Abordagem para migração de serviços baseados em arquitetura orientada a serviços para arquitetura de microsserviços

Resumo

A modelagem de sistemas baseada em Arquitetura Orientada a Serviços preconiza conceitos de integração de sistemas por meio de interfaces de serviço. Derivada do modelo SOA, a arquitetura de microsserviços compartilha dos mesmos princípios, porém com uma abordagem diferente, com construções de serviços autônomos do banco de dados até a interface de integração. A arquitetura de microsserviços introduz o modelo de coreografia, no qual os serviços são integrados por meio de eventos assíncronos, priorizando o desacoplamento. Os microsserviços são alvos de estudos e utilizados pela indústria, para tanto, identificou-se uma tendência em explorar a migração arquitetural. Para os serviços candidatos à migração, explorou-se métodos que permitam transformar tais serviços baseados em SOA para microsserviços. O estudo apresenta uma abordagem para migração de serviços baseados em SOA para microsserviços, baseada em requisitos arquiteturais, sendo esses definidos a partir de uma coleção de experiências da indústria, trabalhos acadêmicos e os princípios arquiteturais. A pesquisa foi complementada com a aplicação da abordagem em um estudo de caso. O resultado da pesquisa foi satisfatório. Todos os requisitos arquiteturais foram atendidos no processo da abordagem proposta. Sob a perspectiva de aplicação prática, somente três requisitos não puderam ser verificados, sendo esses alvos de estudos futuros.

Palavras-chave: arquitetura, SOA, microsserviços.

Abstract

The Service Oriented Architecture (SOA) modeling technics provides concepts for integrating systems through service interfaces. Derived from the SOA model, the microservice architecture shares the same principles, but with a different approach, with constructions of autonomous database services, process and integration interface. The microservice architecture introduces the choreography model, in which services are integrated through asynchronous events, prioritizing decoupling. Microservices are the targets of studies and used by the industry. For this reason, a tendency has been identified to explore architectural migration. For migration candidate services, methods have been explored to make such SOA-based services for microservices possible. The study presents an approach for migration of services based on SOA to microservices, based on architectural requirements, which are defined from a collection of industry experiences, academic work and architectural principles. The research was complemented with the application of the approach in a case study. The search result was satisfactory. All architectural requirements were met in the proposed approach process. From the perspective of practical application, only three requirements could not be verified, being these targets of future studies.

Keywords: Architecture, SOA, microservices.

1. Introdução  

A arquitetura orientada a serviços, ou SOA (Service Oriented Architecture), determina princípios, tais como: contratos de serviço padrão, abstração de complexidade, baixo acoplamento, reuso e autonomia. Os princípios da arquitetura SOA visam garantir que sistemas pertencentes a uma mesma estrutura se comuniquem e operem de forma autônoma e colaborativa por meio de interfaces de serviços genéricas (ERL, 2005). 

 No estudo de Lee et al. (2010), daqueles que adotaram a arquitetura SOA e consideraram concluído, mais de 50% afirmaram que o processo resultou em custos superiores aos esperados e que as percepções sobre a técnica foram negativas. Segundo os autores, a percepção negativa ocorreu porque mesmo após adotar a arquitetura SOA o acoplamento entre os sistemas permaneceu, porém neste caso na interface de serviços. Nessa perspectiva, o estudo cita que com o acoplamento de serviços, foi necessário criar processos mais rigorosos de governança e controle de versionamento, dado que o acoplamento exigia que as interfaces de serviço evoluíssem em conjunto com os consumidores. Fowler (2016) descreve esse cenário como espaguete de serviços.

Em um cenário paralelo ao apresentado por Lee et al. (2010), correlação a adoção da arquitetura SOA tradicional, Newman (2015) relata que devido a esses problemas conceituais, os desenvolvedores começaram a adotar abordagens alternativas de construção de serviços. Segundo o autor, a alternativa adotada era baseada no desenvolvimento de escopos reduzidos, dos quais esses serviços seriam expostos com granularidade mais fina e de forma qual atendessem somente a um objetivo exclusivo, exemplo: o serviço que adiciona item ao estoque e o serviço que consulta o item no estoque completamente desacoplados, desde o nível da interface até a camada de dados. No entanto, o desenvolvimento manteve os princípios da arquitetura SOA. Essa abordagem foi denominada de arquitetura de microsserviços, ou Microservice Architecture (MSA).

A arquitetura de microsserviços é considerada por Bogner et al. (2016), Balalaie et al. (2016), Pahl et al. (2016) e Richards (2015), uma instância da arquitetura SOA, tendo em vista que ambos os modelos arquiteturais tem como base princípios similares, tais como baixo acoplamento, interoperabilidade, orquestração e coreografia.

Devido a influência dos desenvolvedores, o modelo arquitetural de microsserviços passou a ser uma alternativa ao modelo tradicional de implementação da arquitetura SOA. Empresas como Netflix e Amazon adotaram ainda no inicio da concepção do modelo de microsserviços e atualmente colaboram com a evolução e o desenvolvimento da prática (NEWMAN 2015).

Assim como essas empresas, Wittlands et al. (2015) apontam tendências de empresas alemãs sobre a busca de outros modelos arquiteturais, e que dentre eles destacou-se o modelo de microsserviços. Francesco et al. (2017), relacionam 30 estudos sobre a adoção da prática de microsserviços pela indústria, sendo alguns estudos de origem acadêmica e outros promovidos pela indústria.

A arquitetura de microsserviços é considerado como um dos estilos arquiteturais nativos da prática de computação em nuvem, ou Cloud-Native (NEWMAN, 2015). Os estilos arquiteturais que compõe essa prática começaram a surgir e ganharam notoriedade conforme a prática de computação em nuvem avançou na indústria de desenvolvimento de software (KRATZKE, 2017). A relação entre as práticas de DevOps, computação em nuvem e microsserviços é percebida nos estudos conduzidos por Newman (2015), Bonér (2016) e Strimbei (2015).

Strimbei (2015) conduziu um estudo relacionando as três arquiteturas, monolítica, SOA tradicional e microsserviços. Em seu estudo é realizado um comparativo entre as arquiteturas em 17 critérios diferentes. A arquitetura de microsserviços se destaca pela possibilidade de comunicação durante períodos de instabilidade, dada a natureza assíncrona. O estudo também indica benefícios para microsserviços quando o domínio é evoluído ou alterado, tendo em vista o baixo acoplamento entre os contratos expostos, os consumidores e componentes internos.

Para atingir uma arquitetura de serviço independente e baseada em microsserviços, quando já estabelecido um modelo arquitetural, é necessário realizar a migração arquitetural, do qual não se restringe ao domínio técnico. Segundo Stine (2015) para uma migração é preciso observar também as questões culturais e organizacionais, levando em consideração a natureza dos serviços.

Para tanto, o objetivo deste estudo é propor uma abordagem baseada em um processo para migrar serviços baseados na arquitetura SOA tradicional em uma arquitetura de microsserviços, utilizando como base os princípios arquiteturais e práticas relatadas em estudos científicos, sendo esses compilados em dez requisitos arquiteturais. 

A elaboração da abordagem e os requisitos arquiteturais têm como origem duas fontes de informação. A primeira fonte é relacionada às experiências de migração para arquitetura de microsserviços, no qual destacam-se: Dragoni et al. (2017), Levcovitz et al. (2016), Merino (2015), Gouigoux et al. (2017) e Bucchiarone et al. (2017). A outra fonte refere-se às técnicas de modelagem de arquitetura de microsserviços, do qual destacam-se: Newman (2015), Fowler (2016), Richards (2015), Jamshidi et al. (2017), Safina et al. (2016).

O objetivo secundário é aplicar a abordagem proposta em um caso apresentado por Newman (2015), visando exemplificar a utilização da abordagem e validar o produto final, comparando ele com os princípios arquiteturais de microsserviços.

A metodologia adotada é composta por três fases. São elas: Elaboração de requisitos para migração de serviços, definição da abordagem de migração arquitetural e estudo prático. Os requisitos são compostos por elementos conceituais e práticos, base para a construção da abordagem de migração arquitetural, ele é utilizado como fator de validação após a sua definição. Os conceitos aplicados nos requisitos foram definidos a partir dos estudos dos métodos e das experiências em modelagem e migração arquitetural para microsserviços. 

A abordagem foi construída utilizando o modelo de processos e sob a perspectiva de aplicação em serviços individualmente. Para tanto, determinou-se os processos principais e sub-processos da migração de serviços. As atividades desses processos têm definidas as suas entradas, saídas e materiais de apoio. Os materiais de apoio são compostos por documentações sugeridas com o objetivo de auxiliar na execução da atividade. A construção das atividades e dos artefatos teve como base os requisitos de migração de serviços. Ao final da pesquisa, os processos elaborados foram validados a partir dos requisitos arquiteturais.

O estudo prático foi o complemento da abordagem proposta. A abordagem foi aplicada em um estudo de caso e os resultados analisados para validar o produto gerado e indicar os pontos que devem ser explorados por estudos futuros. A aplicação é baseada no cenário apresentando por Newman (2015). O cenário é composto por serviços construídos sob a perspectiva da arquitetura SOA tradicional, sendo esses migrados para arquitetura de microsserviços utilizando a abordagem de migração. 

O trabalho é concluído com a análise dos novos serviços modelados a partir da aplicação da abordagem. Para a comparação, foram utilizadas as definições arquiteturais e as novas interfaces. Dessa forma, verificou-se os aspectos de decomposição de serviços, organização de domínios e aderência aos princípios da arquitetura de microsserviços.

1. Referencial Teórico  

Tanto a arquitetura SOA como a arquitetura de microsserviços são consideradas arquiteturas de serviço (RICHARDS, 2015). O serviço web é uma forma de expor as funcionalidades de uma aplicação para outros sistemas, a fim de integrá-los por meio de operações com estruturas definidas de entrada e saída de dados. Dessa forma, nos próximos tópicos são abordadas as características individuais das arquiteturas de serviço.

A Arquitetura Orientada a Serviços ou SOA (Service Oriented Architecture) é um modelo de exposição e organização de funcionalidades de diferentes domínios funcionais em contratos de serviços. O modelo de referência SOA é composto pelos seguintes elementos: serviços, descrição dos serviços, exposição, efeitos práticos, interação, políticas, contratos de serviço e o componente de execução (MACKENZIE et al., 2006).

O modelo de referência para arquitetura orientada a serviços, SOA-RM (Service Oriented Architecture – Reference Model) proposto por Mackenzie et al. (2006) como membros do grupo OASIS (Advancing Open Standards for the Information Society), é uma das bases para modelagem de arquiteturas sistêmicas, sendo a primeira versão do modelo apresentada em 2006. O grupo OASIS buscou evoluir o modelo criando novas definições, tais como o modelo ESARC, Enterprise Services Architecture Reference Cube, explorado por Zimmerman et al. (2012) na construção de uma ontologia para computação baseada em serviços.

Wilde et al. (2016) realizaram um estudo correlação as tendências evolutivas da arquitetura SOA. Além das tendências de evolução tecnológica, os autores abordam os princípios de modelagem arquitetural. Segundo os autores, uma abordagem arquitetural SOA bem-sucedida precisa considerar as questões de evolução dos serviços desde a modelagem até a sustentação. Para tanto, os autores propõem que o modelo deve abstrair a complexidade técnica e funcional por meio de uma camada dedicada. Essa camada deve esconder as informações relativas ao domínio, e restringir as interfaces com as informações necessárias para execução do serviço.

 O estudo conduzido por Lee et al. (2010) verifica por meio de entrevistas e questionários as impressões daqueles que adotaram a arquitetura SOA. Os resultados obtidos são expostos com a revisão de estudos acadêmicos relacionados a SOA e entrevistas com profissionais e acadêmicos da área. O estudo determinou 12 fatores de sucesso para uma implantação de arquitetura SOA, incluindo um método proposto para atingir cada um desses fatores. Neste estudo é possível identificar pontos críticos para determinação dos requisitos de migração de serviços, tal como desacoplamento dos serviços, tido como fator crítico de sucesso.

Os microsserviços são essencialmente similares aos serviços tradicionais. A principal diferença entre as arquiteturas é a granularidade do serviço. Na perspectiva dos microsserviços, a granularidade deve ser mais fina, ou seja, mais serviços e cada qual com objetivos funcionais menores.

Correlação ao método de construção, os microsserviços são modelados individualmente. Cada microsserviço possui uma interface, camada de processamento e banco de dados dedicado, ou seja, seus recursos não são compartilhados com outros componentes da arquitetura.

Segundo Fowler (2016), a arquitetura de microsserviços teve sua origem em contextos práticos de empresas de desenvolvimento de software. Elaborada e evoluída por essas empresas, a técnica de microsserviços ganhou notoriedade na comunidade de desenvolvimento quando empresas como Netflix e Amazon expuseram as vantagens e os ganhos operacionais a partir da adoção dos microsserviços (NEWMAN, 2015).

Para evitar o acoplamento de serviços, Newman (2015) indica a modelagem por domínios funcionais, conforme preconiza a técnica DDD. O método DDD (Domain Driven Design) foi apresentado por Evans (2004), e esse é considerado o principal método para modelar microsserviços (NEWMAN, 2015).

Conforme apresenta o estudo sistemático sobre arquitetura de microsserviços de Alshuqayran et al. (2016), o tema é de interesse crescente sob a perspectiva do universo acadêmico. Tão importante quanto a compreensão das tendências de estudo relacionadas a microsserviços, é a compreensão sobre a origem da técnica. Dragoni et al. (2016) conduziu uma pesquisa que abrange o que ele acredita ser os primeiros ensaios de uma arquitetura de serviços, evoluindo para modelos atuais, e concluindo com o relacionamento das práticas técnicas e conceituais, considerando inclusive algumas possíveis tendências futuras. Segundo o autor, as arquiteturas baseadas em serviço no futuro seriam compostas por sistemas completamente autônomos.

Assim como Newman (2015), Dragoni et al. (2016) também introduz em seu texto a comparação entre integrações baseadas em coreografia e baseadas em orquestração de serviços. Conforme mostra Newman (2015), a coreografia de serviços é um dos pilares da arquitetura de microsserviços. Newman (2015) descreve um método para programação baseado em coreografia. O autor aponta o modelo a ser seguido para garantir que os componentes interajam evitando erros de integração ou de processamento.

Nessa pesquisa é considerada a definição que estabelece que a arquitetura de microsserviços é uma instanciação da arquitetura SOA, tendo em vista o compartilhamento dos princípios arquiteturais. Além disso, também é considerada a definição apresentada por Richards (2015) sobre a compatibilidade das arquiteturas, do qual o autor afirma que a arquitetura de microsserviços pode ser considerada complementar à arquitetura SOA tradicional, de forma qual ambas se beneficiam dos pontos fortes da outra.

Sobre os processos de migração, Balalaie et al. (2016) descrevem de forma geral em seu estudo alguns tipos de padrões para migração para microsserviços. São determinados quinze padrões de migração dos quais destacam-se: decomposição baseada em domínios de dados, mudança de dependência de código para chamada de serviços e containers orquestrados.

Dentre as diferenças entre os modelos arquiteturais, o contrato é um dos que se destaca, Richards (2015), determina que o modelo tradicional da arquitetura SOA estabelece a técnica Web Service Description Language (WSDL) como método para declaração de serviços. Um WSDL é construído em XML, uma linguagem baseada em tags, das quais permitem a interpretação dos seus conteúdos.

Em contrapartida, o modelo de arquitetura de microsserviços tem por premissa ser um modelo mais leve. No modelo de arquitetura de microsserviços é utilizada a técnica annotation. Essa técnica é baseada em marcações feitas em API REST, por meio do protocolo JSON (JavaScript Object Notation) que quando combinada com ferramentas próprias como o Swagger, fornece ao consumidor do serviço as informações referentes a invocação das operações e formato da chamada da API (FOWLER, 2016).

Ambas as arquiteturas aplicam os modelos de transação, seja ela síncrona e assíncrona. O sincronismo é aplicado com o conceito ACID (atomicidade, consistência, isolamento e durabilidade). Este conceito define que caso uma transação seja iniciada, e durante o seu processamento seja identificado um comportamento anômalo, toda a transação deve ser desfeita, sinalizando para o consumidor de que aquela transação não foi processada com sucesso. Em contrapartida o modelo assíncrono não precisa ser tratado em tempo real, de forma qual o consumidor envia a mensagem e não aguarda pela resposta, deixando a responsabilidade de execução para o provedor do serviço.

Os modelos transacionais são cabíveis tanto na arquitetura tradicional SOA como na arquitetura de microsserviços. No entanto a arquitetura de microsserviços prioriza o comportamento baseado em eventos, tratando as requisições por meio do modelo de coreografia e transações assíncronas, pois esse modelo diminui a dependência entre os componentes integrados.

Os serviços devem ser organizados pela taxonomia, Richards (2015) define que a taxonomia utilizada tem interferência direta na modelagem dos serviços. O autor repete o conceito explorado por Newman correlação a taxonomia de microsserviços e adiciona que a arquitetura SOA diferencia o seu modelo de taxonomia ao estabelecer outras categorias de taxonomia, tais como: serviços comuns de negócio (enterprise services) e serviços de aplicação (application services).

Comparando os serviços tradicionais SOA e a arquitetura de microsserviços, a granularidade é vista como um dos principais pontos de divergência em suas definições (NEWMAN, 2015). Para a SOA tradicional as interfaces devêm ser ricas de operações e controles, já os microsserviços definem suas interfaces com menos operações.

Fowler (2016) declara que em algumas das diligências que conduziu, foram identificados serviços com granularidade extremamente fina, e esses resultaram em coreografias com envolvimento de diversos serviços, o que também resultava em aumento de complexidade para a evolução. O comparativo de definições arquiteturais é mostrado na figura 4, comparando microsserviços com a SOA tradicional.

Baseado nas declarações de Newman (2015), adotar inicialmente a abordagem de construir serviços com granularidade mais grossa, ou seja, contendo mais operações dentro do mesmo contrato, é uma forma adequada de se iniciar, desde que após isso, sejam analisados os comportamentos dos serviços e em seguida, para aqueles que apresentarem maiores níveis de utilização das operações, realizar uma nova modelagem a fim de separá-los e aumentar gradualmente a granularidade do serviço.

Na perspectiva dos microsserviços, uma modelagem de serviços muito granular pode causar problemas de governança dos serviços e até mesmo performance (FOWLER, 2016). Exemplo: um serviço que ao ser invocado, posta sua resposta em uma fila outros cinco serviços escutam, e somente após a conclusão de todos é que a transação se encerra, neste caso, se houver uma latência de comunicação ou processamento, a operação inteira será afetada, tendo em vista que o resultado só é obtido após a soma dos tempos dos serviços envolvidos na coreografia ou orquestração (RICHARDS, 2015).

Os métodos de integração de serviços citados por alguns autores tais como Richards (2015), Newman (2015) e Fowler (2016) é a coreografia e orquestração. A orquestração de serviços é comumente utilizada em arquiteturas tradicionais SOA e a coreografia nas arquiteturas de microsserviços. 

A orquestração de serviços é baseada em um componente controlador (Figura 5). O controlador é responsável por realizar as chamadas aos serviços e executar o que for preciso para responder ao consumidor do serviço. A coreografia não exige um componente controlador (Figura 6). O modelo de integração coreografado parte do pressuposto que os serviços são executados em uma sequência de eventos, os eventos são registrados em uma área comum de leitura, e por meio de subscrição das filas os outros serviços são invocados de forma coordenada.

Segundo Francesco (2017) a migração de serviços existentes para microsserviços é uma atividade complexa pela falta de literatura especifica. Gouigoux et al (2017), Jamshidi et al. (2017), Merino (2015), Levcovitz et al. (2016) e Dragoni (2017) relatam que modelar microsserviços a partir de um serviço SOA já existente exige atividades adicionais para entendimento das funções e dos métodos que compõe o serviço.

Gouigoux et al. (2017) descrevem as lições aprendidas durante o processo de migração de serviços para microsserviços, os autores apontam o processo utilizado para análise: inicialmente o serviço candidato deve ter a granularidade analisada por meio das interfaces expostas no barramento de serviço, fazendo correlação desse com o processo de negócio qual o serviço representa e por fim, verificar a capacidade de automação de testes e verificações de qualidade.

Em um nível mais abrangente, Jamshidi et al. (2017) conduziram um estudo abordando as técnicas de migração de plataforma. O estudo mostra a condução das atividades de análise e migração para uma arquitetura baseada nos conceitos de cloud computing. Os autores definem 15 padrões de modelagem, sendo que cada padrão possui um ou mais objetivos, tais como: tempo de desenvolvimento e adição de novas capacidades. Tais padrões são organizados em categorias, sendo essas: Alteração de host de infraestrutura, codificação para cloud computing, fatoração de serviço, fatoração dos contratos de exposição, restruturação e modernização de serviços.

Levcovitz et al. (2016) descrevem uma ordem de passos e atividades para migrar serviços monolíticos para microsserviços. A migração proposta é composta por 6 passos, inicialmente os serviços são verificados individualmente na perspectiva de granularidade, seguindo pela análise de dependência, viabilidade e terminando na remodelagem das operações e interfaces expostas. Merino (2015) descreve a migração no detalhe do código de programação. O autor tem como base um sistema construído sob as perspectivas tradicionais de orientação a objetos que é migrado para um framework de microsserviços

1. Metodologia

Essa pesquisa esta distribuída em três fases, inicialmente a definição dos requisitos arquiteturais baseados em estudos práticos e acadêmicos, em seguida, a proposição do processo de migração de serviços SOA para microsserviços e por fim, a aplicação do processo em um estudo de caso simplificado.

1. Requisitos de Migração

Os requisitos foram definidos com o objetivo de validar a abordagem de migração arquitetural proposta. Os requisitos permeiam a construção e avaliação arquitetural de serviços web. Cada requisito foi proposto com base em estudos metodológicos e práticos, aplicados na perspectiva do serviço antes e depois da migração arquitetural. Para distinguir essas perspectivas, foram referenciados como serviços candidatos os serviços alvos da migração para microsserviços e serviços destino os microsserviços gerados após a aplicação da abordagem de migração.

Requisito 1 - O serviço destino deve corresponder somente a um único domínio funcional: A arquitetura de microsserviços preconiza o conceito de individualidade e especialização do propósito funcional (NEWMAN, 2015). Sendo assim, o serviço destino deve manter este principio, portanto, as operações devem ser restritas a um único domínio funcional.

Requisito 2 - As interfaces dos serviços destinos devem ter coesão de nomes e tipos de dados com a arquitetura corrente e futura: As arquiteturas são compostas por coleções de sistemas e seus serviços. Cada serviço expõe operações e, para cada operação, são definidos os tipos de dados. Em uma arquitetura complexa é necessário padronizar os nomes e tipos dos dados utilizados, pois assim é possível evoluir a governança e compor um catálogo de serviços padronizado.

Requisito 3 - Os componentes internos do serviço destino devem corresponder exclusivamente às funções da interface exposta: O compartilhamento de componentes lógicos cria uma dependência entre sistemas, porém é comum que esses componentes não tenham o mesmo objetivo funcional. Tal como uma tabela de dados, ou biblioteca compartilhada que não pode retirar uma coluna, ou alterar um tipo de dado de sua estrutura, sob o risco de romper a lógica de algum dos componentes consumidores.

Requisito 4 - Os protocolos de aplicação das interfaces do serviço destino devem prover interoperabilidade com os demais serviços existentes: A abordagem de migração é aplicada individualmente nos serviços, portanto é preciso manter o funcionamento das integrações com os demais serviços existentes. Dessa forma, o serviço destino deve garantir a interoperabilidade observando os padrões e métodos das integrações existentes.

Requisito 5 - Os serviços candidatos devem ter suas dependências e dependentes definidos: Definir a relação de dependência é necessário para apoiar nas atividades de modelagem das integrações entre os serviços. A partir de uma dependência é gerado decisões arquiteturais distintas, que são percebidas após a definição da integração do serviço destino com os demais serviços existentes.

Requisito 6 - O nível de granularidade do serviço destino deve respeitar o princípio arquitetural dos microsserviços: As arquiteturas baseadas em serviço devem prever uma análise sobre a granularidade das operações, sendo que essas correspondem ao seu processo de negócio mapeado (ERL, 2005). Os microsserviços são construídos utilizando serviços com nível de granularidade fino, respeitando o principio de responsabilidade única e operações individuais da camada de apresentação até a base de dados (NEWMAN, 2015). 

Requisito 7 - O serviço destino deve ter definido seus padrões de transações por operação exposta: Uma transação pode ser síncrona ou assíncrona, e por isso, uma operação síncrona requer que o serviço seja modelado e suporte essa funcionalidade. 

Requisito 8 - O serviço destino deve ser integrado pelos demais serviços por coreografia ou orquestração: Em arquiteturas baseadas em serviço é comum utilizar a coreografia ou orquestração (RICHARDS, 2015). A arquitetura tradicional SOA prioriza o modelo de orquestração de serviços para as integrações (ERL, 2005). A arquitetura de microsserviços prioriza o modelo de coreografia de serviços para integração (NEWMAN, 2015). Richards (2015) afirma que não há um modelo ideal, para o autor é importante analisar cada serviço, e a decisão depende das suas integrações e do objetivo final de negócio.

Requisito 9 - A arquitetura física do serviço destino deve corresponder ao seu modelo lógico: A arquitetura de microsserviços permite a independência e organização dos componentes em containers (NEWMAN, 2015). A independência física pode ser obtida através do modelo de containers. Um container pode ser instalado em mais de um servidor de aplicação sem haver dependência com os demais recursos instalados.

Requisito 10 - Validações arquiteturais durante o processo de migração: Segundo Newman (2015), ao verificar a aderência dos serviços com os conceitos de granularidade, organização em domínios e outros, o resultado final tende a ter maior coesão com os objetivos pretendidos em relação a redução do acoplamento e aumento da autonomia dos serviços. Independente de ser uma arquitetura tradicional SOA ou de microsserviços, os componentes da arquitetura devem respeitar os respectivos princípios arquiteturais (RICHARDS, 2015). Para Dragoni et al. (2017), durante e ao final do processo de migração é necessário realizar verificações periódicas a fim de garantir a qualidade dos componentes gerados.

1. Processo de transformação de serviço SOA em microsserviços

A abordagem de migração está definida em um processo e, nessa seção, são detalhados os sub-processos e as atividades que compõem a abordagem de migração. O processo foi elaborado com base nos requisitos apresentados no item 3, sendo que a aderência aos requisitos é validada na seção 5 desse trabalho. A aplicação do método pode ser em um serviço individual, ou em um conjunto de serviços, e além dos serviços, a abordagem pode ser aplicada em um componente que encapsula funcionalidades que devem ser expostas como serviço.

O processo de migração demonstrado na figura 1foi definido com sete sub-processos, dos quais seis foram baseados nos passos demonstrados pelo estudo conduzido por Levcovitz et al. (2016), adicionado somente a validação final, que foi incluída com base nas experiências de Dragoni et al. (2017), em que os autores relataram que a inclusão de atividades de validação evitou a criação de serviços não condizentes com os princípios da arquitetura de microsserviços.

Figura 1 – Processo da abordagem de migração arquitetural

1. Verificação dos serviços candidatos

A verificação de serviços candidatos é o primeiro sub-processo, definido conforme a Figura 2, ele foi incluído com base nos estudos de Fowler (2016) e Newman (2015), quando os autores introduzem a questão de quem nem todo serviço deve ser migrado para arquitetura de microsserviços. Nesses mesmos estudos foram identificadas três perspectivas de avaliação, sendo elas refletidas nas atividades desse sub-processo.

Figura 2 – Sub-processo de verificação dos serviços candidatos

1. Análise de dependência do serviço candidato

O segundo sub-processo da abordagem é a análise de dependência do serviço candidato. Segundo Balalaie et al. (2016) os serviços possuem dois tipos de dependências, como consumidores ou como servidores. Na mesma perspectiva, Gouigoux et al. (2017) relatou a necessidade de compreender as dependências dos serviços antes de realizar alterações no modelo de serviço. Dragoni et al. (2017) incluem a necessidade de mapeamento das dependências a fim de manter as integrações após uma mudança de arquitetura de algum dos serviços já existentes.

Figura 3 – Sub-processo de análise de dependência do serviço candidato

1. Decomposição do serviço candidato

O sub-processo de decomposição, Figura 4, foi definido com base em Newman (2015), Fowler (2016) e Richards (2015), que descrevem que um serviço ou componente de sistema pode ser decomposto sob a perspectiva funcional, condizendo com o modelo de domínios e sob a perspectiva de granularidade das operações existentes. Além dessas perspectivas, Lee et al. (2010) indica a perspectiva técnica, desacoplando bibliotecas e códigos-fontes de outros sistemas.

Figura 4 – Sub-processo de decomposição do serviço candidato

1. Análise de dependência do serviço destino

O sub-processo de análise de dependências do serviço destino, Figura 5, foi incluída na abordagem conforme aponta Dragoni et al. (2017). Os autores descrevem que durante a experiência de migração, os novos serviços não poderiam interromper o funcionamento dos sistemas e serviços não migrados.

Figura 5 – Sub-processo de análise de dependência do serviço destino

1. Modelagem arquitetural do serviço destino

O objetivo do sub-processo de modelagem arquitetural, Figura 6, é construir um diagrama que suporte o processo de implementação dos novos serviços. Salhofer et al. (2012) propõe que os módulos sejam definidos por funcionalidade, portanto, cada operação teria por definição uma estrutura individual para processamento.

Figura 6 - Sub-processo de modelagem arquitetural do serviço destino

1. Modelagem técnica do serviço destino

A perspectiva de modelagem técnica dos microsserviços é abordada por Wilde et al. (2016) devido a necessidade de simplificação das implementações, mantendo os princípios de baixo acoplamento e individualidade dos microsserviços. Dessa forma, foi determinado um sub-processo especifico para isso (Figura 7), do qual as atividades são baseadas nas proposições de Brown (2016), portanto, é modelado os métodos de integração, seguido dos protocolos de exposição dos microsserviços. Adicionalmente, a atividade de definição do tipo de implementação foi tida como ponto crucial para Dragoni et al. (2016) e Merino (2015), e por isso foi incluída a atividade de definição dos padrões de implementação.

Figura 7 – Sub-processo de modelagem técnica do serviço destino

1. vii.Validação do serviço destino

Por fim, o último passo do processo é a validação dos serviços, que no caso é restrita aos princípios arquiteturais, levando em consideração os modelos SOAMMI descrito por Zimmerman et al. (2012) e Bogner et al. (2016). As atividades não têm o objetivo de determinar níveis de maturidade, mas apenas abstrair alguns pontos de validação garantindo a aderência do serviço destino com às definições dos microsserviços gerados.

Figura 8 – Sub-processo de validação do serviço destino

1. Aplicação prática

Nessa seção é descrita a experiência de aplicação da abordagem em um estudo de caso fictício. São exploradas as atividades realizadas, bem como a descrição dos materiais gerados durante a aplicação. Ao final, é abordada a questão de aplicação do método em cenários complexos e a validação da abordagem com base nos requisitos.

A proposta de migração de serviços para microsserviços foi aplicada em um cenário de serviços desenvolvidos sob a perspectiva SOA. O intuito era verificar esses serviços e aplicar a abordagem para migrar para microsserviços. Ao final, foi observado se o processo de migração atendeu aos requisitos e se os novos microsserviços atendiam aos princípios arquiteturais. O cenário utilizado foi baseado no caso apresentado por Newman (2015), do qual se refere a uma loja de itens de música, a MusicCorp. Essa empresa é constituída por departamentos, dos quais se destacam: Estoque, loja e financeiro. Para explorar o caso, é descrito o modelo funcional, modelo dos serviços expostos e os processos de negócio dos serviços candidatos a migração.

A MusicCorp esta organizada em departamentos distintos, sendo eles autônomos na perspectiva de negócio. Os três departamentos são destacados na Figura 9.

Figura 9 – Organização funcional e de módulos

A aplicação prática foi executada em um dos serviços do caso demonstrado. O serviço alvo esta detalhado na Tabela 1. Nós próximos itens será demonstrado o resultado da execução de cada um dos passos do processo de migração.

Tabela 1 – Detalhamento do serviço 

1. Verificação dos serviços candidatos

A verificação foi executada com o auxilio de uma tabela gerada por essa pesquisa a fim de determinar a viabilidade de migração.

Tabela 2 – Verificação dos serviços candidatos

1. Análise de dependência do serviço candidato

Na análise de dependência do serviço candidato foi verificada a dependência entre os módulos internos do serviço de estoque, demonstrado na Tabela 3.

Tabela 3 – Análise de dependência do serviço candidato

1. Decomposição do serviço candidato / Análise de dependência do serviço destino

A decomposição do serviço candidato foi realizada conforme a análise de domínios, gerando novos três domínios e para cada um deles um serviço independente, desacoplando as funcionalidades. Além disso, aproveitou-se a mesma atividade para realizar o mapeamento das dependências dos novos serviços.

Tabela 4 – Decomposição de domínios

Tabela 5 – Decomposição de serviços por domínio

1. Modelagem arquitetural do serviço destino

Os novos serviços foram modelados utilizando os princípios da arquitetura de microsserviços, portanto todos eles foram estabelecidos com uma camada de exposição, outra de processamento e por fim a sua base de dados própria, não havendo compartilhamento com os demais componentes da arquitetura. A Figura 10 exemplifica em um modelo abstrato essa modelagem, sendo esse modelo replicado para cada um dos serviços destino.

Figura 10 – Modelo lógico generalizado de microsserviços

1. Modelagem técnica do serviço destino

Com base no principio arquitetural dos microsserviços, foi definida para essa arquitetura uma fila de eventos, sendo que através dela os componentes poderiam realizar integrações coreografadas. Na Figura 11 é possível ver a integração entre três componentes envolvidos no momento da geração da ordem de retirada. Inicialmente a ordem de retirada é criada por operações, esse evento é publicado, em seguida, o armazém realiza a consulta de estoque e reserva o item. Após a reserva o componente de produtos pode ler tal evento, iniciando sem interferência externa, uma operação de inclusão de produtos com o objetivo de repor o item no estoque da MusicCorp.

Figura 11 – Arquitetura técnica dos serviços destino

1. Validação do serviço destino

A ultima etapa da abordagem é a validação dos serviços destino, sendo considerados prontos para desenvolvimento caso esses sejam considerados validos. Para tanto, os serviços foram validados sob as seguintes perspectivas: granularidade, autonomia, taxonomia, interoperabilidade e integração. A validação dos serviços foi feita com uma análise granular, levando em consideração as suas operações. A Tabela 21 é a consolidação das validações em cada uma das perspectivas.

Tabela 6 – Validação do serviço destino

1. Validação da abordagem proposta

Requisito 1 - O serviço destino deve corresponder somente a um único domínio funcional: No processo o requisito é atendido inicialmente pela verificação do serviço candidato. Esse sub-processo resulta na identificação dos domínios funcionais do serviço, e é possível verificar se ele é exclusivo a um único domínio funcional.

Requisito 2 - As interfaces dos serviços destinos devem ter coesão de nomes e tipos de dados com a arquitetura corrente e futura: Em geral, o processo proposto leva em consideração os modelos de dados e a arquitetura existente. Nos primeiros passos a interface é mapeada, tanto correlação as estruturas de nomes e tipos como também nas dependências relacionadas ao serviço candidato.

Requisito 3 - Os componentes internos do serviço destino devem corresponder exclusivamente às funções da interface exposta: Após as atividades de decomposição, a modelagem do serviço destino inicia com os aspectos de interface e integração e, posteriormente, é aplicada a modelagem dos componentes internos. Essa organização das tarefas permitiu que no caso a modelagem de componentes fosse direcionada pelas definições obtidas na modelagem das interfaces, evitando que os componentes tivessem abstrações de outros sistemas em suas estruturas internas.

Requisito 4 - Os protocolos de aplicação das interfaces do serviço destino devem prover interoperabilidade com os demais serviços existentes: Para que seja possível manter a interoperabilidade dos serviços existentes com o serviço destino foram estabelecidas três atividades. Inicialmente há a verificação das dependências e transações, posteriormente a atividade de modelagem e definição das novas integrações com o serviço destino e por fim, como garantia, a validação da interoperabilidade com base naquilo que foi modelado.

Requisito 5 - Os serviços candidatos devem ter suas dependências e dependentes definidos: Na abordagem proposta, os serviços candidatos têm as suas dependências mapeadas antes das atividades de decomposição, isso porque o material gerado apoia na decomposição e na definição das integrações dos serviços destinos.

Requisito 6 - O nível de granularidade fino do serviço destino deve respeitar o princípio arquitetural dos microsserviços: O nível de granularidade é um dos pontos de decomposição da abordagem proposta. A inclusão dessa atividade ocorreu durante a aplicação do caso, tendo em vista que o serviço pode estar conceitualmente correto no domínio funcional, no entanto, esse precisa ser decomposto de forma qual a quantidade de funções seja menor, tornando-o mais especializado.

Requisito 7: O serviço destino deve ter definido seus padrões de transações por operação exposta: Os padrões de transação e interface são mapeados e definidos sob duas perspectivas, primeiramente conceitual, definido como síncrono ou assíncrono, e posteriormente no aspecto técnico, com a definição do protocolo de implementação da interface.

Requisito 8 - O serviço destino deve ser integrado pelos demais serviços por coreografia ou orquestração: Assim como descrito no item anterior, ao definir as integrações e os tipos de transação envolvidos, o método de integração também é definido. No estudo de caso há o exemplo da ordem de retirada, gerada de forma assíncrona pelo evento de geração de uma nota de venda. 

Requisito 9 - A arquitetura física do serviço destino deve corresponder ao seu modelo lógico: Para esse caso foi verificado que o diagrama de componentes gerado durante a aplicação da abordagem deve corresponder ao modelo autônomo dos microsserviços, por isso, o desenho deve contemplar a segregação de bases de dados, e divisão dos componentes por containers especializados.

Requisito 10: Validações arquiteturais durante o processo de migração: As perspectivas arquiteturais SOA e microsserviços são verificadas desde o inicio da aplicação da abordagem. Essas atividades marcam a transição entre os sub-processos, do qual o arquiteto é munido de materiais que apoiam na decisão de continuidade ou não da migração.

Durante a aplicação da abordagem foram verificados alguns pontos de ajustes. Dentre esses pontos, destaca-se o mapeamento de dependências após a geração do serviço destino. Por fim, o produto gerado pela abordagem foi considerado satisfatório, pois os novos microsserviços atenderam os princípios arquiteturais, contando inclusive com a documentação deles. Alguns alguns requisitos foram considerados parcialmente cobertos pela abordagem, pois durante o caso não foi possível determinar se a abordagem garantia a cobertura total do requisito, no entanto, em geral a abordagem foi efetiva para o cenário apresentado.

1. Considerações Finais

Levando em consideração os estudos acadêmicos, lições aprendidas das aplicações práticas e os princípios arquiteturais, definiu-se os requisitos de migração arquitetural. A existência de pontos de validação era um dos requisitos, dado que alguns relatos de experiência citaram que a falta dele resultou em produtos não aderentes aos princípios arquiteturais de microsserviços. Por isso, o produto é validado na perspectiva funcional, granularidade, modelo de componentes e até mesmo pelo seu método de implementação.

Os requisitos arquiteturais foram atendidos, senão totalmente, parcialmente pela abordagem proposta. Por isso, entende-se que a abordagem se mostrou eficaz para obter um serviço destino aderente aos princípios da arquitetura de microsserviços.

Uma das principais vantagens observadas é que a abordagem baseada em serviços individuais permitiu ampliar o seu contexto de aplicação, pois ao estabelecer a convivência entre as arquiteturas SOA e microsserviços, não é preciso estabelecer uma estratégia de migração de todos os serviços existentes.

Conforme citado anteriormente, o trabalho se limitou na proposição de uma abordagem de migração de serviços em contextos individuais. Dessa forma, o processo de migração foi descrito com base nas experiências e técnicas existentes, do qual não se pretendeu definir o processo como um meta-modelo para a realização da migração.

O exemplo utilizado na seção prática também é considerado como uma limitação devido a simplicidade do cenário, podendo o resultado variar em um cenário mais complexo. Sobre as verificações iniciais, a abordagem explora os motivadores identificados na revisão bibliográfica para migrar serviços para microsserviços.

Contudo, não foi possível durante a pesquisa explorar a questão de implementação dos serviços. Por fim, as validações e verificações são somente para as análises relacionadas a abordagem, por isso, não se pode tomar tais atividades como base para determinação de níveis de qualidade ou maturidade da arquitetura existente.

Como evolução dessa pesquisa, sugere-se quatro linhas de evolução. Primeiramente na perspectiva da melhoria do processo, realizando melhorias e evoluções das atividades a partir da aplicação da abordagem em um ambiente mais complexo. Outra linha é na evolução do processo com base em experimentos de aplicação. A terceira linha de evolução é referente a elaboração de uma abordagem especifica para descobrir serviços que possam ser migrados para microsserviços. Por fim, como ultima linha de evolução, sugere-se estabelecer uma relação direta entre as atividades de validação com os modelos de maturidade de arquiteturas de serviço, o que inclusive auxiliará na definição de um modelo de maturidade para os novos microsserviços gerados pela abordagem.

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