gateway kann Sicherheitslücken bei der Authentifizierung und anderen kritischen Aktivitäten erstellen.

• Anstieg der Latenz: Microservices skalieren Anwendungen beeindruckend, was jedoch zu Problemen durch zusätzliche Verzögerungen und Latenzen führen kann. Jedes Mal, wenn das System nach oben skaliert wird, erhöht sich die Komplexität und die Menge der übertragenen Daten, und dies kann die Verarbeitung verlangsamen.

Vor unserem direkten Vergleich der monolithischen Architektur und der Microservices-Architektur sollten wir die Geschichte mit einigen historischen Details konkretisieren, um einen breiteren Kontext zu schaffen.

In mancher Hinsicht ist es schwierig, den Ursprung der monolithischen Architektur auf ein einziges Datum zurückzuführen; Je komplizierter die Technologie ist, desto schwieriger kann es sein, die genaue Bereitstellung dieser Technologie zu bestimmen. So verhält es sich auch bei monolithischen Architekturen, deren Entwicklung um die Mitte des 20. Jahrhunderts begann.

International Business Machines (IBM) war ein wichtiger Akteur in dieser kritischen frühen Entwicklung. Laut DZone-Mitarbeiter Pier-Jean Malandrino waren „Unternehmen wie IBM durch ihre Entwicklung von Mainframe-Computern in den 1960er und 1970er Jahren maßgeblich an der Definition der frühen Softwarearchitektur beteiligt.“ ¹

Monolithische Architekturen waren nicht perfekt – sie wurden oft in ultraeinfachen Sprachen verfasst und sollten von einer einzigen Maschine gelesen werden. Da nur eine Maschine das gesamte System enthielt, waren alle Komponenten eng miteinander verbunden. Eine Skalierung war entweder nicht vorhanden oder kaum möglich, was in der Regel den kompletten Neuaufbau eines Systems erforderte.

Wenn die monolithische Architektur im Nachhinein primitiv erscheint, liegt das zum Teil daran, dass sie vor allen anderen Systemen der Softwarearchitektur existierte. Und es hat sich im Laufe der Zeit als durchgängig nützlich und sogar widerstandsfähig erwiesen. Die Tatsache, dass monolithische Architekturen sieben Jahrzehnte nach ihrer Einführung immer noch verwendet werden, spricht Bände in einer Branche, in der in der Regel nur ein unaufhörlicher Wandel bleibt.

Die monolithische Architektur hat überlebt, aber es ist nicht mehr das einzige Spiel in der Stadt, und das schon seit einiger Zeit nicht mehr. Im Laufe der 1980er Jahre erlebte das Software-Engineering einen Trend zur Modularität und zum Einsatz objektorientierter Programmiersprachen. In den 1990er Jahren waren die Weichen für verteilte Systeme gestellt, die von den jüngsten Fortschritten in der Netzwerktechnik profitieren konnten.

Dies führte schließlich zur Entwicklung von Microservices, die nach dem Aufkommen von Cloud Computing und Containerisierung Technologien in den 2000er Jahren breite Nutzung fanden. Die Microservice-Architektur wurde entwickelt, um das monolithische Modell zu verbessern, indem sie auf schnelle Skalierung und dezentrale Systeme ausgerichtet wird.

Jetzt, in den 2020er Jahren, entwickelt sich die Softwareentwicklung entweder von einer monolithischen Architektur oder von einer Microservice-Architektur weg. Angesichts dessen, was wir vom technologischen Wandel erwarten, könnten wir zunächst annehmen, dass die in jüngerer Zeit eingeführte Technologie überlegen ist, und unter bestimmten Umständen ist dies definitiv der Fall.

Eine solch pauschale Aussage ist jedoch gefährlich, vor allem weil sie einfach nicht wahr ist. Es gibt immer noch zahlreiche Computersituationen, die einen Vorteil von der Einfachheit des monolithischen Architekturmodells haben.

Beide Softwarearchitekturen haben ihre Vor- und Nachteile. Unternehmen müssen beide Arten sorgfältig bewerten und den prognostizierten Bedarf an Anwendung berücksichtigen, bevor sie das eine oder andere System einführen.

Wie vergleichen sich die monolithische Architektur und die Microservice-Architektur, wenn man durch das Prisma der wichtigsten Betriebsphasen betrachtet wird?

• Erstellung: Die wichtigsten Unterschiede zwischen den beiden Architekturformaten beginnen bereits bei der Konzeption des gewünschten Systems. Monolithische Systeme sind einfacher zu bauen, weil sie ein grundlegenderes Design haben. Microservices sind wesentlich komplexer und erfordern einen höheren Planungsaufwand für die Ausführung.

• Struktur: Eine monolithische Architektur wird als eine Einheit konzipiert und konstruiert. Die Microservices-Architektur vertritt den Gedanken der Modularität, indem sie eine Sammlung kleinerer, einsatzfähiger Anwendungen verwendet, die den Betrieb unabhängiger Dienste als Microservices ermöglichen.

• Komplexität: Je komplizierter ein System wird, desto besser eignet es sich für eine Microservice-Architektur. Modulare Microservices sind offen für neue Funktionen und neue Technologien, die in der Regel mit einer erhöhten Komplexität einhergehen.

• Wachstum: Monolithische Architekturen und Microservice-Architekturen können beide bei der ersten Nutzung effektiv sein. Aber Wachstum verändert alles, insbesondere wenn Unternehmen erkennen, dass sie bald über ihr ursprüngliches System hinaus expandieren werden. An einem solchen Punkt benötigen Unternehmen eine größere Operationsstufe, und Microservices bieten dies, indem sie mehr Funktionen zur Skalierung von Abläufen bieten als eine monolithische Architektur kann.

• Zeit bis zur Markteinführung: Diese wichtige Metrik spielt im Handel eine entscheidende Rolle, da sie misst, wie viel Zeit benötigt wird, um Waren herzustellen und sie in die Vertriebskanäle zu bringen. Die Markteinführungszeit ist ein Bereich, in dem die monolithische Architektur über Microservices hinausgeht. Durch die Verwendung nur einer einzigen Codebasis können Entwickler den zusätzlichen Zeit- und Arbeitsaufwand für die Integration von Software aus verschiedenen Quellen vermeiden.

• Skalierbarkeit: Microservices-Architektur ist aufgebaut auf einzelnen Microservices, die in modulare Formen unterteilt werden können und von der losen Kopplung und Interkommunikation durch die Verwendung von APIs einen Nutzen haben. Auf der anderen Seite weist eine monolithische Architektur eine geringere Gesamtanpassungsfähigkeit auf, da sie eine dick zusammengesetzte Kernstruktur und eng gekoppelte Software aufweist.

• Debugging: Debugging ist der Prozess, bei dem Software verwendet wird, um Codierungsprobleme zu erkennen und zu lokalisieren, und diese Probleme dann zu beheben. Die monolithische Architektur kann das Debugging besser bewältigen als Microservices, weil sie einfacher und unkomplizierter ist. Das Debuggen einer Microservice-Architektur ist wesentlich langsamer, aufwändiger und arbeitsintensiver.

Es gibt eine nahezu unbegrenzte Anzahl von Anwendungsfallen, die entweder durch die Verwendung einer monolithischen Architektur oder einer Microservice-Architektur erreicht werden können. Hier sind einige der bekanntesten:

• Startups: Unternehmen, die gerade am Anfang stehen, benötigen zwei Dinge: Flexibilität und eine Anschubfinanzierung (und eine Menge von beidem). Eine monolithische Architektur ist der beste Weg, um ein erfolgreiches Unternehmen zu gründen. Darüber hinaus kann es von schlanken Entwicklungsteams auf kostengünstige Weise erstellt werden, die diesen kleinen Teams keine zu steile Lernkurve auferlegt.

• Einfache Projekte: Eine einzige Codebasis zu haben, zahlt sich aus, vor allem bei Projekten, die nur rudimentär sind. Wenn die Software den Entwicklungsprozess durchlaufen kann, ohne dass Daten aus verschiedenen Quellen integriert werden müssen, ist das ein Gewinn für das Unternehmen.

• Unterhaltungsplattformen: Der Betrieb einer internationalen Unterhaltungsplattform erfordert die Fähigkeit, mit den wechselnden Workloads Schritt zu halten, unabhängig davon, ob sich diese Nachfrage in leichte oder schwere Workloads verwandelt. Im Fall von Netflix ist der Streaming-Videoriese von einer monolithischen Architektur zu einer Cloud-basierten Microservice-Architektur übergegangen. Das neue Netflix-Backend bietet reichlich Lastenverteilung -Unterstützung, was das Unternehmen bei der Optimierung der Workload unterstützt.

• E-Commerce: E-Commerce setzt auf eine Microservices-Architektur, um die Magie des Marktplatzes mit einer nahtlosen Erfahrung zum Leben zu erwecken. Angesichts der Tatsache, dass ambitionierte Einzelhändler wie Amazon (AWS) ihren Umsatz mit mehr Komfort und schnellerer Lieferung ankurbeln, ist es leicht zu erkennen, warum der E-Commerce-Umsatzmarkt im Jahr 2023 die Marke von 5,8 Bio. USD erreichte.²

• Schwierigste Aufgaben: Die fortlaufende Nutzung von Microservices erfordert in der Regel die Implementierungs- und Verwaltungskenntnisse geschulter DevOps-Teams, die in der Lage sind, die für dieses Framework benötigten spezifischen Dienste zu erstellen. Diese Fähigkeiten sind besonders bei komplexen Anwendungen nützlich.

Jede umfassende Implementierung einer monolithischen Architektur oder einer Microservices-Architektur führt zwangsläufig in die Irre, wenn sie in einem effektiven Vakuum abgeschlossen wird und ohne zunächst der wichtigste Teil der Gleichung berücksichtigt wird – die besonderen Bedürfnisse Ihres Tech-Startups.

Als IT-Direktor ist dies die kritischste Aufgabe bei der Planung Ihrer Entscheidungen zur Softwareinfrastruktur. Das Wissen, wann man einen architektonischen Stil verwendet, ist ebenso wichtig wie das Wissen, welches System für Ihre Bedürfnisse am besten geeignet ist.

Die Selbstanalyse ist sehr wertvoll, denn es ist Ihre Aufgabe, nicht nur das optimale Architektursystem für Ihr Unternehmen auszuwählen, sondern auch genau abzuschätzen, welches Architektursystem Ihr Unternehmen in den kommenden Monaten und Jahren benötigen wird. In gewisser Weise wird Ihnen die Aufgabe zugeteilt, die Zukunft vorherzusagen.

Auch wenn eine monolithische Architektur für Ihr Startup perfekt zu sein scheint, liegt es an Ihnen, zukünftiges Wachstum zu prognostizieren. Und wenn eine rasche Expansion erwartet wird, könnte es sich als klüger erweisen, in eine Microservice-Architektur zu investieren. Es sind zahlreiche Variablen zu berücksichtigen:

• Geschäftslogik im Einsatz: Genauso wie die Computerlogik vorgibt, was mit einem Computer möglich ist und was nicht, basiert die Geschäftslogik auf Geschäftsregeln, die festlegen, wie ein Unternehmen betrieben werden kann und wie nicht. Technisch gesehen handelt es sich um die Algorithmen, die festlegen, wie Informationen zwischen einer Datenbank und einer Benutzeroberfläche übertragen werden.

• Front-End-Entwicklung: Bereits bei der Planung des Front-Ends Ihrer Softwarearchitektur müssen Sie festlegen, welchem Architekturansatz Sie folgen, da jeder Ansatz eine einzigartige Struktur hat. In einer monolithischen Architektur manifestiert sich die Front-End-Anwendung als eine große Codebasis, die den gesamten Anwendungscode enthält. In einer Microservice-Frontend-Anwendung können mehrere unabhängig voneinander arbeitende Microservices in Betrieb genommen werden.

• Fehlertoleranz: Eine weitere Überlegung, die angestellt werden muss, ist die Frage, wie viel Fehlertoleranz voraussichtlich benötigt wird. Fehlertoleranz ist ein sehr heikles Thema, denn sie kann eine ganze Anwendung zum Absturz bringen, wenn auch nur eine Komponente in diesem System ausfällt. Bei einer monolithischen Architektur fehlt es an jeglicher Isolierung zwischen den Komponenten, und das kann die mangelnde Fehlertoleranz verschlimmern und zu längeren Ausfallzeiten führen.

• Erwartete Änderungsrate: Die Wahl zwischen monolithischer Architektur und Microservices-Architektur ist nicht nur eine Frage der Softwarearchitektur. Es ist wirklich eine Auswahl zwischen zwei unternehmerischen Denkweisen, einer, bei der man einfach nur in Betrieb gehen will, und einer anderen, bei der es darum geht, ein substanzielles Geschäftswachstum zu erzielen. Wachstum kann schwierig sein, wird jedoch durch Microservice-Architekturattribut wie schnellere Entwicklungszyklen und verbesserte Skalierbarkeit unterstützt.