Microservice Architecture

Son dönemlerde sıklıkla bahsedilen microservice mimarisini araştırmayı ve öğrendiklerimi blog yazısı haline getirmeye niyetlendim. Microservice mimarisine geçmeden monolithic mimari hakkında kısaca bir özet geçelim.

Monolithic/Layered mimari aslında traditional SOA yaklaşımıdır. Standart web uygulamalarında, server side uygulama clientlardan gelen requestleri işleyip, veritabanından verileri çekip-güncelleyip sonrasında uygun html çıktısı olarak kullanıcılara göstermektedir. Tüm bu işlemler tek bir çatı altında toplanmıştır.

Tüm componentler tek bir yapı içerisinde birbirlerine bağlı durumdadırlar. Manageability (yönetim), maintenance (bakım) vb avantajlar nedeniyle tercih edilmektedir. Ancak büyüyen sistemler yönetimi zorlaştırmaktadır.

  • Uygulama büyüdükçe sistemin tekrar baştan ayağa kaldırılması uzun sürecektir.
  • Sistem içerisinde herhangi bir yapıyı tekrardan update etmek ve ettikten sonra tüm sistemi tekrardan deploy etmek zorunda kalabiliriz. Birbirine bağlı yapılar yeri geldiğinde  sorun çıkartabilir. Componentte yapılan değişim diğer componenti etkileyebilir.
  • Sistem içerisinde bulunan componentleri aynı dil ile geliştirilmek zorundayız.
  • Monolithic mimari olan sistemlerde scaling işlemi uygulama kopyaları oluşturularak, load balancer kullanılarak yapılır. Büyük uygulamalarda sıkıntı yaratacaktır. Küp yaklaşımında x ekseninde büyümeye tekabül eder. Birazdan inceleyeceğimiz microservice mimarisi y ekseninde büyümeye denktir.

  • Yeni teknolojileri veya dilleri sisteme adapte etmek zor olacaktır.

Bazı dezavantajlarını saydık. Avantajlarından birine değinecek olursak, componentler tek bir yapı içerisinde bulunduğundan birbirleri ile iletişimleri kolaydır. Nispeten küçük boyutlu ve karmaşıklığı az olan uygulamalarda tercih edilmelidir. Hızlı başlangıç için uygulamalara hız katar ancak uygulama boyutu arttıkça yönetilebilme sorunları ortaya çıkar.

Şimdi gelelim microservice mimarisinin nimetlerine ve getirdiği dezavantajlara. Martin fowler’ın sitesinde bulunan makalede detaylı bahsedilmektedir. Aslında microservis mimarisinin mantığı çok uzun zamandır biliniyor. Son dönemlerde popülaritesi artmıştır.

Microservis tabanlı uygulamalarda, componentler birbirinden ayrılmıştır ve ihtiyaç olduğu zaman birbirleri ile haberleşmektedirler. Microservis mimarisi mevcut uygulamanın boyutunu servislere bölüp azaltma amacındadır. Componentler birbirinden bağımsız tanımlanabilir. Yapılacak küçük bir değişim yüzünden tüm sistem tekrardan re-deploy edilmek zorunda değildir. Servislerin kendi aralarında haberleşmesi önem taşımaktadır.

Arayüz tamamen backend yapısından ayrılmıştır. Backend yapısı kendi içerisinde farklı servislere ve veritabanlarına ayrılmıştır. Bazı servisler NoSQL veritabanı kullanırken bazı servisler klasik veritabanı kullanabilir. Her servis üzerinde farklı yazılım ekibi çalışabileceği gibi her servis farklı bir dil kullanılarak yazılabilir. Servisler boyut olarak küçüktürler ve scale edilebilmeleri daha kolaydır.

Microservice mimarisine geçmeden önce uygulamamızın ihtiyacını karşılayıp karşılamadığını iyi anlamalıyız. Gereksiz yere kullanmaktan kaçınılmalıdır.

Microservice mimarisinin getirdiği dezavantajlara bakacak olursak;

  • Fazla zor bir case olmamasına rağmen geliştiriciler servisler arası mesajlaşma işini halletmelidir. Genelde servisler REST yolu ile iletişim kurarlar. Alternatif olarak async tabanlı AMQP protokolünü kullanabilirler.
  • Servisleri farklı yapılar ile geliştirme avantajı olsada yeri geldiği zaman karmaşıklığa yol açabilir.
  • Birbirinden bağımsız veritabanları kullanılan servislerde, verilerin birbirleri ile tutarsız olmaları sıkıntı yaratabilir. Servisler arasında kullanılan verilerin tutarlılığını sağlamak için Event-driven mimari kullanılabilir. Veritabanında bulunan veri değiştiği zaman servis olay mesajı olarak bilgilendirme yapar. Buna göre diğer servisler verilerini günceller.
  • Deployment süreci zorlaşabilir.

Uygulamanın boyutu küçükse ve fazla logic yoksa monolithic mimari tercih edilmelidir.

Kaynakça

DIP – IoC – DI ve IoC container kavramları

Daha önce SOLID prensiplerini anlatırken bahsettiğimiz Dependency Inversion Principle yani bağımlılıkların tersine çevrilmesi prensibinin nasıl gerçek örnekler üzerine implement edileceğinden bahsedeceğim.  Bu prensip altında kullanılan ve birbirleri ile karıştırılan konuların üzerinden geçeceğim.

İyi bir yazılım sistemi geliştirirken kullandığımız elemanlar birbirlerine az bağımlı (loosely coupled) olmalıdır. OOP ile geliştirdiğimiz nesneler esnek olmalıdır ve birbirlerine az bağlı olup değişimlerden az etkilenmelidir. Sistem reusable olmalıdır, kodlar ise encapsulated olacak şekilde geliştirilmelidir. Herhangi bir component diğer  bir component’in ne yaptığı ile ilgilenmemelidir.

En Kullanışlı 2 yöntem abstraction ve interface yapıları ile inşa etmektir. Eğer componentler ileride değişikliğe uğrayacak ise onları concrete tanımlamak yerine, interface yardımı ile oluşturmalıyız.

Aşağıdaki resme bakarak genel kavramlar daha iyi netleşmektedir.

image2

Dependency Inversion Principle (DIP): Yazılım geliştirirken kullanılan SOLID prensiplerinden biridir. Bir sistemin nesnelerinin birbirlerine olan bağımlılıkların az olması için yapılması gerekenleri anlatır. Ancak nasıl gerçek uygulamalar üzerinde uygulanacağını (problem çözümünü) anlatmaz. Bize tanımlama yapar.

Yüksek seviyeli componentler tanımlama yapar ve alt seviyeli componentler onlara bağlı olur. Yani üst componentler alt componentlere bağlı olmaz. Böylece tam tersi olur, bağımlılıklar ters çevrilerek sistem esnek olur. Hem üst seviye, hem de alt seviyeli componentler abstractionlara (soyutlamalara) bağlı olur.

“Abstractions should not depend on details, Details should depend on abstractions.”

Özet olarak DIP prensibi bize sistemin loosely coupled, bağımsız, modüler ve test edilebilir olması gerektiğini söyler.


Inversion of Control (IoC): DIP prensibini uygulayan tasarım şablonudur. Herhangi bir yapıyı yöneteni invert etmektedir. Sınıf veya sistem içerisindeki herhangi bir modülün kullanacağı bağımlılıkları dışarıdan üretip kullanması gerektiğini söyler. Soyutlama yapmamızı sağlar.

Eğer alt seviyeden bağımsız bir üst seviye component oluşturmak istiyorsak, alt seviye componentlerin nesne oluşturmaması için kontrolü invert edip nesne oluşturma işini üst seviye componentler tarafından yapılmasını sağlamalıyız.

IoC yapmak için 3 yol  bulunur. (Yukarıda olan şemada 2 yol bulunuyor.)

  • Interface inversion  (Interfaceler invert ediliyor.)
  • Flow inversion (Akışı invert et)
  • Dependency creation & binding (kendi içinde 3’e ayrılır. en çok kullanılan yöntem DI)

Dependency Injection (DI): IoC pattern’ı uygulamak için yapılmış implementasyondur. Bağımlı nesneleri oluşturma ve bağlama işini sınıfın içinde değil dışarıda yapmaktadır.

Normal şartlarda herhangi bir sınıfın kullanacağı sınıflar, o sınıfın içerisinde tanımlanır. Böylece sınıf, oluşturulan nesnelere bağımlı olur (Tightly coupled). Dependency injection kullanarak bu bağımlı nesneler dışarıda oluşturulur. 3 tane yolu vardır. Kendimiz DI yönetimi oluşturabileceğimiz gibi hazır olarak kullanılmaya hazır IoC framework yapılarından birini kullanarakta yapabiliriz.

  • Constructor Injection: Sık kullanılan bir DI yoludur. Dışarıda oluşturulan bağımlılıkları, aktarılmak istenen sınıfa constructor üzerinden göndeririz. Repository sınıfı içerisinde sadece Save() metodu olan boş bir sınıftır ve IRepository interfaceden türetilmiştir. Main içerisinde oluşturulan repository nesnesi, transaction nesnesine constructor ile enjekte ediliyor. Dbrepository yerine farklı bir repository bağlasak bile transaction sınıfı bağımlı olmadığından sıkıntı olmayacaktır. Çünkü transaction sınıfı içerisinde repository interface ile tanımlanmıştır.

dip1

dip2

  • Setter Injection: Sınıf içerisinde bağımlı sınıfı örneklemek için kullanılacak bir değişken tanımlanır. O değişken set edilerek bağımlılık enjekte edilir. Transaction içerisinde tanımlanmış Repository değişkeni main içerisinde nesne tanımlanırken set ediliyor.

dip3

dip4

  • Interface Injection: Fazla kullanılan bir yol değildir. Inteface içinde metod oluşturulur ve bağımlılık o metod ile aktarılır.

Ioc Container: Dependency Injection yapmak için kullanılan frameworklere denir. Nesne oluşturmasını denetler ve nesnelerin yaşam döngülerini kontrol eder. Sistem çalıştığı zaman ihtiyaç olan bağımlı nesneleri doğru şekilde üretir. C# ile kullanılan IoC containerlar aşağıda gösterilmiştir.

Kaynakça

Adapter Design Pattern

Daha önce planladığım ancak yazmayı ertelediğim tasarım şablonlarına devam ediyorum. Yazmaya başladığım şablon structural(yapısal) tasarım desenlerinden olan adapter tasarım şablonudur. Kısaca tanımını yapalım.

Adapter design pattern ile genellikle sistemimize uymayan sınıfları veya nesneleri, sistemimize adapte etmek için kullanırız. Çevremizde bir çok sistem adaptör mantığını kullanılarak birbirleri ile etkileşir. Örneğin hafıza kart adaptörleri; hafıza kartını bilgisayarımıza direkt olarak takamazsak adaptör kullanarak takarız ve işlemimizi gerçekleştiririz. Şarj için kullanılan adaptörler de bu kapsama girer. Yazılım geliştirme süreçlerinde de aynı mantık geçerlidir. Sistemimize yeni eklemek istediğimiz özellikleri barındıran arayüzü uyumsuz sınıfları veya nesneleri bu şablonu kullanarak sistemimize uyumlu hale getirmekteyiz. 3.parti kütüphaneleri projemize uyumlu hale getirmek gibi.

Temel olarak 2 uyumsuz arayüz arasında köprü görevi görür. 2 çeşit adapter pattern uygulaması vardır. Birincisi ve aşağıdaki uml’de gözüken sistem sınıf adapter yapısıdır. Miras tabanlı adapter işlemi yapar. Diğeri ise object tabanlı adapter yapısıdır. Bu yapı delegate yolu ile işlem yapar.

  • ITarget : ITarget arayüzü client tarafında kullanılan işlemleri gerçekleştirir. Kullanılan ana arayüz sınıfıdır.
  • Client : ITarget arayüzü ile etkileşime girmektedir. Adaptee edilmek istenen sınıf ile uyumsuzdur.
  • Adaptee : Sisteme eklemek istenilen özelliklerin bulunduğu arayüz sınıfıdır. ITarget arayüz sınıfı ile uyumlu değildir.
  • Adapter : Adaptee arayüzünü ITarget arayüzü ile bağlamaktadır. İçerisinde adaptee nesnesini barındırır. Adaptee yapısında olan özellikleri ve metodları adaptee üzerinden sağlamaya yaramaktadır.

Adapter tasarım şablonunu kullanarak basit bir örnek sistemi inceleyelim.

1- IEmployee sınıfı sistemde kullanılan ana arayüzdür. Void tipli salary metodu tanımlanmıştır.

1

2- Employee sınıfı bu arayüzü uygulamaktadır. Salary metodu içerisinde her çalışanın maaş değeri, constructordan dönen isim değeri eklenerek ekrana yazılır.

2

3- Manager sınıfı (adaptee) sisteme eklenmek istenmektedir. Bu sınıfta SalaryBonus metodu bulunmaktadır. Bu metod kullandığımız arayüze uymamaktadır.

3

4- EmployeeAdapter bizim adapter sınıfımızdır. Ana arayüzü ve eklenecek olan(adaptee) sınıfını uygulamaktadır.

4

5 – Çalışan Listesi oluşturuluyor. İki elemean normal employee sınıfından oluşturulmaktadır. Diğer eleman ise adapter sınıfından oluşturuluyor. Show metodu ile tüm çalışanlar listelenmektedir.

5

6 – Ekran görüntüsü aşağıdaki gibidir. John ve Jane adlı çalışanların maaş bilgisi gösterilmektedir. Mark adlı managerin maaş bonusu gösterilmektedir.

6

Adapter design pattern kullanarak yapılmış basit bir örneği inceledik. Daha kapsamlı örnekler internette mevcuttur.

 Kaynakça

SOLID Prensipleri

SOLID prensipleri, nesne tabanlı programlamada (OOP) ve tasarım mimarisinde kullanılan 5 tane prensiptir. Bu prensiplerin baş harfleri ile SOLID tanımı oluşmuştur. Kodun kolay anlaşılmasını sağlar. Bu prensipler ile loosely coupled (az bağımlı), reusability (yeniden kullanılabilinir) ve extendable (geliştirilebilir) mimari oluşturmamızı sağlar. Yazdığımız proje her zaman aynı kalmamaktadır. Projenin gelişime açık olması önemlidir. SOLID prensiplerine uygun yazılım projesi geliştirirsek projelerimiz her zaman esnek olur. Projenin kod bakımından ağırlaşmasının önüne geçer.

Bu prensipler bir hedef olarak düşünülebilir. Yaptığımız projeyi bu prensiplere mümkün olduğunca bağlı kalarak yazmaya çalışmalıyız.Aşağıda gösterilen resimde bu 5 prensip gösterilmektedir. Bunları kısaca anlatmayı düşünüyorum. Daha sonrasında her prensip ile ilgili örnekleri barındıran linkleri yazıya ilave edeceğim.

solid

  •   Single Responsibility Principle = Yaptığımız tasarım sade ve anlaşılır olmalıdır. Her sınıfın sadece tek bir görevi olmalı ve sadece o görevden sorumlu olmalıdır. Eğer bir sınıf için birçok görev tanımı yaparsak, ileride yapmak istediğimiz değişiklikler olunca işimiz zorlaşacaktır. SRP örnek

srp

 

  •  Open-Closed Principle = Bu prensip tanımına göre, tasarımımız gelişime açık değişime kapalı olmalıdır. Yarattığımız modüllerde kalıcı büyük değişiklikler yapmaktan ziyade hata düzeltme gibi kontrollü işlemler yapmalıyız. Büyük çaplı değişiklikler yapmak istediğimiz zaman mevcut kodda değilde o değişimi farklı bir modül üzerinden yapabiliriz. SRP ve OCP prensiplerini birbirlerinin tamamlayıcısı olarak görebiliriz. Her zaman bu değişimleri abstract sınıf veya interface sınıf kullanarak yapmalıyız. OCP örnek

openclosedprinciple

 

  • Liskov Substitution Principle = Liskov yerine geçme prensibi olarak adlandırılır. Bu prensibe göre alt sınıflardan oluşturulan nesnelerin, üst sınıfların nesneleriyle yer değiştirdiklerinde aynı davranışı göstermek zorundadır. Child sınıflar, base sınıfların tüm özelliklerini kullanmak zorundadır. Bu örnekte kapsamlı olarak anlatılmaktadır.

image

  • Interface Segregation Principle = Interface (Arayüz) ayırım prensibi olarak adlandırılır. Kullandığımız arayüze gereğinden fazla özellik eklersek, oluşturduğumuz modüller bunların hepsini kullanmaya ihtiyaç duymayabilir. Bazı özelliklere ihtiyaç duymayan modüller bu özellikleri gereksiz olarak eklersek kullanışsız bir tasarım olacaktır. Interface yapısında her modülün kullanmadığı özellikler bulunuyorsa yapmamız gereken oluşturduğumuz interface yapısını bölmektir. ISP örnek

oop-principles-14-638

 

  • Dependency Inversion Principle = Bağımlılığı tersine çevirme prensibidir. Üst seviye modüller alt seviyeli modüllere bağımlı olmamalıdır. Alt sınıflarda yapılan değişimler üst sınıfları etkilememelidir. Her iki seviyeli modülde soyutlamalara bağlı olmalıdır. Ayrıca soyutlamalar fazlaca detaya boğulmamalıdır. Üst seviyeli modüller, alt seviyeli modüller ile abstract yapılar veya interface yapıları ile ilişki kurmalıdır. DIP örnek.

 

 

Kaynaklar

Design principles , Overview of SOLID Principles in C# , Wikipedia , SOLID–Adım Adım Tanımak (video anlatım),

Dependency kavramı ile ilgili detaylı bir yazı