Масштабируемость приложений – гарантия будущего вашего приложения для долгосрочного успеха

Представьте себе, что вы создаете приложение для финансовых технологий или электронной коммерции после изучения точных требований пользователей, добавления функций, соответствующих их ожиданиям, и объединения всего опыта в иммерсивный дизайн. Опубликуйте тяжелую работу и продвижение, которые вы вложили в успех приложения, и вы запустите его на рынке.

Вскоре вы обнаружите, что после первоначального пика загрузок приложений их число начало сокращаться с видимой (немного аномальной) скоростью. И после того, как ваша команда по тестированию программного обеспечения приступила к работе, причина обнаружилась — масштабируемость приложений, которая приводит к проблемам снижения производительности приложений.

Преимущества создания масштабируемых приложений невозможно переоценить. Известно, что приложение – веб- или мобильное – созданное с использованием подхода масштабируемости, помогает бизнесу:

• Экосистема, готовая к изменениям
• Положительный пользовательский опыт
• Экономия затрат за счет оптимизации ресурсов
• Повышенная вероятность высокой рентабельности инвестиций

Чтобы добиться этого, а также многих других преимуществ, крайне важно создать масштабируемое приложение.

В этой статье мы рассмотрим различные аспекты масштабируемости при разработке приложений, чтобы помочь вашему приложению стать перспективным.

Но обо всем по порядку.

Когда следует начать беспокоиться о масштабируемости приложения?

Масштабируемость при разработке мобильных приложений заключается в создании возможности управлять большей рабочей нагрузкой или требованиями пользователей, такими как высокий трафик, больший объем хранилища данных или более высокие требования к вычислениям, без какого-либо ущерба для производительности приложения.

Но каковы предупреждающие знаки, указывающие на то, что пора начинать действовать?

• Проблемы с производительностью растут. Медленная загрузка, постоянные тайм-ауты или частые системные ошибки указывают на то, что приложение испытывает большие нагрузки.
• Ваши ресурсы регулярно работают на максимальной мощности. Инфраструктура, работающая на пределе своих возможностей (например, при максимальном использовании ЦП, памяти, хранилища или сети), может вызывать частые простои и снижение производительности.
• У вас высокие пики трафика и задержки в сети. Высокая задержка при большой пользовательской нагрузке может означать, что мобильное или веб-приложение переросло возможности своей инфраструктуры, что приведет к ухудшению качества обслуживания.
• Вы масштабируете свой бизнес. Если вы планируете внедрять новые функции или выходить на новые рынки, масштабирование приложений становится необходимым для удовлетворения растущих потребностей и поддержки масштабов роста бизнеса.

Какие возможности у вас есть при масштабировании приложений?

Теперь, когда вы решили, что пришло время масштабироваться, давайте рассмотрим варианты, через которые вам придется пройти.

1. Вертикальное масштабирование

Речь идет о предоставлении вашему приложению более широких архитектурных возможностей. Здесь вы увеличите мощность своего сервера за счет большей мощности процессора, хранилища или памяти. Он идеально подходит для небольших приложений, поскольку имеет ограничения на бесконечное обновление оборудования.

2. Горизонтальное масштабирование

Ваше приложение имеет ряд функций, позволяющих совместно использовать ресурсы и операционную нагрузку. Это один из популярных типов масштабируемости приложений, при котором вам необходимо добавлять серверы или экземпляры в свое приложение, расширяя возможности обходного пути. Это считается лучшим вариантом для крупномасштабных приложений с большим количеством пользователей, и вам нужно, чтобы все работало без проблем.

3. Микросервисы

Представьте свое приложение как пазл, где каждый фрагмент работает как отдельный сервис. Масштабирование мобильных приложений с помощью микросервисов заключается в разделении вашего приложения на части, которые вы можете масштабировать в зависимости от того, какая часть вам нужна.

4. Бессерверный режим

Представьте себе сценарий, в котором вам вообще не придется беспокоиться об обслуживании приложения. Программное обеспечение работает тогда, когда оно вам нужно. Вот в чем суть бессерверной модели создания масштабируемого веб-приложения. Он напрямую управляет масштабированием вашего приложения. Он считается экономичным и идеально подходит для непредсказуемых рабочих нагрузок.

Хотя мы оставляем за вами выбор между различными типами масштабируемости приложения в зависимости от целей вашего приложения, подходы к этой деятельности более или менее одинаковы.

Вот различные способы и советы, которые вы можете применить для создания масштабируемых приложений, разделенных на веб- и мобильные категории.

Советы по созданию масштабируемого мобильного приложения

Масштабируемость в разработке приложений можно обеспечить с помощью ряда подходов. Вот некоторые из тех, за которыми мы следим.

1. Масштабируйте хранилище данных

Одним из наиболее сложных аспектов масштабируемости при разработке приложений является база данных. Основную проблему можно понять, рассмотрев подход CAP:

• Согласованность — каждое чтение получает самую последнюю запись или ошибку.
• Доступность – каждый запрос получает ответ (без ошибок) без гарантии того, что запись будет самой последней.
• Толерантность к разделению — система работает, несмотря на то, что произвольное количество сообщений отбрасывается (или задерживается) сетью между узлами.

Для системы базы данных можно выбрать только два из трех вышеперечисленных пунктов. Например, если вы цените согласованность и доступность, вы отказываетесь от толерантности к разделам. В результате ваша система баз данных будет иметь единственный экземпляр узла (возможно, с резервными зеркалами или зеркалами только для чтения).

Прежде чем работать над аппаратным обеспечением, необходимо подумать об оптимизации программного обеспечения. Обычно запросы к базе данных и операции записи можно легко оптимизировать. Это не только экономит деньги на необходимое оборудование, но и позволяет приложению управлять большим количеством пользователей. Наконец, мы рекомендуем добавить эффективный уровень кэша, чтобы добиться большего с меньшими ресурсами.

2. Масштабируйте файловое хранилище

Как и в случае с хранилищем данных, вам также следует планировать распределенное хранилище файлов. Хотя использование сетевого хранилища (NAS) или сети хранения данных (SAN) может оказаться полезным для локальных систем, вы также можете использовать облачные сервисы.

У облачных провайдеров есть специальные сервисы для управления файлами, включая кэширование, географическое распределение, проверки, фрагментацию и многое другое. Они также позволяют настраивать политики доступа к файлам.

Здесь важно отметить, что затраты на облако могут слишком быстро стать слишком высокими, особенно когда вы создаете мобильные приложения в большом масштабе, поэтому убедитесь, что вы заранее рассчитываете ожидаемую пропускную способность, чтобы избежать неожиданностей.

3. Оптимизация трафика

Даже если хранилище файлов и данных стало распределенным и легко масштабируемым, ваше приложение может работать не на полную мощность. Это может произойти из-за того, что единственная точка входа образует узкое место. Есть два способа решить эту проблему при планировании масштабируемости при разработке мобильных приложений.

Ротация DNS убирает ситуацию, когда все запросы, идущие в домен, получает только один IP.

Другой метод — балансировка нагрузки, например, встроенный балансировщик нагрузки Kubernetes для перенаправления трафика на несколько запущенных событий. Здесь также считается полезным партнерство с поставщиками облачных услуг. У них есть сервисы, использующие балансировщики нагрузки. Например, в AWS вы можете использовать Amazon Elastic Load Balancer для разделения всего входящего трафика.

4. Подготовьтесь к новым рынкам

Когда вы готовитесь к масштабированию разработки мобильных приложений, чтобы вывести ваше приложение за пределы текущего рынка, сосредоточьтесь на локализации, включая языковую поддержку через Unicode, культурные элементы и юридические аспекты. Успешный подход к масштабированию рынка также предполагает проведение исследований местного рынка с соблюдением местных правил, таких как GDPR.

Более того, чтобы обеспечить быструю доставку статического контента пользователям, независимо от их местоположения, используйте сервисы CDN. Это также может помочь вам снизить задержку и улучшить взаимодействие с пользователем.

5. Масштабирование за счет эффективного управления данными

При создании масштабируемых приложений основная цель — управлять растущей базой пользователей и большим объемом данных, которые с ней поступают. Вы можете справиться с этим, внедрив масштабируемые решения для баз данных, такие как MongoDB или Cassandra, которые растут вместе с вашим приложением и эффективно обрабатывают большие наборы данных.

Вы также можете использовать подходы к оптимизации базы данных, такие как индексирование, сегментирование данных и т. д., чтобы обеспечить быстрый доступ к наборам данных и поддерживать производительность приложений.

6. Планируйте масштабируемость инфраструктуры

Инфраструктура должна обеспечивать рост без снижения производительности. Именно здесь рекомендуется использовать облачные решения, такие как Google Cloud Compute Engine или AWS Elastic Compute Cloud (EC2) — они обещают масштабируемость по требованию для управления растущей нагрузкой.

Кроме того, на этом этапе масштабирования мобильных приложений можно реализовать такие методы, как оркестрация с помощью Kubernetes и контейнеризация с помощью Docker, что приведет к плавному масштабированию сервисов и эффективному использованию ресурсов.

7. Знайте свою базу пользователей

Последний критический фактор, на который следует обратить внимание при масштабировании мобильных приложений, — это глубокое понимание пользовательской базы — моделей использования приложений, пиковых периодов, любимых/часто используемых функций и проблем, с которыми они сталкиваются. Соберите этот набор информации с помощью опросов, инструментов аналитики и обратной связи.

Эти ориентированные на пользователя данные помогут определить, какие функции должны быть приоритетными при масштабировании мобильных приложений, и обеспечить соответствие программного обеспечения меняющимся требованиям пользователей.

Советы по созданию масштабируемого веб-приложения

На масштабируемость веб-приложений влияет ряд факторов:

• Дизайн и архитектура
• Ресурсы и инфраструктура
• Модели трафика и поведение пользователей
• API и другие сторонние сервисы
• Эффективность и оптимизация кода.

Чтобы добиться идеального результата, необходимо применить ряд советов.

1. Выберите лучшее оборудование

Выбор оборудования закладывает основу веб-приложения. Компании должны использовать ресурсы, которые могут поддержать расширение услуг распределенных баз данных в течение определенного периода времени.

Выбранное вами оборудование должно иметь четкие показатели ключевых показателей, таких как процент использования памяти и процессора — набор информации, который поможет определить необходимость масштабирования на любом этапе.

2. Выбирайте микросервисную архитектуру

Монолитные приложения, как правило, тесно связаны между собой и содержат большую базу кода, которая может оказаться сложной. Архитектура также ограничивает масштабирование отдельных компонентов по мере необходимости, не затрагивая все приложение. Более того, масштабирование приложений, построенных на основе монолитной архитектуры, может оказаться дорогостоящим делом.

Использование архитектуры микросервисов позволяет масштабировать только необходимые веб-элементы за счет разделения кодовой базы приложения на независимые модули в соответствии с требованиями рабочей нагрузки.

[Также читайте: Бессерверные или микросервисы: какую архитектуру выбрать бизнесу?]

3. Внедрить кэширование в системе.

Веб-приложения с большим объемом данных имеют тенденцию ограничивать производительность. Решением этой проблемы может быть кэширование. Кэш хранит данные в течение короткого периода времени, поэтому все будущие запросы к данным могут быстрее обслуживаться клиенту, устраняя зависимость от подключения и запросов к базе данных, когда клиент что-то запрашивает. Это также эффективно при масштабировании веб-приложений с интенсивным чтением, поскольку сокращает общее время запроса и обеспечивает более быстрый доступ к данным.

При выборе стратегии кэширования очень важно убедиться, что она соответствует характеру данных. Например, если данные часто меняются, стратегия должна соответствовать обновлениям базы данных, например, использование сети доставки контента (CDN) для статических ресурсов, таких как изображения и HTML.

4. Используйте балансировщики нагрузки

Другой стратегией масштабирования веб-приложений может быть внедрение балансировщиков нагрузки. Этот подход оптимизирует распределение трафика за счет стратегической маршрутизации входящих запросов на несколько серверов для быстрой обработки.

5. Выберите правильную базу данных

База данных является неотъемлемой частью процесса масштабирования любого веб-приложения. Выбор и определение «правильной базы данных» полностью зависят от типа данных, которые бизнесу необходимо сохранять и хранить.

Для справки: в Appinventiv, когда мы работаем с реляционными данными, мы предлагаем выбирать Microsoft SQL, MySQL или PostgreSQL, а для использования неструктурированных данных предложения выглядят как базы данных NoSQL, такие как MariaDB или MongoDB.

[Также читайте: MongoDB против MySQL: какая база данных лучше для вашего бизнеса]

6. Примите подход «сначала API»

Эта стратегия делает API модульной и дискретной частью разработки веб-приложений. Это гарантирует, что к функциям приложения можно получить полный доступ через API. Этот процесс также упрощает масштабирование веб-приложений, поскольку приложения, созданные из небольших разрозненных частей, могут эффективно масштабироваться, работая только над необходимыми частями.

Шлюзы API обычно служат единой точкой входа в веб-приложение. Он объединяет различные запросы, поступающие от пользователя, а затем направляет их к правильным конечным точкам. Затем шлюз объединяет выходные данные, поступающие из нескольких запросов, перед отправкой их конечному пользователю, тем самым снижая количество взаимодействий между веб-приложениями и их пользователем.

7. Создайте многоуровневую архитектуру программного обеспечения.

В этой архитектуре веб-приложение разделено на несколько уровней, таких как сервер приложений, веб-сервер и сервер базы данных. Затем каждый из уровней запускается индивидуально на нескольких аппаратных средствах и серверах, что упрощает процесс создания масштабируемого веб-приложения.

Благодаря многоуровневому программному подходу вы также можете изменить конфигурацию сервера или оборудования для каждого уровня, не влияя при этом на производительность других уровней. Это также оказывается экономически эффективным решением, поскольку изменения вносятся только на затронутый уровень.

С какими проблемами вы можете столкнуться при создании масштабируемых приложений? Каковы предлагаемые решения?

Вот некоторые проблемы, с которыми вы можете столкнуться при планировании масштабируемости при разработке мобильных приложений, и способы их решения.

Немасштабируемость текущей архитектуры

Приложения, построенные на плохо спроектированной или монолитной архитектуре, зависят от устаревших технологий и тесной связи компонентов, что может оказаться затруднительным для реализации масштабируемости при разработке мобильных приложений без огромных усилий по доработке.

Решение, которому мы следуем здесь, — это миграция программного обеспечения на микросервисы или сервис-ориентированную архитектуру, которая обеспечивает простое развертывание, масштабирование и управление независимыми компонентами приложения.

Несогласованность данных

Поскольку приложение обрабатывает больше данных, обеспечение согласованности становится все более сложной задачей для масштабируемых приложений. Это особенно актуально для распределенных систем, где разные версии одной и той же информации могут храниться на разных серверах. Это приводит к устаревшей информации и противоречивым ценностям.

Чтобы справиться с этим, мы реализуем эффективные подходы к синхронизации данных. Использование лучших архитектур баз данных, интеграция протоколов распределенного консенсуса и применение подходов к разрешению конфликтов — вот некоторые из способов, которыми мы гарантируем согласованность данных во всех компонентах приложения.

Ограничения в ресурсах

Ограничения в памяти, вычислительной мощности, хранилище или пропускной способности сети обычно влияют на масштабируемость веб-приложений. Например, меньшее количество ресурсов может привести к снижению производительности приложения в период пиковой нагрузки.

Чтобы избежать этого, мы постоянно отслеживаем использование ресурсов и оптимизируем его в соответствии со спросом. Кроме того, мы предлагаем инвестировать в хорошо организованную и масштабируемую облачную инфраструктуру, поскольку она обеспечивает большую гибкость с точки зрения распределения ресурсов.

Уязвимости безопасности

В процессе масштабирования веб-приложений и мобильных решений система может подвергнуться атакам и нарушениям безопасности. Поскольку программное обеспечение становится больше, хакеры могут использовать проблемы в коде приложения, процессе обработки данных и инфраструктуре.

Чтобы предотвратить это, мы следуем различным подходам –

• Практика безопасного кодирования
• Регулярные – своевременные и спонтанные – оценки безопасности
• Строгое тестирование на проникновение
• Надежные механизмы авторизации и аутентификации
• Убедитесь, что все API и стороннее программное обеспечение обновлены на наличие известных уязвимостей.

Эти шаги помогут защитить ваше приложение и пользователей от потенциальных киберугроз.

Высокая стоимость масштабируемости приложения

Использование одного или разных методов масштабирования приложений неизбежно может привести к увеличению расходов на лицензирование и подписку. Однако степень игнорирования масштабируемости при разработке приложений гораздо выше, поскольку вы рискуете выделить избыточное количество ресурсов и увеличить ненужные расходы и проблемы с производительностью.

Чтобы эффективно справиться с затратами, вам следует тщательно разработать стратегию масштабирования на основе фактических тенденций использования и изменить ее, чтобы сбалансировать затраты и эффективность производительности.

Успешное устранение этих препятствий, связанных с масштабируемостью, требует всесторонних знаний о требованиях и архитектуре приложения, упреждающего планирования и постоянного мониторинга по мере роста приложения. Именно здесь партнерство с надежной компанией по разработке программного обеспечения, такой как Appinventiv, с проверенным опытом создания мобильных приложений в больших масштабах, может иметь решающее значение.

Вот пример того, как мы помогли масштабировать финтех-приложение.

Канадский финтех-стартап обратился к нам за услугами по разработке веб-сайтов и мобильных приложений. Краткосрочной целью для них было привлечь средства инвесторов, для чего они хотели начать с MVP, который затем можно было бы масштабировать на основе проверки гипотез.

Для достижения этой цели мы создали масштабируемую и надежную архитектуру, способную обрабатывать огромные нагрузки трафика. Наша команда разработчиков создала MVP в сжатые сроки за две недели, используя Storybook и React Native. Когда приложение начало привлекать к себе повышенное внимание и спрос, мы полностью перевели серверную часть на React, что позволило легко обмениваться кодом между веб-сайтом и мобильным приложением.

Сегодня приложение скачали более 1 миллиона раз, и никаких проблем с производительностью нет.

Часто задаваемые вопросы

Вопрос. Что такое масштабируемость приложения?

О. Масштабируемость приложения определяет способность приложения управлять возросшей рабочей нагрузкой или требованиями пользователей без ущерба для производительности и надежности.

Вопрос. Зачем создавать масштабируемое приложение?

А. Создание масштабируемых приложений имеет решающее значение по нескольким причинам:

• Справляйтесь с внезапным ростом
• Поддерживать производительность
• Эффективность затрат
• Перспективность бизнеса в будущем
• Конкурентное преимущество

Вопрос. Как масштабировать приложение?

О. Процесс масштабирования приложений различается на мобильных и веб-платформах. При масштабировании веб-приложений вы можете рассмотреть возможность выбора архитектуры микросервисов, использования кешей, выбора правильной базы данных и применения подхода, ориентированного на API. В случае мобильных приложений вы можете выбрать такие стратегии, как масштабирование данных и файлового хранилища, оптимизация трафика, масштабирование за счет эффективного управления данными и планирование масштабируемости инфраструктуры.