Arquitectura de microservicios: claves para gestionarla

La arquitectura de microservicios tiene un rol determinante en el procesamiento de datos, al permitir a las organizaciones manejar grandes volúmenes de información de manera eficiente y escalable. 

A diferencia de las arquitecturas monolíticas, los microservicios dividen el sistema en componentes pequeños, independientes y especializados. 

Esto facilita el procesamiento paralelo de datos, lo que se constituye en un factor esencial cuando se trabaja con grandes flujos de información en tiempo real. 

Para tomar dimensión del crecimiento que están experimentando estos entornos, un estudio realizado por Intel reveló que el 83% de todas las nuevas aplicaciones nativas de la nube y las soluciones SaaS están usando microservicios. 

Por su parte, un reporte de Mordor Intelligence estima que el mercado de microservicios en la nube alcanzará 1.63 mil millones de dólares en 2024, y pronostica que podría llegar a los 4.57 mil millones en 2029.

En este artículo abordamos el impacto que tienen los microservicios en los sectores financiero, retail y telecomunicaciones.

También compartimos buenas prácticas para su gestión, exploramos cuáles son las pruebas que permiten evaluar este tipo de arquitecturas, e identificamos los beneficios que aporta la independencia de los microservicios.

Además, analizamos los métodos para gestionar la comunicación entre microservicios y cómo abordar problemas de consistencia de datos en una arquitectura de esta naturaleza.

Impacto de los microservicios en sectores críticos

“La arquitectura de microservicios es un enfoque de desarrollo de software que descompone una aplicación en una serie de servicios pequeños, independientes y poco acoplados”, explica Martín Barrio, Software Delivery Manager de IT Patagonia. 

“Cada uno de estos servicios o microservicios se encarga de una funcionalidad específica del negocio y se comunica con otros servicios a través de APIs ligeras, como HTTP/REST o mensajería”, añade el experto.

Como señala Martín, a menudo se utiliza en combinación con otros patrones y estilos arquitectónicos, como la arquitectura basada en eventos, CQRS y la arquitectura orientada a servicios.

En una arquitectura de microservicios, cada microservicio puede ser optimizado y escalado de manera individual. El objetivo es mejorar el rendimiento general y permitir una mayor agilidad en el desarrollo e implementación de nuevas funcionalidades.

Es por ello, que son ideales cuando se requiere un alto rendimiento y disponibilidad, y cuando diferentes equipos trabajan en paralelo en distintos servicios. 

Esto es especialmente útil en sistemas de procesamiento de datos que necesitan reaccionar rápidamente a cambios en el mercado o a nuevas demandas de los usuarios. 

Para poder analizar el aporte de valor de una arquitectura de microservicios, veamos como impacto en tres sectores que deben gestionar diariamente grandes flujos de información en tiempo real.

Sector financiero

Permite desarrollar y desplegar servicios de forma más ágil y eficiente. 

Cada microservicio se enfoca en una función específica, como la autenticación de usuarios, la gestión de cuentas o el procesamiento de pagos, lo que facilita su actualización o reemplazo sin afectar al resto del sistema. 

Así se reducen los tiempos de desarrollo e implementación de nuevas funcionalidades. Esta estrategia permite adaptarse con velocidad a las diversas demandas del mercado, como por ejemplo, la integración con billeteras digitales o el soporte para criptomonedas. 

Además, al ser altamente escalables, los microservicios pueden gestionar picos de demanda, lo que mejora la experiencia del usuario y asegura la disponibilidad continua de los servicios financieros.

Retail

La arquitectura de microservicios transforma la gestión tecnológica al permitir una mayor flexibilidad y escalabilidad en operaciones clave como inventarios, pagos y personalización de la experiencia del cliente. 

Al desacoplar estas funciones en componentes independientes, las empresas minoristas pueden sincronizar en tiempo real sus plataformas de e-commerce, aplicaciones móviles y puntos de venta físicos, lo que permite eliminar inconsistencias en la disponibilidad de productos. 

Además, facilita la integración con herramientas de inteligencia artificial para recomendaciones personalizadas y permite escalar rápidamente durante picos de demanda, como en eventos de ventas masivas. 

Esto no solo mejora la eficiencia operativa, sino que también optimiza la experiencia de compra, generando mayor fidelización de los clientes.

Telecomunicaciones

Funciones como facturación o análisis de uso se implementan como módulos independientes. De esta manera, se incrementan la adaptabilidad y la capacidad para ofrecer soluciones dinámicas.

La arquitectura de microservicios impulsa la innovación y la agilidad, al permitir que las funciones críticas como facturación, análisis de uso y provisión de servicios, operen como módulos independientes. 

Así se facilita la personalización de servicios para los clientes, como la creación de planes ajustados a sus necesidades o la implementación de sistemas de facturación en tiempo real. 

Además, la arquitectura de microservicios permite una integración más sencilla con tecnologías avanzadas como redes 5G y el Internet de las cosas (IoT), con el objetivo de mejorar la capacidad de ofrecer soluciones dinámicas y adaptables.

Este enfoque también incrementa la resiliencia del sistema, ya que los fallos en un microservicio no afectan al resto, lo que garantiza un alto nivel de disponibilidad y calidad en los servicios ofrecidos.

Beneficios que aporta la independencia de los microservicios

La independencia de los servicios es fundamental en la arquitectura de microservicios y aporta varios beneficios clave:

• Desarrollo: Cada equipo puede trabajar en un microservicio específico sin interferir con otros equipos. Esto permite una mayor agilidad y velocidad en el desarrollo.
• Despliegue: Los microservicios pueden desplegarse de manera independiente. Esto significa que se puede actualizar, escalar o reparar un servicio, sin afectar a los demás y minimizando el tiempo de inactividad y el riesgo de errores.
• Escalabilidad: Cada microservicio puede escalarse de manera independiente según sus necesidades de carga. Por ejemplo, si el servicio de pagos experimenta un alto volumen de transacciones, se puede escalar sin necesidad de hacerlo con toda la aplicación.
• Resiliencia: La falla de un microservicio no afecta a toda la aplicación. Si un servicio falla, los demás pueden seguir funcionando, lo que mejora la resiliencia y disponibilidad del sistema.
• Flexibilidad tecnológica: Los equipos pueden elegir las tecnologías más adecuadas para cada microservicio. De esta manera, se puede experimentar con nuevas tecnologías y adoptar las mejores herramientas para cada tarea específica.

Para poner un ejemplo, en el caso de una aplicación de comercio electrónico, si el servicio de pagos necesita una actualización de seguridad urgente, se puede desplegar sin afectar al servicio de productos o el de usuarios. 

Además, si el servicio de pedidos experimenta un aumento en la demanda, se puede escalar independientemente, para manejar la carga adicional.

Mejores prácticas recomendadas

Desde BlockStellart sugieren algunas prácticas para la implementación de arquitecturas de microservicios:

1. Cada servicio debe tener su propia base de datos independiente.

2. Todos los servicios deben mantener un nivel de madurez y actualización similar. 

3. Cada microservicio debe construirse y desplegarse de manera independiente. Los ciclos de desarrollo, pruebas y despliegue de cada microservicio deben ser autónomos, para permitir actualizaciones y mejoras sin afectar otros servicios.

4. Cada microservicio tiene que estar diseñado para una única responsabilidad específica, de acuerdo al principio de responsabilidad única (SRP).

5. Se debe empaquetar cada microservicio y sus dependencias en un contenedor, para garantizar que se ejecute de manera consistente en cualquier entorno.

6. Tratar los servidores como “sin estado” implica que los microservicios no deben depender de la información almacenada en el servidor para su funcionamiento.

7. El diseño basado en el dominio (DDD) ayuda a estructurar los servicios en torno a áreas de negocio coherentes y bien definidas, conocidas como “contextos delimitados”.

8. En vez de construir una única aplicación monolítica de frontend, la interfaz de usuario se divide en componentes más pequeños y autónomos que pueden desarrollarse, desplegarse y mantenerse de manera independiente.

9. Orquestación de Microservicios: refiere al proceso de gestionar, coordinar y automatizar el despliegue, escalado y operación de los microservicios en una infraestructura distribuida. 

Otro tema a considerar es la persistencia de datos, que se maneja típicamente a través de bases de datos y caches externos, para asegurar que el estado de la aplicación se pueda recuperar fácilmente en caso de fallos. De esta manera, se permite que los microservicios se desplieguen y escalen sin problemas.

Adicionalmente, y frente a una migración de una arquitectura monolítica hacia una arquitectura de microservicios, también se puede considerar la implementación de herramientas de CI/CD para automatizar el despliegue y la gestión de la infraestructura.

De igual modo, contemplar el uso de herramientas de monitoreo para supervisar el rendimiento y la salud de los microservicios.

Además, hay que mencionar la importancia de fomentar una cultura de colaboración y proporcionar capacitación continua a los equipos, para lograr que se adapten adecuadamente a la nueva arquitectura. Estas son las claves  que hay que considerar para migrar a una arquitectura de microservicios desde una arquitectura monolítica.

¿Cuáles son las pruebas que permiten evaluar entornos de microservicios?

Frente a la naturaleza distribuida y altamente desacoplada de una arquitectura, donde los microservicios interactúan entre sí para cumplir con los requisitos funcionales del sistema, las pruebas aseguran que cada uno de ellos funcione correctamente. Tanto en forma independiente como conjunta.

Además, las pruebas aseguran que cada servicio funcione en concordancia con la lógica de negocio, la integración entre servicios, la consistencia de contratos, el rendimiento bajo carga y la experiencia del usuario final. 

Al identificar errores de forma temprana y mantener la calidad de las interacciones entre servicios, estas pruebas permiten implementar cambios con mayor seguridad. 

De esta manera se reduce el riesgo de interrupciones y se mejora la confiabilidad del sistema en producción.

Los tipos de pruebas más comúnmente utilizados en arquitecturas de microservicios son los siguientes:

Pruebas unitarias 

Son esenciales en microservicios, porque evalúan funcionalidades individuales de cada componente aislado, lo que asegura que cumplan con su propósito previsto. 

Verifican la lógica de negocios en un nivel granular, al utilizar datos simulados para garantizar que cada microservicio funcione correctamente en su propia ejecución. 

Debido a la naturaleza desacoplada de los microservicios, las pruebas unitarias ayudan a mantener la calidad del código y permiten detectar rápidamente errores antes de que afecten a otros servicios.

Pruebas de integración

Analizan cómo interactúan entre sí múltiples microservicios o microservicios con sistemas externos, como bases de datos o APIs. 

Son fundamentales para verificar que la comunicación entre los servicios funcione de manera consistente y garantizar que los datos fluyan correctamente entre componentes. 

Dado que los microservicios dependen de interfaces de comunicación claras, estas pruebas identifican problemas relacionados con incompatibilidades o errores en la transmisión de datos.

Pruebas de rendimiento

Estudian cómo se comporta un microservicio bajo diferentes cargas de trabajo y en condiciones de alta demanda. 

Evalúan tiempos de respuesta, escalabilidad y estabilidad del servicio, lo que asegura que los microservicios puedan manejar picos de tráfico sin degradación del rendimiento. 

También ayudan a identificar cuellos de botella o limitaciones en la infraestructura. Un aspecto clave para sistemas distribuidos con alta concurrencia.

Pruebas de componentes

Se enfocan en evaluar un microservicio individual en su entorno casi real, pero sin interactuar con otros servicios. Validan que el microservicio funcione correctamente con sus dependencias internas simuladas (como bases de datos o configuraciones). 

Es un enfoque útil para detectar errores que podrían no aparecer en pruebas unitarias, pero sin la complejidad de las pruebas de integración completas.

Pruebas de contrato

Son específicas de los microservicios y verifican que los contratos entre ellos (definiciones de las APIs o interfaces) se mantengan consistentes. 

Garantizan que los cambios en un microservicio no rompan su integración con otros, lo que proporciona confianza en el desarrollo continuo. 

Son especialmente útiles en equipos que trabajan de forma independiente en diferentes servicios, ya que reducen el riesgo de problemas de comunicación entre ellos.

Pruebas de extremo a extremo

Evalúan cómo funcionan los microservicios en conjunto para entregar una funcionalidad completa desde la perspectiva del usuario final. 

Comprueban flujos completos, como el procesamiento de un pedido en un sistema de e-commerce, asegurando que todas las partes del sistema colaboren correctamente. 

Aunque son más costosas y complejas, resultan críticas para garantizar que la solución final cumpla con los requisitos de negocio y ofrezca una experiencia de usuario satisfactoria.

Métodos para gestionar la comunicación entre microservicios

La comunicación es un aspecto crucial en la arquitectura de microservicios. 

Los microservicios se comunican entre sí a través de APIs, a través de protocolos como HTTP/REST, gRPC o mensajería asíncrona (por ejemplo, Kafka, RabbitMQ). 

Estas APIs permiten el intercambio de datos y la realización de solicitudes sin que los servicios estén directamente acoplados entre sí. Este desacoplamiento mejora la flexibilidad y facilita el mantenimiento, ya que los cambios en un microservicio no afectan necesariamente a los demás.

Los métodos más comunes para gestionar la comunicación en arquitecturas de microservicios son los siguientes:

1) Comunicación Síncrona

• APIs RESTful: Los microservicios se comunican a través de HTTP utilizando APIs RESTful. 
• gRPC: Un framework de comunicación de alto rendimiento que utiliza HTTP/2 y permite la comunicación entre microservicios en diferentes lenguajes de programación.

2) Comunicación asíncrona

• Mensajería: Utiliza sistemas de mensajería como RabbitMQ, Apache Kafka o AWS SQS para enviar mensajes entre microservicios. Este método es útil para desacoplar servicios y mejorar la resiliencia.
• Eventos: Los microservicios pueden publicar eventos a un bus de eventos (como Apache Kafka) y otros servicios pueden suscribirse a estos eventos para reaccionar en consecuencia.

La mensajería asíncrona es ideal para sistemas que requieren alta disponibilidad y respuesta rápida.

Ejemplo de comunicación síncrona y asíncrona de microservicios 

A fin de ejemplificar la comunicación en arquitecturas de microservicios, retomamos el ejemplo de una aplicación de comercio electrónico:

Comunicación síncrona con APIs RESTful

Cuando un usuario realiza un pedido, el servicio de pedidos puede llamar al servicio de productos para verificar la disponibilidad del producto y luego al servicio de pagos para procesar la cancelación del precio de un producto. 

Estas llamadas se realizan a través de APIs RESTful.

Comunicación asíncrona con mensajería

Posterior a que el servicio de pedidos crea un nuevo pedido, se puede enviar un mensaje a una cola de mensajes que el servicio de pagos “escucha” para procesar el pago.

¿Cómo abordar problemas de consistencia de datos en una arquitectura de microservicios?

Gestionar la consistencia de datos en una arquitectura de microservicios puede ser un desafío, debido a su naturaleza distribuida. 

Algunas estrategias y patrones comunes para manejar estos problemas pueden ser los siguientes:

Consistencia eventual

En lugar de garantizar la consistencia inmediata, se permite que los datos se sincronicen con el tiempo. Esto es útil en sistemas donde la disponibilidad es más crítica que la consistencia inmediata.

Patrón saga

Este patrón maneja transacciones distribuidas dividiéndolas en una serie de transacciones locales coordinadas a través de eventos o mensajes.

Cada paso de la saga realiza una acción y publica un evento para desencadenar el siguiente paso.

Si una transacción falla, se ejecutan pasos de compensación para deshacer los cambios realizados por las transacciones anteriores.

Conciliación

Para encontrar transacciones bloqueadas y reanudar la operación o aplicar una compensación, se necesita conciliar datos de múltiples servicios.

Se pueden conciliar datos de múltiples servicios a través de acciones que se pueden activar de forma programada o mediante un sistema de monitoreo, cuando se detecta una falla. 

El enfoque más simple es ejecutar una comparación registro por registro y este proceso se puede optimizar comparando valores agregados. 

CQRS (Command Query Responsibility Segregation)

Separa las operaciones de lectura y escritura en diferentes modelos. Esto permite optimizar cada modelo para su propósito específico y puede ayudar a manejar la consistencia de datos.

Event Sourcing

En lugar de almacenar el estado actual, se almacenan y registran todos los eventos que llevaron a ese estado. Así, se permite reconstruir el estado actual a partir de los diversos eventos que se producen, facilitando la consistencia.

Bases de datos por servicio

Cada microservicio tiene su propia base de datos, lo que reduce las dependencias entre servicios y mejora la autonomía.

Sin embargo, esto puede complicar la gestión y requerir estrategias adicionales para mantener la consistencia entre bases de datos.

Conclusión

La migración a una arquitectura de microservicios ofrece ventajas como la escalabilidad, la resiliencia y la flexibilidad, pero en paralelo presenta desafíos significativos que requieren planificación estratégica y adaptación organizacional. 

Descomponer aplicaciones monolíticas implica identificar límites claros entre servicios y evitar dependencias críticas, mientras que la gestión de datos plantea problemas de consistencia y sincronización en bases distribuidas. 

Además, garantizar una comunicación eficiente entre microservicios demanda herramientas robustas y estrategias para mitigar la latencia y la sobrecarga de red. 

Más allá de los aspectos técnicos, la transición a microservicios conlleva un cambio cultural dentro de la organización. Equipos acostumbrados a trabajar con aplicaciones monolíticas deben adaptarse a enfoques más colaborativos y autónomos, reestructurando roles y responsabilidades. 

A esto se suma la necesidad de implementar estrategias de seguridad específicas para cada servicio, asegurando autenticación y autorización sin comprometer el sistema en su conjunto. 

Superar estos desafíos no solo requiere soluciones tecnológicas adecuadas, sino también una mentalidad orientada a la innovación y la mejora continua en toda la empresa.

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