Сейчас потребность в построении распределенных систем высока, а людей, которые умеют создавать их, не так много. Шаблоны для построения распределенных систем (особенно для систем управления контейнерами, таких как Kubernetes) будут полезны как начинающим, так и опытным разработчикам для быстрого создания и развертывания надежных распределенных систем. — Брендан Бернс
Брендан Бёрнс излагает в своей книге абсолютный минимум, необходимый для правильного проектирования распределенных систем. Эта книга описывает неустаревающие паттерны проектирования. Она поможет не только создавать такие системы с нуля, но и эффективно переоборудовать уже имеющиеся.
Конспект в 3 частях
- Распределенные Системы. Брендан Бёрнс. Введение
- Распределенные Системы. Брендан Бёрнс. Одноузловые паттерны проектирования.
- Распределенные Системы. Брендан Бёрнс. Паттерны проектирования обслуживающих систем.
Распределенные системы
Все компании, независимо от своего происхождения, становятся цифровыми. Такие преобразования требуют создания API и сервисов, используемых в мобильных приложениях, устройствах Интернета вещей (IoT) и даже в автономном транспорте и других системах. Рост ответственности, возлагаемой на такие системы, означает, что они должны проектироваться с учетом избыточности, отказоустойчивости и высокой доступности. В то же время требования бизнеса обуславливают потребность в высокой маневренности в плане разработки и внедрения нового ПО, поддержки старого, а также экспериментов с новыми пользовательскими и программными интерфейсами. Сочетание упомянутых факторов привело к значительному увеличению потребности в распределенных системах.
Создавать такие системы все еще слишком сложно. Суммарная стоимость их разработки, обновления и сопровождения очень высока.
К счастью, как и в случае с созданием объектно-ориентированных языков, имел место технический прогресс, существенно снизивший трудоемкость построения распределенных систем. В данном случае он связан с растущей популярностью контейнеров и инструментов оркестрирования.
Подобно объектам в объектно-ориентированном программировании, контейнеризованные строительные блоки — основа разработки повторно используемых компонентов и паттернов проектирования. Они существенно упрощают создание надежных распределенных систем и делают его более доступным для начинающих разработчиков.
В силу своего распределенного характера такие системы при грамотной их структуризации более надежны по определению. А при грамотно спроектированной архитектуре системы масштабируемой становится и ее команда разработчиков. К сожалению, за эти преимущества приходится платить. Распределенные системы существенно сложнее в проектировании, построении и отладке.
Так или иначе, потребность в надежных распределенных системах продолжает расти. Следовательно, возникает необходимость в соответствующих инструментах, паттернах и практиках их построения.
Паттерны проектирования
Паттерны проектирования — это многоразовое решение проблемы, возникающей в определенном контексте.
Паттерны проектирования распределенных систем позволяют, образно говоря, стоять на плечах гигантов. Задачи, которые мы решаем, или системы, которые мы создаем, нечасто становятся действительно уникальными. В конечном итоге собранные воедино компоненты и общая бизнес-модель, которую позволяет организовать разрабатываемое программное обеспечение, являются чем-то новым. Но то, как система построена, и те проблемы, с которыми она сталкивается в своем стремлении быть надежной и масштабируемой, отнюдь не новы.
Ценность паттернов
«Паттерны проектирования» привнесли в работу программистов инфраструктуру и общий язык.
-
Стоя на плечах гигантов. Они позволяют учиться на чужих ошибках.
-
Общий язык обсуждения подходов к разработке. Паттерны предоставляют общий словарь, позволяющий нам быстро понимать друг друга. Понимание — основа обмена знаниями и дальнейшего обучения. При отсутствии общего словаря много времени тратится либо на споры в поисках «насильственного согласия», либо на объяснение понятий, которые остальные понимают, но называют по-другому. Следовательно, ценность паттернов состоит еще и в том, что они обеспечивают наличие общего набора понятий и их определений, позволяющего не тратить время на дискуссии об именах, а перейти к обсуждению деталей реализации основных идей.
-
Общие повторно используемые компоненты. Они дают программисту еще один инструмент — возможность выявлять общие компоненты, которые достаточно реализовать однократно. Паттерны — основа формирования и развития таких компонентов. Формализация алгоритмов привела к созданию повторно используемых реализаций сортировки и других канонических алгоритмов. Благодаря выявлению интерфейсных паттернов проектирования появился целый ряд объектно-ориентированных библиотек, их реализующих. Выявление базовых паттернов проектирования распределенных систем позволяет создавать разделяемые общие компоненты таких систем. Реализация этих паттернов в виде контейнеров с HTTP-интерфейсом дает возможность использовать их в различных языках программирования. И конечно же, разработка, ориентированная на построение повторно применяемых компонентов, позволяет улучшать качество каждого из них, поскольку в используемом многими людьми коде более высока вероятность обнаружения ошибок и недостатков.
Контейнеры
Контейнеры — основной строительный элемент паттернов распределенных систем.
Группа контейнеров, локализованная на одной машине, представляет собой базовый элемент паттернов проектирования распределенных систем.
В общем случае цель контейнера — установить ограничение на определенный ресурс (например, приложению нужно два процессорных ядра и 8 Гбайт оперативной памяти). Такой лимит может также привести к разделению сфер ответственности команд разработчиков (например, конкретная команда отвечает за определенный образ). Наконец, это может способствовать разделению обязанностей между частями кода (конкретный образ отвечает за конкретную функциональность).
Разделение обязанностей способствует грамотному восприятию, тестированию, обновлению и развертыванию вашего приложения. Небольшие приложения с четко очерченными границами проще для понимания и менее жестко привязаны к другим системам.
Благодаря этому сужается круг зависимостей и уменьшается масштаб развертывания в целом. Это, в свою очередь, обеспечивает более надежный процесс развертывания и отката на предыдущую версию, что увеличивает скорость и гибкость развертывания.