Implementação de padrões de resiliência em microsserviços

Introdução à resiliência de microsserviços

A arquitetura de microsserviços ganhou popularidade significativa nos últimos anos, sendo adotada pelas organizações por sua capacidade de permitir agilidade, escalabilidade e facilidade de manutenção no desenvolvimento de software. No entanto, como os aplicativos de microsserviços dependem muito de sistemas distribuídos, a resiliência se torna essencial para seu design e desempenho.

A resiliência dos microsserviços é a capacidade de uma aplicação para resistir a falhas, manter a disponibilidade e proporcionar um desempenho consistente em ambientes distribuídos. Os padrões de resiliência em microsserviços são um conjunto de mecanismos estabelecidos que permitem que as aplicações gerenciem falhas de forma graciosa, garantindo estabilidade diante de sistemas complexos e distribuídos. Ao implementar padrões de resiliência, os programadores podem minimizar o impacto de erros inesperados ou de carga excessiva no sistema, reduzindo os tempos de inatividade e melhorando as características gerais de desempenho da aplicação.

Por que implementar padrões de resiliência em microsserviços

Em um ambiente distribuído, as falhas são inevitáveis devido à latência da rede, serviços que não respondem, mau funcionamento do hardware ou outros eventos imprevisíveis. É crucial aceitar essas incertezas e desenvolver estratégias para lidar com elas de forma eficaz. É aqui que os padrões de resiliência entram em jogo, pois ajudam a criar um sistema tolerante a falhas que responde eficientemente a falhas, garantindo a disponibilidade e a funcionalidade da aplicação. O uso de padrões de resiliência em microsserviços oferece várias vantagens cruciais:

1. Redução do tempo de inatividade do serviço: Os padrões de resiliência ajudam um aplicativo a se recuperar rapidamente de falhas, minimizando as interrupções do serviço e garantindo alta disponibilidade para os usuários finais.
2. Melhor isolamento de falhas: Ao incorporar padrões de resiliência, os programadores podem isolar eficazmente as falhas, evitando que os problemas se espalhem por todo o sistema e causem interrupções em cascata.
3. Melhor desempenho do sistema: Uma aplicação de microsserviços resiliente pode manter um desempenho consistente ao lidar com vários problemas, como o aumento da carga e a latência da rede, de forma eficiente.
4. Maior satisfação do utilizador: O desempenho fiável e consistente melhora a experiência do utilizador, promovendo a confiança e a fidelidade do cliente.

Ao incorporar padrões de resiliência, os programadores podem criar aplicações capazes de resistir a falhas e aprender e adaptar-se a elas, garantindo um sistema evolutivo e resiliente.

Padrões de resiliência comuns

Vários padrões de resiliência surgiram como melhores práticas para lidar com falhas na arquitetura de microsserviços. Cada padrão aborda desafios específicos, garante que o aplicativo permaneça operacional e tenha um desempenho consistente diante de eventos imprevistos. Os desenvolvedores podem misturar e combinar esses padrões para personalizar uma estratégia de resiliência que melhor se adapte aos requisitos exclusivos de seu aplicativo. Alguns dos padrões de resiliência mais comuns incluem:

1. Padrão de disjuntor
2. Padrão Bulkhead
3. Padrão de tempo limite e repetição
4. Padrão de limitador de taxa
5. Padrão Fallback
6. Padrão de API de verificação de integridade

Entender esses padrões e sua implementação prática pode dar aos desenvolvedores a vantagem necessária para criar aplicativos de microsserviços que demonstram alta resiliência, disponibilidade e desempenho.

Padrão Circuit Breaker

O padrão Circuit Breaker é um mecanismo de resiliência essencial usado na arquitetura de microsserviços para evitar falhas em cascata entre serviços em um sistema distribuído. Inspirado no conceito de disjuntores eléctricos, este padrão fornece uma abordagem fail-fast, permitindo o tratamento gracioso de erros inesperados sem derrubar todo o sistema.

Uma arquitetura típica de microsserviços consiste em vários serviços que comunicam entre si. Quando um serviço enfrenta problemas como indisponibilidade ou aumento de latência, os serviços dependentes também podem sofrer atrasos ou deixar de responder. É aqui que o padrão Circuit Breaker entra em ação. Ele detecta quando um serviço está em um estado perigoso e redireciona o tráfego para longe dele, mantendo a estabilidade no sistema.

O padrão Circuit Breaker funciona em três estados: fechado, aberto e semiaberto.

Estado fechado

Este é o estado operacional normal quando não há erros encontrados. Nesse estado, todas as solicitações do cliente são passadas para o serviço downstream.

Estado aberto

Se for encontrado um número predeterminado de erros ou indisponibilidade contínua do serviço, o disjuntor passa para um estado aberto. Durante esse estado, o disjuntor pára de enviar solicitações para o serviço defeituoso, retornando uma resposta de falha imediata e impedindo que o problema ocorra em cascata no sistema. Isso também dá tempo para o serviço se recuperar.

Estado de meia-abertura

Após um determinado período de tempo (conhecido como tempo limite de reinicialização), o disjuntor entra em um estado semiaberto. Ele permite um número limitado de solicitações ao serviço em dificuldade para testar sua recuperação. Se o serviço tiver recuperado e tratar os pedidos sem erros, o disjuntor regressa ao estado fechado. Caso contrário, ele reverte para o estado aberto, permitindo mais tempo para a recuperação.

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Para implementar o padrão Circuit Breaker, os desenvolvedores podem usar várias bibliotecas e estruturas como Hystrix, Resilience4j ou Polly para diferentes linguagens de programação. Alternativamente, com ferramentas sem código como o AppMaster, é possível construir microsserviços resilientes sem se preocupar com as complexidades da implementação do padrão.

Padrão Bulkhead

Em uma arquitetura de microsserviços, isolar recursos e componentes é crucial para evitar que uma falha de serviço derrube todo o sistema. O padrão Bulkhead, derivado do design de compartimentação de navios, alcança esse isolamento ao segregar recursos para manter a estabilidade e a disponibilidade.

Pense em um navio com vários compartimentos estanques; mesmo que um dos compartimentos seja danificado e inundado, os outros compartimentos não são afetados, mantendo o navio flutuando. Da mesma forma, o padrão Bulkhead divide os recursos em partições separadas, como threads, processos e pools de conexão. Se uma partição encontrar um problema, as outras podem continuar a funcionar, evitando que a falha ocorra em cascata em todo o sistema.

Existem dois tipos principais de isolamento de anteparo:

• Isolamento em nível de recurso: Este tipo de isolamento consegue alocar recursos como threads e pools de conexão entre diferentes serviços, garantindo que uma contenção em um serviço não afete os outros.
• Isolamento a nível de processo: Esta estratégia centra-se na segregação dos serviços em processos ou contentores separados. Se um serviço ficar inoperante, os outros continuam a funcionar sem serem afectados.

A escolha do tipo certo de isolamento no padrão Bulkhead depende dos requisitos do seu aplicativo, da infraestrutura e das restrições de recursos. No-code ferramentas como AppMaster podem ajudá-lo a criar um particionamento eficiente em seus microsserviços, melhorando significativamente a tolerância a falhas e a resiliência.

Padrão de tempo limite e repetição

Num sistema distribuído, vários factores externos, como a latência ou a indisponibilidade da rede, podem levar a que os pedidos demorem mais tempo do que o esperado. Atrasos prolongados podem resultar em estrangulamentos, fazendo com que o sistema não responda. O padrão Timeout and Retry é utilizado como um mecanismo de resiliência para enfrentar este desafio.

O padrão Timeout and Retry envolve a definição de um limite de tempo específico (ou timeout) para as operações. Se uma operação não for concluída dentro do limite designado, ela é considerada uma falha. Com a lógica de repetição implementada, a operação pode então ser tentada novamente um determinado número de vezes antes de desistir completamente e retornar um erro.

Seguem-se algumas sugestões para utilizar eficazmente o padrão Timeout e Repetição:

• Escolha tempos limite apropriados: Os tempos limite devem ser cuidadosamente definidos com base na latência esperada do serviço e nos requisitos de capacidade de resposta da sua aplicação. Definir tempos limite muito baixos pode disparar novas tentativas desnecessárias, enquanto valores excessivamente altos podem aumentar a carga do sistema e diminuir a capacidade de resposta.
• Limitar as tentativas de repetição: Deve ser estabelecido um número fixo de tentativas para evitar um ciclo de operações indefinido. O número máximo de tentativas deve ser definido com base na capacidade de tratamento de erros e nos requisitos de desempenho da sua aplicação.
• Utilize o backoff exponencial: Aumentar o atraso entre as tentativas de repetição (conhecido como backoff exponencial) pode aliviar a pressão sobre o serviço e oferecer uma maior hipótese de recuperação.
• Lidar com a idempotência: Assegure-se de que as novas tentativas não têm efeitos secundários indesejados nos seus dados. Utilize operações idempotentes para garantir que várias chamadas com os mesmos parâmetros de entrada produzam os mesmos resultados, mesmo que um pedido falhe e a operação seja repetida.

Plataformas sem código como AppMaster podem ajudá-lo a implementar o padrão Timeout e Retry de forma eficiente, fornecendo interfaces fáceis de usar para definir tempos limite apropriados e gerenciar tentativas sem ter que escrever código complexo.

Padrão Limitador de Taxa

O padrão Rate Limiter é um padrão de resiliência comum em sistemas distribuídos, projetado para proteger os serviços contra carga excessiva, controlando a taxa de solicitações de entrada. Ao limitar o número de solicitações processadas em um determinado período de tempo, esse padrão garante que um serviço permaneça estável, responsivo e disponível para os usuários sob condições de carga variáveis. Há várias estratégias de limitação de taxa comumente usadas em microsserviços:

1. Janela fixa: Nesta estratégia, um número fixo de solicitações é permitido dentro de uma janela de tempo específica. Quando o limite é atingido, os pedidos são rejeitados até à janela de tempo seguinte. No entanto, esta abordagem pode bloquear pedidos injustamente durante períodos de elevado tráfego.
2. Janela deslizante: A abordagem de janela deslizante, também conhecida como algoritmo de balde de fichas, funciona reabastecendo continuamente um balde de fichas que representam o número permitido de pedidos durante um período de tempo. Quando chega um pedido, é consumido um token. Se o balde estiver vazio, o pedido é rejeitado. Este método permite um tratamento mais flexível de condições de tráfego variáveis.
3. Leaky Bucket: Semelhante ao token bucket, o algoritmo leaky bucket impõe limites de taxa esvaziando o bucket a uma taxa fixa. Os pedidos que chegam são adicionados ao balde e, se o balde transbordar, os pedidos são rejeitados. Essa estratégia impõe um ritmo de processamento consistente no serviço.

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A implementação do padrão Limitador de taxa normalmente envolve as seguintes etapas:

1. Escolha uma estratégia de limitação de taxa apropriada com base nas necessidades do serviço.
2. Configurar um middleware ou componente limitador de taxa que aplique a estratégia escolhida.
3. Aplique o middleware limitador de taxa ao microsserviço desejado endpoints.
4. Monitorar e ajustar as configurações de limite de taxa de acordo com a carga do sistema e os requisitos de desempenho.

Padrão de fallback

O padrão Fallback ajuda a manter a estabilidade e a disponibilidade de um aplicativo baseado em microsserviços quando ocorrem falhas ou quando um serviço fica temporariamente sobrecarregado. Ele permite que uma resposta alternativa, conhecida como resposta de fallback, seja retornada quando um serviço não pode processar uma solicitação. Ao fazer isso, o padrão Fallback garante que os usuários ainda recebam um feedback significativo, mesmo que o serviço principal não possa fornecer o resultado desejado. Para implementar o padrão Fallback de forma eficaz, considere os seguintes passos:

1. Identificar possíveis cenários de falha ou situações em que um serviço pode ficar sobrecarregado.
2. Determine respostas ou ações de fallback adequadas para cada cenário, como retornar dados armazenados em cache, valores padrão ou apresentar uma mensagem de erro amigável.
3. Implemente componentes de middleware ou wrapper que detectem condições de falha e executem as ações de fallback apropriadas.
4. Revisar periodicamente as respostas e ações de fallback para garantir sua relevância e eficácia.

O padrão Fallback pode ser combinado com outros padrões de resiliência, como os padrões Circuit Breaker e Retry, para melhorar ainda mais a disponibilidade de aplicativos baseados em microsserviços.

Padrão de API de verificação de integridade

Um dos principais aspectos da manutenção de um sistema distribuído altamente disponível e resiliente é monitorar a integridade de seus serviços. O padrão de API Health Check introduz um mecanismo de monitoramento que fornece informações em tempo real sobre o status de serviços individuais dentro de um aplicativo baseado em microsserviços. A implementação de uma API de verificação de integridade permite a deteção precoce de problemas, permitindo que ações preventivas sejam tomadas antes que elas aumentem e afetem o desempenho geral do sistema. Para implementar o padrão da API de verificação de integridade, siga estas etapas:

1. Identifique indicadores críticos de integridade para cada serviço, como tempo de resposta, taxa de erro, uso de recursos ou qualquer métrica personalizada relevante para a funcionalidade do serviço.
2. Desenvolva um contrato ou uma especificação compartilhada da API de verificação de integridade que inclua os indicadores de integridade necessários, juntamente com seus formatos de resposta e tipos de dados esperados.
3. Implemente o Health Check endpoints em cada serviço de acordo com o contrato partilhado, garantindo que fornecem informações de saúde precisas e actualizadas.
4. Integrar a API do Health Check com sistemas de monitorização e alerta para permitir a deteção automática de problemas, notificações e potenciais estratégias de mitigação.

Um padrão eficaz da API de verificação de integridade suporta a monitorização proactiva da integridade do serviço e simplifica a descoberta de serviços, o equilíbrio de carga e os mecanismos de dimensionamento automático numa aplicação baseada em microsserviços.

Com a crescente popularidade das plataformas low-code e no-code como AppMaster, a implementação de padrões de resiliência em microsserviços se torna ainda mais eficiente. Aproveitando a interface visual e os recursos de arrastar e soltar dessas ferramentas, os desenvolvedores podem se concentrar em projetar e atualizar seus microsserviços sem se preocupar com os detalhes intrincados da codificação.

Implementando padrões de resiliência com as ferramentas No-Code

A adoção de padrões de resiliência numa arquitetura de microsserviços pode ser complexa, especialmente quando se consideram as complexidades técnicas e o esforço de desenvolvimento necessários. As ferramentas No-code resolvem eficazmente este desafio, permitindo que os programadores não técnicos criem, actualizem e mantenham microsserviços escaláveis sem se preocuparem com as complexidades da codificação.

Estas ferramentas fornecem uma interface visual e uma camada de abstração que simplifica o processo de conceção, construção e implementação de microsserviços, permitindo que os programadores se concentrem na lógica da aplicação e não em detalhes de implementação de baixo nível. Com as soluções no-code, a implementação de padrões de resiliência torna-se um processo mais simplificado e económico, permitindo às equipas criar aplicações altamente resilientes que podem suportar falhas e manter uma elevada disponibilidade.

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Algumas das principais vantagens de usar as ferramentas do no-code para implementar padrões de resiliência em microsserviços incluem:

• Simplicidade: as plataformas No-code fornecem uma maneira direta de criar e implementar padrões de resiliência usando ferramentas visuais e componentes pré-construídos, eliminando a necessidade de um conhecimento profundo de codificação e das complexidades dos sistemas distribuídos.
• Escalabilidade: as soluções No-code permitem aos programadores criar aplicações altamente escaláveis que podem facilmente responder a uma maior procura. Ao abstrair a complexidade das técnicas de escalonamento, estas plataformas simplificam o suporte do crescimento da utilização e dos utilizadores.
• Custo-benefício: A utilização de ferramentas no-code para implementar padrões de resiliência reduz o tempo de desenvolvimento, os custos e a manutenção e actualizações subsequentes. Esta eficiência traduz-se em despesas mais baixas e numa entrega mais rápida para as empresas.
• Redução da dívida técnica: as plataformas No-code garantem a consistência ao gerar automaticamente código a partir de esquemas, eliminando a possibilidade de duplicação de código ou dependências desactualizadas, minimizando assim a dívida técnica e garantindo aplicações fáceis de manter.

AppMasterAbordagem da .io à resiliência de microsserviços

AppMaster.io, uma plataforma de desenvolvimento no-code líder, adopta uma abordagem abrangente à implementação de padrões de resiliência em microsserviços. AppMaster permite aos utilizadores criar e implementar rapidamente aplicações altamente resilientes e escaláveis, fornecendo um ambiente integrado para a criação de aplicações de backend, Web e móveis.

Veja como o AppMaster ajuda a implementar padrões de resiliência em seus microsserviços:

• Design visual: as ferramentas de design visual do AppMaster permitem criar modelos de dados, lógica comercial, API REST e WSS endpoints com a simplicidade do drag-and-drop. Esta abordagem permite-lhe conceber microsserviços e implementar padrões de resiliência sem escrever código complexo.
• Baseado em blueprints: AppMaster gera aplicativos a partir de blueprints, garantindo consistência e eliminando dívidas técnicas. Sempre que fizer alterações no design da sua aplicação, o AppMaster gera novamente os componentes necessários, garantindo que a sua aplicação permaneça actualizada e passível de manutenção.
• Alto desempenho: Os aplicativos criados com AppMaster são gerados usando a linguagem de programação Go para serviços de back-end e Vue.js, Kotlin ou SwiftUI para aplicativos de front-end, garantindo alto desempenho e escalabilidade em toda a pilha.
• Implementação no local ou na nuvem: a plataforma AppMaster suporta a implementação através de contentores Docker, permitindo-lhe alojar as suas aplicações no local ou na nuvem para obter a máxima flexibilidade e controlo sobre a sua infraestrutura.
• Compatibilidade com APIs abertas: AppMaster gera automaticamente documentação Swagger (OpenAPI) para o servidor endpoints, facilitando a integração de seus aplicativos com outros sistemas ou permitindo que desenvolvedores de terceiros criem suas APIs.
• Escalabilidade de nível empresarial: Com as suas aplicações de backend compiladas sem estado e o suporte para qualquer base de dados compatível com Postgresql, o AppMaster oferece uma escalabilidade impressionante para casos de utilização empresariais e de elevada carga, garantindo que as suas aplicações podem lidar com grandes volumes de tráfego e utilização sem comprometer o desempenho ou a fiabilidade.

AppMasterAs capacidades de resiliência e a poderosa plataforma no-code da fornecem a solução certa para as empresas criarem e manterem uma arquitetura de microsserviços resiliente em vários casos de utilização. Ao adotar a abordagem da AppMaster, as organizações podem criar aplicações com a tolerância a falhas necessária no atual ecossistema digital competitivo e em rápida evolução.

Conclusão

A implementação de padrões de resiliência na arquitetura de microsserviços é essencial para criar aplicações capazes de resistir a erros imprevistos e manter uma elevada disponibilidade. As plataformas de desenvolvimento No-code, como a AppMaster, oferecem uma abordagem eficiente e económica para atingir estes objectivos, abstraindo a complexidade da codificação e dos sistemas distribuídos, permitindo assim às empresas criar aplicações escaláveis e resilientes.

Ao tirar partido do poder da plataforma no-code da AppMaster, as organizações podem concentrar-se nas suas principais competências e requisitos comerciais, ao mesmo tempo que obtêm a vantagem de uma arquitetura de microsserviços fiável e altamente disponível, capaz de se adaptar a exigências e condições de mercado em constante mudança.