Escalabilidade de aplicativos – Preparando seu aplicativo para o sucesso a longo prazo

Imagine construir um aplicativo fintech ou de comércio eletrônico depois de estudar os requisitos exatos dos usuários, adicionar recursos que atendam às suas expectativas e reunir toda a experiência em um design envolvente. Poste o trabalho duro e a promoção que você colocou no sucesso do aplicativo, você o lança no mercado.

Logo, você descobrirá que, após o pico inicial de downloads de aplicativos, os números começaram a diminuir a uma taxa visível (um pouco anormal). E depois de colocar sua equipe de teste de software para trabalhar, o motivo surge: a escalabilidade do aplicativo que está levando a problemas de degradação do desempenho do aplicativo.

Os benefícios da construção de aplicativos escaláveis ​​nunca podem ser suficientemente enfatizados. Um aplicativo – web ou móvel – desenvolvido com uma abordagem de escalabilidade é conhecido por ajudar os negócios com –

• Um ecossistema pronto para a mudança
• Experiência positiva do usuário
• Economia de custos liderada pela otimização de recursos
• Maior probabilidade de alto ROI

Para conseguir isso junto com muitos outros benefícios, é fundamental construir seu aplicativo para ser escalonável.

Neste artigo, examinaremos as diferentes facetas da escalabilidade no desenvolvimento de aplicativos com a intenção de ajudar seu aplicativo a se tornar preparado para o futuro.

Mas antes de mais nada.

Quando você deve começar a se preocupar com a escalabilidade do aplicativo?

A escalabilidade no desenvolvimento de aplicativos móveis consiste em criar a capacidade de gerenciar maior carga de trabalho ou demanda do usuário, como alto tráfego, maior armazenamento de dados ou requisitos de computação mais elevados, sem comprometer o desempenho do aplicativo.

Mas quais são os sinais de alerta que mostram que é hora de começar a agir?

• Os problemas de desempenho estão aumentando. Tempos de carregamento lentos, tempos limite constantes ou erros frequentes do sistema são indicações de que o aplicativo está enfrentando uma carga de trabalho pesada.
• Seus recursos estão operando regularmente em sua capacidade máxima. Uma infraestrutura operando em seus limites (por exemplo, com uso máximo de CPU, memória, armazenamento ou rede) pode causar inatividade frequente e diminuição do desempenho.
• Você tem altos picos de tráfego e latência de rede. A alta latência com grandes cargas de usuários pode significar que o aplicativo móvel ou web superou suas capacidades de infraestrutura, causando degradação do serviço.
• Você está expandindo seu negócio. Se você está planejando introduzir recursos ou entrar em mercados mais novos, o dimensionamento do aplicativo torna-se essencial para atender às demandas crescentes e apoiar a escala do crescimento dos negócios.

Quais opções você tem para dimensionar aplicativos?

Agora que você decidiu que é hora de escalar, vamos analisar as opções pelas quais você terá que passar.

1. Escala vertical

Trata-se de dar ao seu aplicativo uma maior capacidade arquitetônica. Aqui, você aumentará a capacidade do seu servidor com maior potência de CPU, armazenamento ou memória. É ideal para aplicativos de pequeno porte, pois vem com limitações em infinitas atualizações de hardware.

2. Dimensionamento horizontal

Seu aplicativo possui uma gama de recursos onde compartilham recursos e carga operacional. Este é um dos tipos populares de escalabilidade de aplicativo em que você precisa adicionar servidores ou instâncias em seu aplicativo, espalhando a solução operacional. É considerado melhor para aplicativos de grande escala com um grande número de usuários e você precisa manter as coisas funcionando sem atritos.

3. Microsserviços

Imagine seu aplicativo como um quebra-cabeça, onde cada peça do quebra-cabeça funciona como um serviço individual. Dimensionar aplicativos móveis por meio de microsserviços consiste em dividir seu aplicativo em partes, que você pode dimensionar dependendo da parte necessária.

4. Sem servidor

Imagine um cenário em que você não precise se preocupar com a manutenção do aplicativo. O software funciona quando você precisa dele. É disso que se trata um modelo sem servidor de construção de um aplicativo da web escalonável. Ele lida diretamente com o dimensionamento do seu aplicativo. É considerado econômico e perfeito para cargas de trabalho imprevisíveis.

Embora deixemos a escolha entre os diferentes tipos de escalabilidade do aplicativo para você, dependendo de quais são os objetivos do seu aplicativo, as maneiras de abordar a atividade são mais ou menos as mesmas.

Aqui estão as diferentes maneiras e dicas que você pode aplicar para construir aplicativos escalonáveis, divididos em categorias web e móvel.

Dicas para construir um aplicativo móvel escalonável

A escalabilidade no desenvolvimento de aplicativos pode ser introduzida por meio de uma série de abordagens. Aqui estão alguns dos que seguimos.

1. Dimensione o armazenamento de dados

Um dos aspectos mais difíceis da escalabilidade no desenvolvimento de aplicativos é o banco de dados. O desafio central pode ser compreendido analisando a abordagem da PAC:

• Consistência – cada leitura obtém a gravação mais recente ou um erro.
• Disponibilidade – cada solicitação recebe uma resposta (sem erro), sem garantia de que teria a gravação mais recente.
• Tolerância de partição – o sistema opera apesar de um número arbitrário de mensagens serem descartadas (ou atrasadas) pela rede entre os nós.

Você só pode escolher dois dos três pontos acima para um sistema de banco de dados. Por exemplo, se você valoriza a consistência e a disponibilidade, você abre mão da tolerância à partição. Como resultado, seu sistema de banco de dados produziria uma instância de nó único (potencialmente com substitutos/espelhos somente leitura).

Antes de trabalhar no hardware, você deve considerar a otimização do software. Normalmente, as consultas ao banco de dados e as operações de gravação podem ser facilmente otimizadas. Isso não apenas economiza dinheiro no hardware necessário, mas também permite que o aplicativo gerencie mais usuários. Por último, recomendamos adicionar uma camada de cache eficaz para conseguir mais com menos recursos.

2. Dimensione o armazenamento de arquivos

Assim como o armazenamento de dados, você também deve planejar o armazenamento distribuído de arquivos. Embora a utilização de armazenamento conectado à rede (NAS) ou uma rede de área de armazenamento (SAN) possa ser útil para os sistemas locais, você também pode usar serviços em nuvem.

Os provedores de nuvem têm serviços dedicados para gerenciamento de arquivos, incluindo cache, distribuição geográfica, verificações, fragmentação e muito mais, eles também permitem a configuração de políticas para acesso a arquivos.

Uma coisa importante a ser observada aqui é que os custos da nuvem podem se tornar muito caros muito rapidamente, especialmente quando você está criando aplicativos móveis em escala, portanto, certifique-se de calcular a largura de banda esperada com antecedência para evitar surpresas.

3. Otimize para tráfego

Mesmo que o armazenamento de arquivos e dados tenha sido distribuído e fácil de escalar, seu aplicativo pode não funcionar em sua capacidade total. Isso pode acontecer devido a um único ponto de entrada formando um gargalo. Existem duas maneiras de lidar com isso ao planejar a escalabilidade no desenvolvimento de aplicativos móveis.

A rotação de DNS elimina a situação em que apenas um IP recebe todas as solicitações enviadas ao domínio.

Outra técnica é o balanceamento de carga, como o balanceador de carga integrado do Kubernetes, para desviar o tráfego para vários eventos em execução. É também aqui que a parceria com provedores de nuvem é considerada útil. Eles têm serviços que usam balanceadores de carga. Por exemplo, na AWS, você pode usar o Amazon Elastic Load Balancer para dividir todo o tráfego de entrada.

4. Prepare-se para mercados mais novos

Quando você estiver se preparando para a escalabilidade no desenvolvimento de aplicativos móveis para levar seu aplicativo além do mercado atual, concentre-se na localização, incluindo suporte a idiomas por meio de Unicode, elementos culturais e aspectos legais. Uma abordagem de expansão de mercado bem-sucedida também envolveria a realização de pesquisas de mercado local, seguindo a conformidade com regulamentações locais como o GDPR.

Além disso, para garantir que o conteúdo estático seja entregue aos usuários rapidamente, independentemente da localização, utilize os serviços CDN. Isso também pode ajudar a diminuir a latência e melhorar a experiência do usuário.

5. Dimensione por meio de gerenciamento eficiente de dados

Ao construir aplicativos escaláveis, a intenção principal é gerenciar a crescente base de usuários e o alto volume de dados que virá com ela. Você pode lidar com isso implementando soluções de banco de dados escaláveis, como MongoDB ou Cassandra, que crescem com seu aplicativo e lidam com grandes conjuntos de dados de maneira eficaz.

Você também pode usar abordagens de otimização de banco de dados, como indexação, fragmentação de dados, etc., para garantir acesso rápido aos conjuntos de dados e manutenção do desempenho do aplicativo.

6. Planeje a escalabilidade da infraestrutura

A infraestrutura deve lidar com o crescimento menos a degradação do desempenho. É aqui que é aconselhável usar soluções baseadas em nuvem, como o Compute Engine do Google Cloud ou o AWS Elastic Compute Cloud (EC2) – eles prometem escalabilidade sob demanda para gerenciar a carga crescente.

Além disso, durante esta fase de escalonamento de aplicativos móveis, técnicas como orquestração com Kubernetes e conteinerização com Docker podem ser implementadas, o que levaria a um escalonamento suave de serviços e ao uso eficaz de recursos.

7. Conheça sua base de usuários

O último fator crítico a ser observado ao dimensionar aplicativos móveis é ter um conhecimento profundo da base de usuários – seus padrões de uso de aplicativos, horários de pico, recursos favoritos/usados ​​com frequência e desafios que eles enfrentam. Reúna esse conjunto de informações por meio de pesquisas, ferramentas analíticas e feedback.

Esses pontos de dados centrados no usuário ajudariam a informar quais recursos devem ser priorizados ao dimensionar aplicativos móveis e a garantir que o software esteja alinhado com a evolução dos requisitos dos usuários.

Dicas para construir um aplicativo Web escalonável

A escalabilidade em aplicações web é influenciada por uma série de fatores –

• Design e arquitetura
• Recursos e infraestrutura
• Padrões de tráfego e comportamento do usuário
• APIs e outros serviços de terceiros
• Eficácia e otimização do código.

As formas de garantir que isso aconteça perfeitamente exigem a aplicação de uma série de dicas.

1. Selecione o melhor hardware

A seleção de hardware define a base da aplicação web. As empresas devem contar com recursos que possam apoiar a expansão dos serviços de banco de dados distribuídos ao longo de um período de tempo.

O hardware escolhido deve ter indicações claras das principais métricas, como porcentagem de memória e utilização de CPU – um conjunto de informações que ajudaria a determinar a necessidade de escalabilidade em qualquer estágio.

2. Opte pela arquitetura de microsserviços

Os aplicativos monolíticos tendem a ser fortemente acoplados e contêm uma grande base de código que pode se tornar complexa. A arquitetura também limita o dimensionamento de componentes individuais conforme e quando necessário, sem afetar todo o aplicativo. Além disso, dimensionar aplicativos construídos em uma arquitetura monolítica pode ser caro.

O uso da arquitetura de microsserviços permite o dimensionamento apenas dos elementos da web necessários pela base de código do aplicativo, sendo dividido em módulos independentes para atender aos requisitos da carga de trabalho.

[Leia também: Microsserviços sem servidor versus microsserviços – qual arquitetura as empresas devem escolher?]

3. Introduzir cache no sistema

Aplicativos da web com muitos dados tendem a limitar o desempenho. Uma solução para isso pode ser o cache. Um cache armazena dados por um breve período para que todas as solicitações futuras feitas de dados possam ser atendidas mais rapidamente ao cliente, eliminando a dependência de conexão e consulta ao banco de dados quando o cliente solicita algo. Isso também é eficaz ao dimensionar aplicativos da Web com uso intensivo de leitura, pois reduz o tempo total de consulta e fornece acesso mais rápido aos dados.

Ao selecionar uma estratégia de cache, é fundamental garantir que ela esteja alinhada com a natureza dos dados. Por exemplo, se os dados mudam frequentemente, a estratégia deve ser consistente com as atualizações do banco de dados, como usar uma rede de entrega de conteúdo (CDN) para ativos estáticos, como imagens e HTML.

4. Use balanceadores de carga

Outra estratégia para dimensionar aplicações web pode ser implementar balanceadores de carga. A abordagem otimiza a distribuição do tráfego através do roteamento estratégico das solicitações recebidas para vários servidores para processamento rápido.

5. Selecione o banco de dados correto

O banco de dados é parte integrante de qualquer processo de escalabilidade de aplicativos da web. A escolha e definição de “banco de dados correto” depende inteiramente do tipo de dados que a empresa precisa salvar e armazenar.

Para referência, na Appinventiv quando trabalhamos com dados relacionais, sugerimos escolher Microsoft SQL, MySQL ou PostgreSQL, enquanto para o uso de dados não estruturados as sugestões parecem bancos de dados NoSQL como MariaDB ou MongoDB.

[Leia também: MongoDB vs MySQL: qual banco de dados é melhor para o seu negócio]

6. Adote uma abordagem que prioriza a API

A estratégia torna as APIs uma parte modular e discreta do desenvolvimento de aplicações web. Garante que as funções da aplicação possam ser totalmente acessadas através de uma API. O processo também facilita o dimensionamento de aplicativos da Web, uma vez que os aplicativos criados a partir de pequenas partes desagregadas podem ser dimensionados com eficiência, trabalhando apenas nas partes necessárias.

Os gateways de API tendem a servir como um ponto de entrada único na aplicação web. Ele mescla diferentes solicitações provenientes do usuário e as encaminha para seus endpoints corretos. O gateway então mescla as saídas provenientes de várias solicitações antes de enviá-las ao usuário final, reduzindo assim o número de interações entre os aplicativos da web e seu usuário.

7. Construir arquitetura de software multicamadas

Nessa arquitetura, o aplicativo web é dividido em várias camadas, como servidor de aplicativos, servidor web e servidor de banco de dados. Cada uma das camadas é executada individualmente em vários hardwares e servidores, facilitando o processo de construção de um aplicativo da Web escalonável.

Através da abordagem de software multicamadas, você também pode modificar a configuração do servidor ou do hardware para cada camada sem afetar o desempenho das outras camadas. Isto também prova ser uma solução económica, uma vez que as alterações são feitas apenas no nível afetado.

Que desafios você pode enfrentar ao construir aplicativos escalonáveis? Quais são as soluções propostas?

Aqui estão alguns desafios que você pode encontrar ao planejar a escalabilidade no desenvolvimento de aplicativos móveis e as maneiras como os resolvemos.

Inescalabilidade da arquitetura atual

Os aplicativos construídos em uma arquitetura monolítica ou mal projetada dependem de tecnologias legadas e de um forte acoplamento de componentes, o que pode ser difícil para implementar escalabilidade no desenvolvimento de aplicativos móveis sem grandes esforços de retrabalho.

A solução que seguimos aqui é migrar o software para microsserviços ou uma arquitetura orientada a serviços que permite fácil implantação, dimensionamento e gerenciamento de componentes de aplicativos independentes.

Inconsistência de dados

À medida que um aplicativo processa mais dados, garantir a consistência se torna mais desafiador para dimensionar aplicativos. Isto é especialmente verdadeiro para sistemas distribuídos, onde diferentes versões da mesma informação podem acabar sendo armazenadas em servidores diferentes. Isso resulta em informações desatualizadas e valores conflitantes.

Para gerenciar isso, implementamos abordagens eficientes de sincronização de dados. Usar as melhores arquiteturas de banco de dados, integrar protocolos de consenso distribuído e aplicar abordagens de resolução de conflitos são algumas maneiras de garantir a consistência dos dados em todos os componentes do aplicativo.

Restrições de recursos

Restrições de memória, capacidade de computação, armazenamento ou largura de banda da rede tendem a afetar a escalabilidade em aplicativos da web. Por exemplo, menos recursos podem levar à degradação do desempenho do aplicativo durante o horário de pico de uso.

Para evitar isso, monitoramos continuamente o uso de recursos e otimizamos de acordo com a demanda. Além disso, sugerimos investir em uma infraestrutura em nuvem bem provisionada e escalável, pois oferece maior flexibilidade em termos de alocação de recursos.

Vulnerabilidades de segurança

Na jornada de dimensionamento de aplicações web e soluções móveis, o sistema pode ficar exposto a ataques e violações de segurança. Com o crescimento do software, os hackers podem explorar os problemas no código do aplicativo, no processo de manipulação de dados e na infraestrutura.

Para evitar isso, seguimos diferentes abordagens –

• Práticas de codificação seguras
• Avaliações de segurança regulares – cronometradas e espontâneas
• Testes de penetração rigorosos
• Mecanismos fortes de autorização e autenticação
• Garanta que todas as APIs e softwares de terceiros estejam atualizados para vulnerabilidades conhecidas

Essas etapas ajudam a proteger seu aplicativo e os usuários contra possíveis ameaças cibernéticas.

Alto custo de escalabilidade de aplicativos

A adoção de um método único ou diferente para dimensionar aplicativos pode inevitavelmente aumentar as despesas com licenciamento e assinatura. No entanto, a quantidade de ignorar a escalabilidade no desenvolvimento de aplicativos é muito maior, pois você corre o risco de provisionar excessivamente os recursos e aumentar despesas desnecessárias e desafios de desempenho.

Para lidar com os custos de forma eficiente, você deve traçar cuidadosamente estratégias de dimensionamento com base nas tendências reais de uso e modificá-las para equilibrar a eficiência de custo e desempenho.

A retificação bem-sucedida desses obstáculos relacionados à escalabilidade exige um conhecimento abrangente sobre os requisitos e a arquitetura do aplicativo, planejamento proativo e monitoramento contínuo à medida que o aplicativo cresce. É aqui que a parceria com uma empresa confiável de desenvolvimento de software como a Appinventiv, com histórico comprovado de construção de aplicativos móveis em escala, pode fazer toda a diferença.

Aqui está um exemplo de como ajudamos a escalar uma aplicação Fintech.

Uma startup Fintech com sede no Canadá nos procurou para serviços de desenvolvimento de aplicativos móveis e web. O objetivo de curto prazo para eles era levantar fundos de investidores, para os quais queriam começar com um MVP que seria então dimensionado com base em testes de hipóteses.

Para conseguir isso, construímos uma arquitetura escalável e forte, com capacidade de lidar com grandes cargas de tráfego. Nossa equipe de desenvolvimento construiu um MVP em um cronograma apertado de duas semanas usando Storybook e React Native. Quando o aplicativo começou a receber muita atenção e demanda, fizemos a transição de todo o backend para React, permitindo fácil compartilhamento de código entre o site e o aplicativo móvel.

Hoje, o aplicativo tem mais de 1 milhão de downloads, sem sinais de problemas de desempenho.

Perguntas frequentes

P. O que é escalabilidade de aplicativos?

R. A escalabilidade do aplicativo define a capacidade de um aplicativo de gerenciar o aumento da carga de trabalho ou da demanda dos usuários sem comprometer o desempenho ou a confiabilidade.

P. Por que criar um aplicativo escalonável?

R. Construir aplicativos escalonáveis ​​é crucial por vários motivos:

• Lidar com o crescimento repentino
• Manter o desempenho
• Eficiência de custos
• À prova de futuro dos negócios
• Vantagem competitiva

P. Como dimensionar um aplicativo?

R. O processo de dimensionamento de aplicativos difere em plataformas móveis e web. Ao dimensionar aplicativos da web, você pode considerar optar por uma arquitetura de microsserviços, usar caches, selecionar o banco de dados certo e adotar uma abordagem API-first. No caso de aplicativos móveis, você pode optar por estratégias como dimensionamento de armazenamento de dados e arquivos, otimização de tráfego, dimensionamento por meio de gerenciamento eficiente de dados e planejamento de escalabilidade de infraestrutura.