Skalowalność aplikacji – zabezpiecz swoją aplikację na przyszłość, aby osiągnąć długoterminowy sukces

Wyobraź sobie, że budujesz aplikację fintech lub eCommerce po dokładnym przestudiowaniu wymagań użytkowników, dodaniu funkcji spełniających ich oczekiwania i umieszczeniu całego doświadczenia w wciągającym projekcie. Opublikuj ciężką pracę i promocję, jaką włożyłeś w sukces aplikacji, a następnie wypuścisz ją na rynek.

Wkrótce okazuje się, że po początkowym szczycie liczby pobrań aplikacji, liczba ta zaczęła spadać w widocznym (nieco nienormalnym) tempie. Po zaangażowaniu zespołu testującego oprogramowanie do pracy pojawia się powód – skalowalność aplikacji, która prowadzi do problemów z wydajnością aplikacji.

Nie da się wystarczająco podkreślić korzyści płynących z tworzenia skalowalnych aplikacji. Wiadomo, że aplikacja – internetowa lub mobilna – zbudowana z myślą o skalowalności, pomaga firmom:

• Ekosystem gotowy na zmiany
• Pozytywne wrażenia użytkownika
• Oszczędności kosztów wynikające z optymalizacji zasobów
• Zwiększone prawdopodobieństwo wysokiego ROI

Aby osiągnąć ten cel i wiele innych korzyści, niezwykle ważne jest zbudowanie aplikacji tak, aby była skalowalna.

W tym artykule przyjrzymy się różnym aspektom skalowalności w tworzeniu aplikacji, mając na celu pomóc Twojej aplikacji stać się przyszłościową.

Ale przede wszystkim.

Kiedy powinieneś zacząć martwić się o skalowalność aplikacji?

Skalowalność w tworzeniu aplikacji mobilnych polega na stworzeniu możliwości zarządzania większym obciążeniem pracą lub wymaganiami użytkowników, takimi jak duży ruch, większe miejsce na dane lub większe wymagania obliczeniowe, bez żadnego kompromisu w zakresie wydajności aplikacji.

Ale jakie znaki ostrzegawcze wskazują, że czas zacząć działać?

• Problemy z wydajnością rosną. Długie czasy ładowania, ciągłe przekroczenia limitu czasu lub częste błędy systemu wskazują, że aplikacja zmaga się z dużym obciążeniem.
• Twoje zasoby regularnie pracują z maksymalną wydajnością. Infrastruktura działająca na granicy swoich możliwości (na przykład przy maksymalnym obciążeniu procesora, pamięci, pamięci masowej lub sieci) może powodować częste przestoje i spadek wydajności.
• Masz duże szczyty ruchu i opóźnienia w sieci. Duże opóźnienia przy większym obciążeniu użytkowników mogą oznaczać, że aplikacja mobilna lub internetowa przekroczyła możliwości swojej infrastruktury, powodując pogorszenie jakości usług.
• Skalujesz swój biznes. Jeśli planujesz wprowadzenie funkcji lub wejście na nowsze rynki, skalowanie aplikacji staje się niezbędne, aby sprostać rosnącym wymaganiom i wesprzeć skalę rozwoju biznesu.

Jakie masz opcje skalowania aplikacji?

Teraz, gdy już zdecydowałeś, że nadszedł czas na skalowanie, przyjrzyjmy się opcjom, przez które będziesz musiał przejść.

1. Skalowanie pionowe

Chodzi o to, aby Twoja aplikacja miała większe możliwości architektoniczne. W tym przypadku zwiększysz pojemność swojego serwera, zwiększając moc procesora, pamięć masową lub pamięć. Jest idealny do małych aplikacji, ponieważ wiąże się z ograniczeniami w zakresie nieskończonych aktualizacji sprzętu.

2. Skalowanie poziome

Twoja aplikacja ma szereg funkcji, w których współdzielą zasoby i obciążenie operacyjne. Jest to jeden z popularnych typów skalowalności aplikacji, w przypadku którego trzeba dodać serwery lub instancje w aplikacji, rozpowszechniając obejście operacyjne. Uważa się, że jest to najlepsze rozwiązanie w przypadku dużych aplikacji, z których korzysta duża liczba użytkowników, i trzeba zapewnić płynne działanie.

3. Mikrousługi

Wyobraź sobie swoją aplikację jako łamigłówkę, w której każdy element układanki działa jako osobna usługa. Skalowanie aplikacji mobilnych poprzez mikroserwisy polega na podzieleniu aplikacji na części, które można skalować w zależności od potrzebnej części.

4. Bezserwerowy

Wyobraź sobie scenariusz, w którym w ogóle nie musisz się martwić o utrzymanie aplikacji. Oprogramowanie działa wtedy, gdy tego potrzebujesz. Na tym właśnie polega bezserwerowy model budowania skalowalnej aplikacji webowej. Bezpośrednio obsługuje skalowanie Twojej aplikacji. Jest uważany za ekonomiczny i idealny do nieprzewidywalnych obciążeń.

Chociaż wybór pomiędzy różnymi rodzajami skalowalności aplikacji pozostawiamy Tobie w zależności od celów Twojej aplikacji, sposoby podejścia do działania są mniej więcej takie same.

Oto różne sposoby i wskazówki, które możesz zastosować przy tworzeniu skalowalnych aplikacji, podzielonych na kategorie internetowe i mobilne.

Wskazówki dotyczące tworzenia skalowalnej aplikacji mobilnej

Skalowalność w tworzeniu aplikacji można wprowadzić za pomocą szeregu podejść. Oto kilka z tych, które obserwujemy.

1. Skaluj przechowywanie danych

Jednym z najtrudniejszych aspektów skalowalności w tworzeniu aplikacji jest baza danych. Podstawowe wyzwanie można zrozumieć, przyglądając się podejściu WPR:

• Spójność – przy każdym odczycie pojawia się najnowszy zapis lub błąd.
• Dostępność – każde żądanie otrzymuje odpowiedź (nie zawierającą błędów), bez pewności, że będzie miało najnowszy zapis.
• Tolerancja partycji – system działa pomimo odrzucania (lub opóźniania) dowolnej liczby wiadomości przez sieć znajdującą się pomiędzy węzłami.

Dla systemu baz danych możesz wybrać tylko dwa z trzech powyższych punktów. Na przykład, jeśli cenisz spójność i dostępność, rezygnujesz z tolerancji partycji. W rezultacie system bazy danych utworzy instancję z jednym węzłem (potencjalnie z rezerwami rezerwowymi/dublami tylko do odczytu).

Przed przystąpieniem do pracy na sprzęcie należy rozważyć optymalizację oprogramowania. Zwykle zapytania do bazy danych i operacje zapisu można łatwo zoptymalizować. To nie tylko pozwala zaoszczędzić pieniądze na niezbędnym sprzęcie, ale także umożliwia aplikacji zarządzanie większą liczbą użytkowników. Na koniec zalecamy dodanie efektywnej warstwy pamięci podręcznej, aby osiągnąć więcej przy mniejszych zasobach.

2. Skaluj przechowywanie plików

Podobnie jak w przypadku przechowywania danych, należy również zaplanować rozproszone przechowywanie plików. Korzystanie z sieciowej pamięci masowej (NAS) lub sieci pamięci masowej (SAN) może okazać się pomocne w przypadku systemów lokalnych, ale można także korzystać z usług w chmurze.

Dostawcy usług w chmurze oferują dedykowane usługi zarządzania plikami, w tym buforowanie, dystrybucję geograficzną, kontrole, fragmentację i inne, umożliwiają także konfigurowanie zasad dostępu do plików.

Należy tu pamiętać, że koszty chmury mogą zbyt szybko stać się zbyt wysokie, szczególnie w przypadku tworzenia aplikacji mobilnych na dużą skalę, dlatego należy wcześniej obliczyć oczekiwaną przepustowość, aby uniknąć niespodzianek.

3. Optymalizuj pod kątem ruchu

Nawet jeśli magazyn plików i danych został rozproszony i łatwy do skalowania, aplikacja może nie działać w pełni. Może się to zdarzyć, ponieważ pojedynczy punkt wejścia tworzy wąskie gardło. Planując skalowalność w tworzeniu aplikacji mobilnych, można sobie z tym poradzić na dwa sposoby.

Rotacja DNS eliminuje sytuację, w której tylko jeden adres IP odbiera wszystkie żądania kierowane do domeny.

Inną techniką jest równoważenie obciążenia, takie jak wbudowany moduł równoważenia obciążenia Kubernetes, służący do przekierowywania ruchu do wielu uruchomionych zdarzeń. W tym przypadku również pomocne jest partnerstwo z dostawcami usług w chmurze. Mają usługi korzystające z modułów równoważenia obciążenia. Na przykład w AWS możesz użyć Amazon Elastic Load Balancer do podziału całego ruchu przychodzącego.

4. Przygotuj się na nowsze rynki

Przygotowując się do skalowalności w tworzeniu aplikacji mobilnych, aby wynieść ją poza obecny rynek, skup się na lokalizacji, w tym obsłudze językowej za pomocą Unicode, elementach kulturowych i kwestiach prawnych. Skuteczne podejście do skalowania rynku wymagałoby również przeprowadzenia badań rynku lokalnego, zgodnie z lokalnymi przepisami, takimi jak RODO.

Ponadto, aby mieć pewność, że zawartość statyczna zostanie szybko dostarczona użytkownikom, niezależnie od lokalizacji, skorzystaj z usług CDN. Może to również pomóc w zmniejszeniu opóźnień i poprawie komfortu użytkowania.

5. Skaluj dzięki efektywnemu zarządzaniu danymi

Głównym celem tworzenia skalowalnych aplikacji jest zarządzanie rosnącą bazą użytkowników i dużą ilością danych, które się z tym wiążą. Możesz sobie z tym poradzić, wdrażając skalowalne rozwiązania bazodanowe, takie jak MongoDB lub Cassandra, które rosną wraz z Twoją aplikacją i skutecznie radzą sobie z dużymi zbiorami danych.

Możesz także zastosować metody optymalizacji baz danych, takie jak indeksowanie, fragmentowanie danych itp., aby zapewnić szybki dostęp do zbiorów danych i utrzymanie wydajności aplikacji.

6. Plan skalowalności infrastruktury

Infrastruktura musi obsługiwać wzrost bez spadku wydajności. W tym miejscu warto skorzystać z rozwiązań opartych na chmurze, takich jak Google Cloud Compute Engine czy AWS Elastic Compute Cloud (EC2) – zapewniają one skalowalność na żądanie w celu zarządzania rosnącym obciążeniem.

Ponadto na tym etapie skalowania aplikacji mobilnych można wdrożyć techniki takie jak orkiestracja za pomocą Kubernetes i konteneryzacja za pomocą Dockera, co przełoży się na płynne skalowanie usług i efektywne wykorzystanie zasobów.

7. Poznaj swoją bazę użytkowników

Ostatnim krytycznym czynnikiem, na który należy zwrócić uwagę podczas skalowania aplikacji mobilnych, jest dogłębne zrozumienie bazy użytkowników – wzorców korzystania z aplikacji, godzin szczytu, ulubionych/często używanych funkcji i wyzwań, jakie przed nimi stoją. Zbierz ten zestaw informacji za pomocą ankiet, narzędzi analitycznych i opinii.

Te skupione na użytkowniku punkty danych pomogłyby w informowaniu, które funkcje powinny być traktowane priorytetowo podczas skalowania aplikacji mobilnych i zapewniały, że oprogramowanie jest dostosowane do zmieniających się wymagań użytkowników.

Wskazówki dotyczące tworzenia skalowalnej aplikacji internetowej

Na skalowalność aplikacji internetowych wpływa szereg czynników –

• Projektowanie i architektura
• Zasoby i infrastruktura
• Wzorce ruchu i zachowania użytkowników
• Interfejsy API i inne usługi stron trzecich
• Efektywność i optymalizacja kodu.

Aby zapewnić sobie idealny efekt, należy zastosować się do szeregu wskazówek.

1. Wybierz najlepszy sprzęt

Wybór sprzętu stanowi podstawę aplikacji internetowej. Firmy muszą dysponować zasobami, które będą w stanie zapewnić rozbudowę usług rozproszonych baz danych przez pewien okres czasu.

Wybrany sprzęt powinien mieć jasne wskazania kluczowych wskaźników, takich jak procent wykorzystania pamięci i procesora – zestaw informacji, który pomoże określić potrzebę skalowalności na każdym etapie.

2. Wybierz architekturę mikrousług

Aplikacje monolityczne są zwykle ściśle powiązane i zawierają dużą bazę kodu, która może być złożona. Architektura ogranicza również skalowanie pojedynczych komponentów w razie potrzeby, bez wpływu na całą aplikację. Co więcej, skalowanie aplikacji zbudowanych w oparciu o architekturę monolityczną może być kosztowną sprawą.

Zastosowanie architektury mikrousług umożliwia skalowanie tylko niezbędnych elementów sieciowych poprzez podzielenie bazy kodu aplikacji na niezależne moduły w celu dopasowania do wymagań obciążenia.

[Przeczytaj także: Mikrousługi bezserwerowe czy mikrousługi – jaką architekturę powinny wybrać firmy?]

3. Wprowadź buforowanie w systemie

Aplikacje internetowe zawierające duże ilości danych mają tendencję do ograniczania wydajności. Rozwiązaniem tego może być buforowanie. Pamięć podręczna przechowuje dane przez krótki okres, dzięki czemu wszystkie przyszłe żądania dotyczące danych mogą być szybciej obsługiwane przez klienta, eliminując konieczność łączenia się i wysyłania zapytań do bazy danych, gdy klient o coś poprosi. Jest to również skuteczne podczas skalowania aplikacji internetowych intensywnie korzystających z odczytu, ponieważ skraca całkowity czas wykonywania zapytań i zapewnia szybszy dostęp do danych.

Wybierając strategię buforowania, niezwykle ważne jest, aby upewnić się, że jest ona zgodna z naturą danych. Na przykład, jeśli dane często się zmieniają, strategia powinna być spójna z aktualizacjami baz danych, np. przy użyciu sieci dostarczania treści (CDN) dla zasobów statycznych, takich jak obrazy i kod HTML.

4. Użyj modułów równoważących obciążenie

Inną strategią skalowania aplikacji internetowych może być wdrożenie modułów równoważenia obciążenia. Podejście to optymalizuje dystrybucję ruchu poprzez strategiczne kierowanie przychodzących żądań do wielu serwerów w celu szybkiego przetwarzania.

5. Wybierz odpowiednią bazę danych

Baza danych jest integralną częścią każdego procesu skalowalności aplikacji internetowej. Wybór i definicja „prawidłowej bazy danych” zależy całkowicie od rodzaju danych, jakie firma musi zapisywać i przechowywać.

Dla porównania, w Appinventiv, gdy pracujemy na danych relacyjnych, sugerujemy wybór Microsoft SQL, MySQL lub PostgreSQL, natomiast w przypadku wykorzystania danych nieustrukturyzowanych sugestie wyglądają jak bazy danych NoSQL, takie jak MariaDB lub MongoDB.

[Przeczytaj także: MongoDB vs MySQL: która baza danych jest lepsza dla Twojej firmy]

6. Przyjmij podejście oparte na API

Strategia sprawia, że ​​interfejsy API stanowią modułową i dyskretną część tworzenia aplikacji internetowych. Gwarantuje pełny dostęp do funkcji aplikacji poprzez API. Proces ten ułatwia także skalowanie aplikacji internetowych, ponieważ aplikacje zbudowane z małych, zdezagregowanych części mogą efektywnie skalować, pracując tylko na potrzebnych częściach.

Bramy API zwykle służą jako pojedynczy punkt wejścia w aplikacji internetowej. Łączy różne żądania przychodzące od użytkownika, a następnie kieruje je do właściwych punktów końcowych. Brama następnie łączy dane wyjściowe pochodzące z wielu żądań przed wysłaniem ich do użytkownika końcowego, zmniejszając w ten sposób liczbę interakcji między aplikacjami internetowymi a użytkownikiem.

7. Zbuduj wielowarstwową architekturę oprogramowania

W tej architekturze aplikacja internetowa jest podzielona na kilka warstw, takich jak serwer aplikacji, serwer WWW i serwer bazy danych. Następnie każdy z poziomów działa indywidualnie na wielu sprzęcie i serwerach, co ułatwia proces tworzenia skalowalnej aplikacji internetowej.

Dzięki podejściu opartemu na oprogramowaniu wielowarstwowym można także modyfikować konfigurację serwera lub sprzętu dla każdej warstwy bez wpływu na wydajność pozostałych warstw. Okazuje się to również opłacalnym rozwiązaniem, ponieważ zmiany są wprowadzane tylko na dotkniętym poziomie.

Z jakimi wyzwaniami można się spotkać budując skalowalne aplikacje? Jakie są proponowane rozwiązania?

Oto niektóre wyzwania, które możesz napotkać podczas planowania skalowalności w tworzeniu aplikacji mobilnych i sposoby ich rozwiązywania.

Nieskalowalność obecnej architektury

Aplikacje zbudowane w oparciu o źle zaprojektowaną lub monolityczną architekturę zależą od starszych technologii i ścisłego powiązania komponentów, co może okazać się trudne we wdrażaniu skalowalności w tworzeniu aplikacji mobilnych bez ogromnych wysiłków związanych z przeróbkami.

Rozwiązaniem, które tutaj stosujemy, jest migracja oprogramowania do mikroserwisów lub architektury zorientowanej na usługi, która umożliwia łatwe wdrażanie, skalowanie i zarządzanie niezależnymi komponentami aplikacji.

Niespójność danych

W miarę jak aplikacja przetwarza więcej danych, zapewnienie spójności staje się coraz trudniejsze w przypadku skalowalnych aplikacji. Jest to szczególnie prawdziwe w przypadku systemów rozproszonych, w których różne wersje tych samych informacji mogą być przechowywane na różnych serwerach. Powoduje to nieaktualne informacje i sprzeczne wartości.

Aby temu zaradzić, wdrażamy wydajne podejścia do synchronizacji danych. Korzystanie z najlepszych architektur baz danych, integracja protokołów rozproszonego konsensusu i stosowanie metod rozwiązywania konfliktów to tylko niektóre ze sposobów, w jakie gwarantujemy spójność danych w każdym komponencie aplikacji.

Ograniczenia zasobów

Ograniczenia dotyczące pamięci, mocy obliczeniowej, pamięci masowej lub przepustowości sieci zwykle wpływają na skalowalność aplikacji internetowych. Na przykład mniej zasobów może prowadzić do pogorszenia wydajności aplikacji w godzinach szczytu.

Aby tego uniknąć, na bieżąco monitorujemy wykorzystanie zasobów i optymalizujemy je w zależności od zapotrzebowania. Dodatkowo sugerujemy inwestycję w dobrze zaopatrzoną i skalowalną infrastrukturę chmurową, która zapewnia większą elastyczność w zakresie alokacji zasobów.

Luki w zabezpieczeniach

W procesie skalowania aplikacji internetowych i rozwiązań mobilnych system może być narażony na ataki i naruszenia bezpieczeństwa. W miarę rozrastania się oprogramowania hakerzy mogą wykorzystać problemy w kodzie aplikacji, procesie przetwarzania danych i infrastrukturze.

Aby temu zapobiec, stosujemy różne podejścia –

• Bezpieczne praktyki kodowania
• Regularne – zaplanowane i spontaniczne – oceny bezpieczeństwa
• Rygorystyczne testy penetracyjne
• Silne mechanizmy autoryzacji i uwierzytelniania
• Upewnij się, że każdy interfejs API i oprogramowanie innych firm są aktualizowane pod kątem znanych luk

Te kroki pomagają chronić aplikację i użytkowników przed potencjalnymi zagrożeniami cybernetycznymi.

Wysoki koszt skalowalności aplikacji

Przyjęcie jednej lub innej metody skalowania aplikacji może nieuchronnie zwiększyć wydatki na licencje i subskrypcje. Jednak ilość ignorowanych skalowalności w tworzeniu aplikacji jest znacznie większa, ponieważ ryzykujesz nadmierną alokacją zasobów i dodatkowymi niepotrzebnymi wydatkami i wyzwaniami dotyczącymi wydajności.

Aby efektywnie radzić sobie z kosztami, należy dokładnie zaplanować skalowanie w oparciu o rzeczywiste trendy użytkowania i zmodyfikować je w celu zrównoważenia kosztów i wydajności.

Skuteczne usunięcie tych przeszkód związanych ze skalowalnością wymaga wszechstronnej wiedzy na temat wymagań i architektury aplikacji, proaktywnego planowania i ciągłego monitorowania w miarę rozwoju aplikacji. W tym miejscu współpraca z zaufaną firmą zajmującą się tworzeniem oprogramowania, taką jak Appinventiv, z udokumentowanym doświadczeniem w tworzeniu aplikacji mobilnych na dużą skalę, może mieć ogromne znaczenie.

Oto przykład tego, jak pomogliśmy skalować aplikację Fintech.

Kanadyjski startup Fintech skontaktował się z nami w sprawie usług tworzenia aplikacji internetowych i mobilnych. Celem krótkoterminowym było dla nich pozyskanie funduszy od inwestorów, dla których chcieli zacząć od MVP, który następnie byłby skalowany w oparciu o testowanie hipotez.

Aby to osiągnąć, zbudowaliśmy skalowalną i silną architekturę, która jest w stanie obsłużyć ogromne obciążenia ruchem. Nasz zespół programistów zbudował MVP w krótkim czasie dwóch tygodni, korzystając z Storybook i React Native. Kiedy aplikacja zaczęła cieszyć się dużym zainteresowaniem i popytem, ​​przenieśliśmy cały backend do React, umożliwiając łatwe udostępnianie kodu pomiędzy witryną a aplikacją mobilną.

Obecnie aplikację pobrano ponad 1 milion i nie ma żadnych oznak problemów z wydajnością.

Często zadawane pytania

P. Czym jest skalowalność aplikacji?

O. Skalowalność aplikacji definiuje zdolność aplikacji do zarządzania zwiększonym obciążeniem pracą lub wymaganiami użytkowników bez uszczerbku dla wydajności i niezawodności.

P. Po co tworzyć skalowalną aplikację?

O. Tworzenie skalowalnych aplikacji jest kluczowe z wielu powodów:

• Radź sobie z nagłym wzrostem
• Utrzymuj wydajność
• Efektywność kosztowa
• Przyszłościowe zabezpieczenie biznesu
• Przewaga konkurencyjna

P. Jak skalować aplikację?

O. Proces skalowania aplikacji różni się na platformach mobilnych i internetowych. Skalując aplikacje internetowe, możesz rozważyć architekturę mikrousług, wykorzystanie pamięci podręcznych, wybór odpowiedniej bazy danych i przyjęcie podejścia opartego na API. W przypadku aplikacji mobilnych możesz zdecydować się na strategie takie jak skalowanie danych i przechowywania plików, optymalizacja pod kątem ruchu, skalowanie poprzez efektywne zarządzanie danymi i planowanie skalowalności infrastruktury.