1. Giới thiệu

Kiến trúc microservices đã nổi lên như một giải pháp ưu việt để xây dựng các ứng dụng phức tạp và có khả năng mở rộng cao. Bằng cách chia một ứng dụng lớn thành các dịch vụ nhỏ, độc lập có thể giao tiếp với nhau, microservices mang lại sự linh hoạt, khả năng mở rộng và khả năng phục hồi cao hơn so với kiến trúc nguyên khối truyền thống. Tuy nhiên, bản chất phân tán của microservices cũng đặt ra những thách thức mới trong việc thiết kế, triển khai và quản lý hệ thống. Để giải quyết những thách thức này một cách hiệu quả, việc áp dụng các mô hình thiết kế microservice đã được chứng minh là vô cùng quan trọng. Các mô hình này cung cấp các giải pháp đã được kiểm chứng cho các vấn đề thường gặp trong kiến trúc microservices, đảm bảo rằng hệ thống được xây dựng có khả năng phục hồi, dễ mở rộng và bảo trì. Báo cáo này cung cấp một phân tích toàn diện về các mô hình thiết kế microservice quan trọng, dựa trên sự tổng hợp thông tin từ các nguồn tài liệu hàng đầu trong ngành. Mục tiêu là làm sáng tỏ những mô hình này, lợi ích của chúng và cách lựa chọn mô hình phù hợp cho các ứng dụng khác nhau, từ đó giúp các nhà phát triển xây dựng các hệ thống microservices mạnh mẽ và hiệu quả hơn.

Sự gia tăng trong việc áp dụng microservices đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về các mô hình thiết kế để tránh những cạm bẫy phổ biến và tận dụng hiệu quả phong cách kiến trúc này. Xu hướng này được thúc đẩy bởi nhu cầu về sự linh hoạt, khả năng mở rộng và khả năng phục hồi cao hơn trong các ứng dụng phần mềm hiện đại. Việc chuyển đổi sang microservices thường tập trung vào khía cạnh phân tách ứng dụng thành các dịch vụ nhỏ hơn. Tuy nhiên, bản chất phân tán của nó tạo ra những thách thức mới. Các mô hình thiết kế đại diện cho các giải pháp đã được chứng minh cho những thách thức này, cho thấy sự trưởng thành của mô hình microservices. Sự nhấn mạnh vào tính mạnh mẽ và khả năng mở rộng trong phần giới thiệu phản ánh các động lực cốt lõi đằng sau việc áp dụng microservices.

Các nguồn tài liệu khác nhau có thể nhấn mạnh hoặc phân loại các mô hình dựa trên trọng tâm hoặc kinh nghiệm cụ thể của họ. Việc so sánh các quan điểm này sẽ mang lại sự hiểu biết phong phú hơn về khả năng áp dụng và sự đánh đổi của từng mô hình. Mỗi nguồn có khả năng phục vụ một phân khúc cụ thể của cộng đồng công nghệ hoặc có một quan điểm cụ thể về microservices. Ví dụ, một nhà cung cấp dịch vụ đám mây có thể nhấn mạnh các mô hình phù hợp với dịch vụ của họ, trong khi một blog tập trung vào phát triển có thể ưu tiên các mô hình liên quan đến cấu trúc mã và tổ chức nhóm. Việc nhận ra những khuynh hướng này là rất quan trọng để có được một sự hiểu biết cân bằng.

2. Tổng quan toàn diện về các mô hình thiết kế Microservice

Từ các nguồn tài liệu đã được xem xét, một danh sách tổng hợp các mô hình thiết kế microservice quan trọng đã được xác định. Các mô hình này cung cấp một khuôn khổ để giải quyết các thách thức khác nhau trong việc xây dựng và quản lý kiến trúc microservices. Dưới đây là danh sách các mô hình đã được xác định, cùng với định nghĩa ngắn gọn được tổng hợp từ các nguồn khác nhau:

• API Gateway: Một điểm truy cập duy nhất cho tất cả các máy khách vào hệ thống microservices, chịu trách nhiệm định tuyến yêu cầu và có khả năng xử lý các mối quan tâm chung.
• Service Registry: Cho phép khám phá động các dịch vụ trong hệ thống.
• Circuit Breaker: Ngăn chặn các lỗi tầng bằng cách dừng các yêu cầu đến các dịch vụ không ổn định.
• Event-Driven Architecture: Sử dụng các sự kiện để giao tiếp không đồng bộ giữa các dịch vụ.
• Database per Service: Mỗi microservice sở hữu cơ sở dữ liệu riêng, đảm bảo tính độc lập.
• Saga Pattern: Quản lý các giao dịch kinh doanh kéo dài trên nhiều dịch vụ.
• CQRS (Command Query Responsibility Segregation): Tách biệt các hoạt động đọc và ghi dữ liệu thành các mô hình khác nhau.
• Externalized Configuration: Tách cấu hình ứng dụng khỏi mã nguồn.
• Bulkhead Pattern: Cô lập các phần của hệ thống để ngăn chặn sự lan rộng của lỗi.
• Backends for Frontends (BFF): Điều chỉnh các dịch vụ backend cho các loại máy khách cụ thể .
• Loose Coupling: Giảm thiểu sự phụ thuộc lẫn nhau giữa các dịch vụ.
• High Cohesion: Đảm bảo rằng các chức năng trong một dịch vụ có liên quan chặt chẽ với nhau.
• Serverless Microservice (FaaS): Kết hợp microservices với điện toán phi máy chủ.
• Client-Side Load Balancing: Phân phối tải giữa các phiên bản dịch vụ ở phía máy khách.
• Shared Nothing Pattern: Mỗi dịch vụ hoạt động độc lập với tài nguyên riêng.
• Strangler Fig Pattern: Từng bước hiện đại hóa các ứng dụng nguyên khối.
• Sidecar Pattern: Thêm các chức năng hỗ trợ như một dịch vụ riêng bên cạnh dịch vụ chính.

Số lượng các mô hình được xác định có sự khác biệt nhỏ giữa các nguồn, cho thấy mức độ nhấn mạnh khác nhau vào các khía cạnh nhất định của kiến trúc microservices. Ví dụ, “Loose Coupling” và “High Cohesion” là các nguyên tắc cơ bản thường được ngầm định trong các mô hình khác nhưng lại được một nguồn liệt kê một cách rõ ràng. Sự khác biệt này có thể phản ánh phạm vi hoặc trọng tâm của từng bài viết. Một số có thể nhằm mục đích cung cấp một danh sách ngắn gọn các mô hình quan trọng nhất, trong khi những người khác có thể bao gồm các nguyên tắc cơ bản hơn hoặc các mô hình chuyên biệt.

Định nghĩa của các mô hình phổ biến nói chung là nhất quán, nhưng các sắc thái và lợi ích cụ thể được nhấn mạnh có thể khác nhau, cho thấy các quan điểm khác nhau về giá trị cốt lõi của chúng. Trong khi chức năng cốt lõi của Circuit Breaker (ngăn chặn các lỗi tầng) được thống nhất, một nguồn có thể nhấn mạnh vai trò của nó trong việc cải thiện trải nghiệm người dùng khi có lỗi, trong khi một nguồn khác có thể tập trung vào tác động của nó đối với sự ổn định hệ thống và việc sử dụng tài nguyên.

3. Phân tích chuyên sâu về các loại mô hình thiết kế chính

Để hiểu rõ hơn về các mô hình thiết kế microservice, chúng có thể được nhóm thành các loại dựa trên mục đích chính của chúng. Các loại này bao gồm các mô hình liên quan đến giao tiếp và tích hợp, khả năng phục hồi và chịu lỗi, quản lý và nhất quán dữ liệu, cũng như chiến lược cấu hình và triển khai. Việc phân loại này giúp làm rõ vai trò và ứng dụng của từng mô hình trong bối cảnh tổng thể của kiến trúc microservices.

3.1. Mô hình giao tiếp và tích hợp

Các mô hình này tập trung vào cách các microservice giao tiếp với nhau và với các hệ thống bên ngoài. Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng một hệ thống microservices gắn kết và hiệu quả.

• API Gateway: Mô hình API Gateway hoạt động như một điểm truy cập duy nhất cho tất cả các máy khách vào hệ thống microservices. Nó hoạt động như một proxy ngược, định tuyến các yêu cầu của máy khách đến các microservice backend phù hợp. Ngoài ra, API Gateway có thể xử lý việc tổng hợp yêu cầu, kết hợp dữ liệu từ nhiều dịch vụ để đáp ứng một yêu cầu duy nhất của máy khách. Nó cũng tập trung các mối quan tâm chung như xác thực, ủy quyền, giới hạn tốc độ và ghi nhật ký. Bằng cách cung cấp một API thống nhất trên tất cả các ứng dụng máy khách (ví dụ: ứng dụng web và ứng dụng di động), API Gateway đơn giản hóa quá trình phát triển ở phía máy khách.
• API Gateway đóng vai trò then chốt trong việc quản lý sự phức tạp của kiến trúc microservices từ quan điểm của máy khách. Nó hoạt động như một lớp bảo vệ, che chắn máy khách khỏi cấu trúc bên trong và sự phát triển của các dịch vụ backend. Nếu không có API Gateway, máy khách sẽ cần biết địa chỉ của nhiều dịch vụ, dẫn đến các hệ thống liên kết chặt chẽ và dễ bị hỏng. Gateway cung cấp một mức độ gián tiếp và trừu tượng, cho phép các dịch vụ phát triển độc lập.
• Service Discovery: Mô hình Service Discovery cho phép các dịch vụ tự động tìm và giao tiếp với nhau trong thời gian chạy, điều này rất quan trọng trong các môi trường đàn hồi và có khả năng mở rộng. Mỗi dịch vụ đăng ký thông tin vị trí của nó (địa chỉ IP, cổng) với một service registry trung tâm khi khởi động. Các dịch vụ khác sau đó có thể truy vấn registry này để khám phá và định vị các dịch vụ mà chúng cần tương tác. Service Discovery có thể là phía máy khách (máy khách tương tác trực tiếp với registry) hoặc phía máy chủ (một bộ cân bằng tải hoặc gateway xử lý việc khám phá).
• Service Discovery là nền tảng cho bản chất động của microservices. Khi các phiên bản dịch vụ được tạo và hủy do khả năng mở rộng hoặc lỗi, khả năng các dịch vụ tìm thấy nhau mà không cần cấu hình cứng là điều cần thiết. Trong một ứng dụng nguyên khối truyền thống, các thành phần trong cùng một quy trình có thể dễ dàng giao tiếp. Trong một môi trường microservices phân tán, vị trí của các dịch vụ có thể thay đổi thường xuyên. Service Discovery cung cấp cơ chế để xử lý tính động này.
• Event-Driven Architecture: Trong kiến trúc hướng sự kiện, các dịch vụ giao tiếp không đồng bộ bằng cách xuất bản và đăng ký các sự kiện. Điều này giúp tách rời các dịch vụ, vì các nhà sản xuất không biết về người tiêu dùng và ngược lại. Kiến trúc này cải thiện khả năng phục hồi của hệ thống, vì lỗi của một dịch vụ không ảnh hưởng trực tiếp đến các dịch vụ khác. Ngoài ra, nó cho phép khả năng mở rộng cao, vì các dịch vụ mới có thể được thêm vào hệ thống mà không ảnh hưởng đến các dịch vụ hiện có.
• EDA thúc đẩy một kiến trúc có tính tách rời và khả năng mở rộng cao, cho phép phát triển và triển khai độc lập các dịch vụ. Điều này đặc biệt có lợi cho các hệ thống có tương tác phức tạp và yêu cầu phát triển. Bản chất không đồng bộ của giao tiếp hướng sự kiện ngăn chặn việc chặn và cho phép các dịch vụ hoạt động độc lập. Sự tách rời lỏng lẻo này làm cho hệ thống dễ thích ứng với sự thay đổi và dễ dàng mở rộng các thành phần riêng lẻ hơn.
• Backends for Frontends (BFF): Mô hình Backends for Frontends (BFF) đề xuất việc tạo ra các dịch vụ backend riêng biệt được thiết kế riêng cho các loại máy khách khác nhau, chẳng hạn như ứng dụng máy tính để bàn hoặc ứng dụng di động. Điều này cho phép tùy chỉnh các dịch vụ backend để đáp ứng các nhu cầu cụ thể của từng máy khách, cuối cùng cải thiện trải nghiệm người dùng và hiệu suất. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng mô hình này có khả năng dẫn đến trùng lặp mã nếu không được quản lý hiệu quả, nhấn mạnh tầm quan trọng của việc cân bằng giữa tùy chỉnh và tái sử dụng mã.
• Mô hình BFF giải quyết thách thức về việc cung cấp các API tối ưu cho các ứng dụng máy khách đa dạng. Các máy khách khác nhau thường có các yêu cầu dữ liệu và mô hình sử dụng khác nhau, và một backend chung có thể không phục vụ chúng một cách hiệu quả. Ví dụ, các ứng dụng di động có thể yêu cầu ít dữ liệu hơn các ứng dụng máy tính để bàn để giảm thiểu việc sử dụng băng thông. BFF cho phép điều chỉnh phản hồi backend theo nhu cầu cụ thể của từng máy khách, cải thiện hiệu suất và trải nghiệm người dùng.

3.2. Mô hình phục hồi và chịu lỗi

Các mô hình này tập trung vào việc đảm bảo rằng hệ thống microservices có thể chịu được lỗi và tiếp tục hoạt động một cách trơn tru.

• Circuit Breaker: Mô hình Circuit Breaker trong kiến trúc microservices được sử dụng để phát hiện lỗi và ngăn chúng tái diễn liên tục. Nó giám sát sự tương tác giữa các dịch vụ. Nếu một dịch vụ gặp lỗi hoặc phản hồi chậm, circuit breaker sẽ “mở” và ngăn chặn các cuộc gọi tiếp theo đến dịch vụ đó, do đó ngăn chặn lỗi trên toàn hệ thống. Khi dịch vụ phục hồi, circuit breaker sẽ đặt lại và hoạt động bình thường trở lại. Mô hình này tăng cường khả năng phục hồi của hệ thống bằng cách ngăn chặn các lỗi tầng.
• Mô hình Circuit Breaker đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng các microservice có khả năng phục hồi, có thể xử lý một cách duyên dáng các lỗi trong các dịch vụ phụ thuộc. Nó ngăn chặn các lỗi tầng và cung cấp một cơ chế để tự động phục hồi. Trong một hệ thống phân tán, lỗi của một dịch vụ có thể nhanh chóng dẫn đến lỗi của các dịch vụ khác phụ thuộc vào nó. Circuit Breaker hoạt động như một biện pháp bảo vệ, cô lập lỗi và ngăn chặn nó lan rộng khắp hệ thống.
• Bulkhead Pattern: Mô hình Bulkhead là một mô hình thiết kế microservices giúp ngăn chặn lỗi ở một phần của hệ thống lan sang các phần khác. Nó đạt được điều này bằng cách cô lập các thành phần của ứng dụng thành các nhóm tài nguyên riêng biệt, sao cho nếu một nhóm bị lỗi, các nhóm khác vẫn tiếp tục hoạt động. Mô hình này được lấy cảm hứng từ các vách ngăn trong một con tàu, chia nó thành các khoang kín nước để ngăn chặn việc chìm tàu nếu một phần bị thủng. Tương tự, một ứng dụng có thể được chia thành các nhóm cô lập để bảo vệ nó khỏi các lỗi.
• Mô hình Bulkhead tăng cường khả năng phục hồi của kiến trúc microservices bằng cách cung cấp sự cô lập ở cấp độ tài nguyên. Điều này đảm bảo rằng lỗi của một dịch vụ hoặc thành phần không làm cạn kiệt tài nguyên cần thiết cho các dịch vụ khác. Bằng cách phân bổ tài nguyên riêng cho các dịch vụ hoặc chức năng khác nhau, mô hình Bulkhead giới hạn phạm vi ảnh hưởng của lỗi. Nếu một dịch vụ gặp phải sự tăng đột biến về tải hoặc rò rỉ tài nguyên, nó sẽ không làm các dịch vụ khác thiếu tài nguyên để hoạt động.

3.3. Mô hình quản lý và nhất quán dữ liệu

Các mô hình này giải quyết các thách thức liên quan đến việc quản lý dữ liệu và duy trì tính nhất quán trong một hệ thống microservices phân tán.

• Database per Service: Trong kiến trúc microservices, mô hình Database per Service đề xuất rằng mỗi microservice nên có cơ sở dữ liệu chuyên dụng riêng. Cách tiếp cận này mang lại một số lợi ích, bao gồm tính độc lập của dịch vụ và khả năng tối ưu hóa hiệu suất cơ sở dữ liệu riêng lẻ dựa trên nhu cầu lưu trữ và truy cập dữ liệu cụ thể của từng dịch vụ. Tuy nhiên, mô hình này cũng đặt ra những thách thức, đặc biệt liên quan đến tính nhất quán dữ liệu trên nhiều dịch vụ. Không giống như các ứng dụng nguyên khối với một cơ sở dữ liệu duy nhất và các giao dịch ACID, việc duy trì tính nhất quán giao dịch trong một hệ thống phân tán với các cơ sở dữ liệu riêng biệt đòi hỏi sự cân nhắc cẩn thận và thường là việc triển khai các mô hình như Saga.
• Mô hình Database per Service thúc đẩy quyền tự chủ và tính linh hoạt trong quản lý dữ liệu, cho phép các nhóm tối ưu hóa kho dữ liệu của họ một cách độc lập. Tuy nhiên, nó chuyển trách nhiệm duy trì tính nhất quán dữ liệu lên cấp độ ứng dụng. Trong một ứng dụng nguyên khối, tất cả các thành phần thường chia sẻ một cơ sở dữ liệu duy nhất, dẫn đến sự liên kết chặt chẽ và các xung đột tiềm ẩn. Database per Service cho phép mỗi microservice phát triển mô hình dữ liệu và công nghệ lưu trữ của riêng mình một cách độc lập, nhưng đòi hỏi sự cân nhắc cẩn thận về cách xử lý các phụ thuộc và tính nhất quán dữ liệu giữa các dịch vụ.
• Saga Pattern: Mô hình saga là một mô hình thiết kế microservices được sử dụng để đảm bảo tính nhất quán dữ liệu trên nhiều dịch vụ. Nó giải quyết thách thức quản lý các giao dịch trong một kiến trúc microservices phân tán, nơi các giao dịch hai pha truyền thống không thực tế do sự tách rời lỏng lẻo và phân tán của các dịch vụ. Mô hình saga hoạt động bằng cách chia một giao dịch thành một chuỗi các giao dịch cục bộ. Mỗi giao dịch cục bộ cập nhật dữ liệu trong một dịch vụ duy nhất và sau đó xuất bản một sự kiện để kích hoạt giao dịch cục bộ tiếp theo trong saga. Các dịch vụ khác lắng nghe các sự kiện này và thực hiện các giao dịch cục bộ tương ứng của chúng. Nếu một giao dịch cục bộ không thành công, mô hình saga sử dụng các giao dịch bù để hoàn tác các thay đổi được thực hiện bởi các giao dịch cục bộ trước đó. Điều này đảm bảo rằng hệ thống cuối cùng đạt đến trạng thái nhất quán, ngay cả khi các giao dịch dịch vụ riêng lẻ không thành công.
• Mô hình Saga cung cấp một cơ chế để đạt được tính nhất quán dữ liệu trong các giao dịch phân tán mà không cần dựa vào các giao dịch hai pha truyền thống, vốn thường không thực tế trong kiến trúc microservices. Trong một hệ thống phân tán, việc duy trì tính nguyên tử trên nhiều dịch vụ là một thách thức. Mô hình Saga cung cấp một cách tiếp cận thay thế bằng cách chia giao dịch thành các bước nhỏ hơn, độc lập và cung cấp một cách để xử lý lỗi thông qua các hành động bù.
• CQRS (Command Query Responsibility Segregation): CQRS là một mô hình thiết kế microservices tách biệt các hoạt động đọc và ghi dữ liệu. Các hệ thống truyền thống thường sử dụng cùng một mô hình dữ liệu cho cả hai, nhưng CQRS đề xuất sử dụng các mô hình riêng biệt cho các hoạt động cập nhật (Command) và đọc (Query). Điều này cho phép tối ưu hóa từng mô hình cho mục đích cụ thể của nó, có thể cải thiện hiệu suất và khả năng mở rộng. Tuy nhiên, việc triển khai CQRS có thể làm cho hệ thống phức tạp hơn do cần phải đồng bộ hóa hai mô hình dữ liệu. Bất chấp thách thức này, khi được áp dụng đúng cách, nó có thể tăng cường đáng kể tính linh hoạt và hiệu suất của hệ thống.
• CQRS có thể cải thiện đáng kể hiệu suất và khả năng mở rộng của microservices, đặc biệt trong các tình huống có khối lượng đọc hoặc ghi lớn, bằng cách cho phép tối ưu hóa có mục tiêu. Tuy nhiên, sự phức tạp tăng thêm đòi hỏi sự cân nhắc cẩn thận. Việc tách biệt các hoạt động đọc và ghi cho phép sử dụng các kho dữ liệu hoặc chiến lược tối ưu hóa khác nhau cho mỗi loại. Ví dụ, các hoạt động đọc có thể được phục vụ từ một cơ sở dữ liệu đọc đã được khử chuẩn hóa và tối ưu hóa cao, trong khi các hoạt động ghi sẽ được chuyển đến một cơ sở dữ liệu ghi được chuẩn hóa hơn.

3.4. Mô hình chiến lược cấu hình và triển khai

Các mô hình này tập trung vào cách quản lý cấu hình và triển khai các microservice một cách hiệu quả.

• Externalized Configuration: Mô hình cấu hình bên ngoài đề xuất việc lưu trữ cấu hình ứng dụng bên ngoài mã nguồn. Điều này cho phép thay đổi hành vi của ứng dụng mà không cần thay đổi mã hoặc khởi động lại hệ thống. Nó đặc biệt hữu ích trong kiến trúc microservices với nhiều phiên bản dịch vụ chạy các cấu hình khác nhau, cho phép quản lý hiệu quả tất cả các phiên bản. Tuy nhiên, mô hình này đòi hỏi một hệ thống quản lý cấu hình mạnh mẽ để ngăn chặn sự trôi dạt cấu hình.
• Cấu hình bên ngoài là điều cần thiết để quản lý microservices trong một môi trường động. Nó thúc đẩy tính linh hoạt và đơn giản hóa việc triển khai bằng cách tách cấu hình khỏi logic cốt lõi của ứng dụng. Việc mã hóa cứng cấu hình trong ứng dụng gây khó khăn cho việc quản lý các môi trường khác nhau và yêu cầu triển khai lại cho các thay đổi cấu hình. Cấu hình bên ngoài cung cấp một cách tiếp cận tập trung và dễ quản lý hơn.
• Strangler Fig Pattern: Mô hình Strangler Fig là một chiến lược để từng bước di chuyển một ứng dụng nguyên khối sang kiến trúc microservices. Nó liên quan đến việc đặt một facade (cây “strangler fig”) phía trước ứng dụng nguyên khối. Sau đó, các chức năng của ứng dụng nguyên khối được thay thế dần dần bằng các microservice mới phía sau facade. Cuối cùng, ứng dụng nguyên khối bị “bóp nghẹt” và có thể được loại bỏ.
• Mô hình Strangler Fig cung cấp một cách tiếp cận ít rủi ro để hiện đại hóa các ứng dụng cũ bằng cách cho phép chuyển đổi dần dần sang microservices mà không làm gián đoạn các chức năng hiện có. Việc viết lại toàn bộ ứng dụng nguyên khối sang microservices có thể rủi ro và tốn thời gian. Mô hình Strangler Fig cung cấp một cách tiếp cận có kiểm soát và gia tăng hơn, cho phép các nhóm cung cấp giá trị trong khi hiện đại hóa hệ thống.
• Shared Nothing Pattern: Mô hình Shared Nothing là một mô hình thiết kế microservices trong đó mỗi microservice hoạt động độc lập mà không dựa vào các tài nguyên dùng chung. Sự độc lập này dẫn đến khả năng mở rộng và độ mạnh mẽ cao hơn. Mỗi microservice có tài nguyên chuyên dụng riêng, loại bỏ các nút thắt có thể xảy ra với các tài nguyên dùng chung. Nếu một microservice bị lỗi, nó không ảnh hưởng đến các microservice khác vì chúng không chia sẻ các phụ thuộc. Để xử lý tải tăng lên, bạn có thể mở rộng bằng cách thêm nhiều phiên bản của một microservice, thay vì mở rộng tài nguyên của một phiên bản duy nhất. Mỗi microservice thường quản lý cơ sở dữ liệu hoặc kho lưu trữ dữ liệu riêng, đảm bảo tính độc lập của dữ liệu.
• Mô hình Shared Nothing là một yếu tố then chốt giúp đạt được khả năng mở rộng và khả năng phục hồi cao trong microservices. Bằng cách tránh các tài nguyên dùng chung, hệ thống có thể mở rộng theo chiều ngang hiệu quả hơn và các lỗi được giới hạn hơn. Các tài nguyên dùng chung có thể trở thành nút thắt và điểm lỗi duy nhất. Mô hình Shared Nothing loại bỏ những rủi ro này bằng cách đảm bảo rằng mỗi microservice là độc lập và tự chứa.
• Serverless Microservice (FaaS): Mô hình Serverless Microservice (FaaS) kết hợp microservices với điện toán phi máy chủ. Các microservice được triển khai dưới dạng các hàm nhỏ, không trạng thái, được kích hoạt bởi các sự kiện. Các nhà cung cấp dịch vụ đám mây tự động quản lý việc mở rộng và quản lý cơ sở hạ tầng. Mô hình này tiết kiệm chi phí cho các ứng dụng hướng sự kiện với khối lượng công việc thay đổi.
• Serverless microservices cung cấp một cách tiếp cận có khả năng mở rộng cao và tiết kiệm chi phí để xây dựng các ứng dụng hướng sự kiện bằng cách trừu tượng hóa việc quản lý cơ sở hạ tầng. Các nền tảng FaaS cho phép các nhà phát triển chỉ tập trung vào việc viết mã cho microservices của họ, trong khi nhà cung cấp dịch vụ đám mây xử lý cơ sở hạ tầng bên dưới. Điều này có thể dẫn đến chu kỳ phát triển nhanh hơn và giảm chi phí vận hành.
• Sidecar Pattern: Mô hình Sidecar thêm một dịch vụ riêng biệt, nhẹ nhàng cùng với một microservice chính để mở rộng chức năng của nó. Nó xử lý các mối quan tâm chung (ví dụ: ghi nhật ký, giám sát, bảo mật) mà không cần sửa đổi mã của dịch vụ chính. Sidecar chia sẻ cùng vòng đời với dịch vụ chính.
• Mô hình Sidecar thúc đẩy sự tách biệt mối quan tâm và tính mô-đun trong microservices. Nó cho phép thêm các chức năng chung mà không cần liên kết chặt chẽ chúng với logic nghiệp vụ cốt lõi của từng dịch vụ. Các mối quan tâm chung thường được lặp lại trên nhiều microservices. Mô hình Sidecar cung cấp một cách để đóng gói các mối quan tâm này thành các dịch vụ riêng biệt có thể dễ dàng gắn vào bất kỳ microservice nào, cải thiện khả năng tái sử dụng và bảo trì mã.

4. Đánh giá so sánh các quan điểm về mô hình thiết kế

Việc so sánh danh sách các mô hình hàng đầu được trình bày trong từng nguồn tài liệu cho thấy một số điểm tương đồng và khác biệt đáng chú ý. Bảng sau đây tóm tắt sự xuất hiện của từng mô hình trong các nguồn này:

Mô hình thiết kế Microservice	Codefresh	GeeksforGeeks	Talent500	Medium (Brilworks)
API Gateway	Có	Có	Có	Có
Service Registry	Có	Có	Có	Không
Circuit Breaker	Có	Có	Có	Có
Event-Driven Architecture	Có	Không	Có	Không
Database per Service	Có	Có	Có	Không
Saga Pattern	Có	Có	Có	Không
CQRS	Có	Có	Có	Không
Externalized Configuration	Có	Không	Không	Không
Bulkhead Pattern	Có	Không	Không	Không
Backends for Frontends (BFF)	Có	Không	Không	Không
Loose Coupling	Không	Có	Không	Không
High Cohesion	Không	Có	Không	Không
Serverless Microservice (FaaS)	Không	Có	Không	Không
Client-Side Load Balancing	Không	Không	Có	Không
Shared Nothing Pattern	Không	Không	Có	Không
Strangler Fig Pattern	Không	Không	Có	Không
Sidecar Pattern	Không	Có	Không	Không
Event Sourcing Pattern	Không	Không	Không	Có

Sự nhất quán của một số mô hình trên các nguồn khác nhau nhấn mạnh tầm quan trọng cơ bản của chúng trong kiến trúc microservices. Các mô hình như API Gateway, Service Discovery và Circuit Breaker được đề cập một cách nhất quán, cho thấy vai trò cốt lõi của chúng trong việc giải quyết các thách thức phổ biến của hệ thống phân tán. API Gateway, như một điểm truy cập duy nhất, rõ ràng là một mô hình thiết yếu để quản lý giao tiếp máy khách và cung cấp một giao diện thống nhất. Tương tự, Service Discovery là nền tảng cho khả năng các dịch vụ tự động tìm và tương tác với nhau trong môi trường động. Circuit Breaker đóng một vai trò quan trọng trong việc xây dựng các hệ thống có khả năng phục hồi bằng cách ngăn chặn các lỗi tầng và cung cấp cơ chế phục hồi.

Sự khác biệt trong các mô hình ít được đề cập hơn có thể phản ánh các ưu tiên hoặc bối cảnh cụ thể mà mỗi nguồn tập trung vào. Ví dụ, GeeksforGeeks bao gồm “Loose Coupling” và “High Cohesion” trong danh sách các mẫu hàng đầu của họ, đây là những nguyên tắc thiết kế phần mềm cơ bản đặc biệt quan trọng trong kiến trúc microservices. Talent500 giới thiệu “Strangler Fig,” “Client-Side Load Balancing,” và “Shared Nothing,” cho thấy sự tập trung vào các chiến lược kiến trúc và di chuyển cụ thể, cũng như các cân nhắc về khả năng mở rộng và độ mạnh mẽ. Codefresh bao gồm “Externalized Configuration,” “Bulkhead Pattern,” và “Backends for Frontends,” nhấn mạnh các mối quan tâm về hoạt động và các yêu cầu cụ thể của máy khách. Cuối cùng, Medium (Brilworks) tập trung vào “API Gateway,” “Circuit Breaker,” và giới thiệu “Event Sourcing” như một mô hình thiết yếu để theo dõi lịch sử thay đổi trạng thái ứng dụng.

Phân tích này cho thấy rằng trong khi có một bộ mô hình cốt lõi được công nhận rộng rãi là nền tảng cho kiến trúc microservices, thì việc lựa chọn và tầm quan trọng tương đối của các mô hình khác có thể phụ thuộc vào các yêu cầu và ưu tiên cụ thể của hệ thống đang được xây dựng.

5. Lựa chọn và triển khai chiến lược các mô hình thiết kế Microservice

Việc lựa chọn các mô hình thiết kế microservice nên là một quyết định chiến lược, được thúc đẩy bởi các nhu cầu và ràng buộc cụ thể của ứng dụng, thay vì tuân thủ một cách khuôn mẫu một tập hợp các mô hình cố định. Không có một cách tiếp cận phù hợp cho tất cả mọi trường hợp trong thiết kế microservices. Các mô hình phù hợp sẽ phụ thuộc vào các yếu tố như độ phức tạp của nghiệp vụ, mức độ hiệu suất và khả năng phục hồi cần thiết, cũng như bối cảnh tổ chức.

Khi lựa chọn các mô hình thiết kế microservice cho một ứng dụng cụ thể, cần xem xét một số yếu tố chính. Độ phức tạp của hệ thống là một yếu tố quan trọng; các hệ thống phức tạp hơn với nhiều dịch vụ tương tác có thể hưởng lợi từ nhiều mô hình hơn, đặc biệt là những mô hình liên quan đến giao tiếp, khả năng phục hồi và tính nhất quán dữ liệu. Yêu cầu về khả năng mở rộng cũng rất quan trọng; các ứng dụng có nhu cầu mở rộng cao nên ưu tiên các mô hình như Service Discovery, Event-Driven Architecture, Shared Nothing và có khả năng là CQRS. Yêu cầu về khả năng phục hồi là một yếu tố khác, với các hệ thống cần có khả năng chịu lỗi cao nên tận dụng các mô hình như Circuit Breaker và Bulkhead. Nhu cầu về tính nhất quán dữ liệu cũng cần được xem xét, với các ứng dụng yêu cầu tính nhất quán giao dịch trên các dịch vụ sẽ cần triển khai các mô hình như Saga, có khả năng kết hợp với các chiến lược khác. Ngoài ra, việc tích hợp hệ thống cũ có thể yêu cầu xem xét mô hình Strangler Fig, và sự đa dạng của máy khách có thể gợi ý việc sử dụng mô hình BFF. Cuối cùng, trình độ chuyên môn và quy mô của nhóm phát triển cũng có thể ảnh hưởng đến việc lựa chọn mô hình, vì một số mô hình có thể đòi hỏi kinh nghiệm và kiến thức chuyên môn cao hơn.

Hướng dẫn về thời điểm và lý do tại sao một số mô hình có thể phù hợp hơn là rất quan trọng. API Gateway rất hữu ích để quản lý quyền truy cập bên ngoài và đơn giản hóa tương tác của máy khách. Service Discovery nên được triển khai trong các môi trường động nơi các phiên bản dịch vụ thường xuyên thay đổi. Circuit Breaker nên được áp dụng để ngăn chặn các lỗi tầng và cải thiện sự ổn định của hệ thống. Kiến trúc hướng sự kiện nên được xem xét để giao tiếp lỏng lẻo và xử lý không đồng bộ. Database per Service phù hợp để đảm bảo tính độc lập của dữ liệu và sự đa dạng về công nghệ. Mô hình Saga có thể được sử dụng để quản lý các giao dịch phân tán và đảm bảo tính nhất quán cuối cùng. CQRS có thể được triển khai để tối ưu hóa hiệu suất đọc và ghi trong các hệ thống có mô hình truy cập khác biệt. Externalized Configuration rất quan trọng để quản lý cài đặt ứng dụng trên các môi trường khác nhau. Mô hình Bulkhead nên được sử dụng để cô lập việc tiêu thụ tài nguyên và ngăn chặn lỗi lan rộng. BFF nên được xem xét khi các loại máy khách khác nhau có nhu cầu API khác biệt đáng kể. Mô hình Strangler Fig nên được áp dụng để di chuyển dần dần từ ứng dụng nguyên khối sang microservices. Thiết kế theo mô hình Shared Nothing là chìa khóa để đạt được khả năng mở rộng và chịu lỗi cao. Serverless Microservices có thể được khám phá cho các triển khai hướng sự kiện, tiết kiệm chi phí và nhẹ về mặt vận hành. Mô hình Sidecar có thể được sử dụng để thêm các chức năng cắt ngang mà không cần sửa đổi logic cốt lõi của dịch vụ. Cuối cùng, Client-Side Load Balancing có thể được xem xét để phân phối tải ở phía máy khách, đặc biệt khi kết hợp với Service Discovery.

Việc triển khai một số mô hình có thể mang lại sự phức tạp và chi phí quản lý bổ sung. Điều quan trọng là phải cân nhắc lợi ích của từng mô hình so với chi phí của nó và bắt đầu với các mô hình giải quyết các thách thức quan trọng nhất. Các mô hình mạnh mẽ như CQRS và Saga, mặc dù mạnh mẽ, nhưng có thể làm tăng đáng kể độ phức tạp của hệ thống. Các nhóm nên đánh giá cẩn thận xem lợi ích có lớn hơn sự phức tạp gia tăng hay không và xem xét các giải pháp thay thế đơn giản hơn nếu phù hợp.

6. Kết luận

Báo cáo này đã cung cấp một cái nhìn sâu sắc về một loạt các mô hình thiết kế microservice quan trọng, bao gồm các mô hình liên quan đến giao tiếp và tích hợp (API Gateway, Service Discovery, Event-Driven Architecture, Backends for Frontends), khả năng phục hồi và chịu lỗi (Circuit Breaker, Bulkhead Pattern), quản lý và nhất quán dữ liệu (Database per Service, Saga Pattern, CQRS), cũng như chiến lược cấu hình và triển khai (Externalized Configuration, Strangler Fig Pattern, Shared Nothing Pattern, Serverless Microservice, Sidecar Pattern).

Sự hiểu biết về các mô hình này là điều cần thiết để xây dựng các kiến trúc microservices hiệu quả. Việc lựa chọn và triển khai các mô hình thiết kế một cách chu đáo và chiến lược là rất quan trọng để đạt được mức độ mong muốn về khả năng phục hồi, khả năng mở rộng và khả năng bảo trì trong các ứng dụng dựa trên microservices. Cuối cùng, việc áp dụng hiệu quả các mô hình này đóng góp đáng kể vào sự thành công chung của một sáng kiến microservices.

Nguồn trích dẫn

1. Top 10 Microservices Design Patterns: A Comprehensive Guide, truy cập vào tháng 3 21, 2025, https://talent500.com/blog/microservices-design-patterns-guide/

2. Essential Microservices Design Patterns Explained | by Brilworks …, truy cập vào tháng 3 21, 2025, https://medium.com/@Brilworks/essential-microservices-design-patterns-explained-f0f370660419

3. Designing a microservice-oriented application – .NET | Microsoft Learn, truy cập vào tháng 3 21, 2025, https://learn.microsoft.com/en-us/dotnet/architecture/microservices/multi-container-microservice-net-applications/microservice-application-design

4. Top 10 Microservices Design Patterns and How to Choose, truy cập vào tháng 3 21, 2025, https://codefresh.io/learn/microservices/top-10-microservices-design-patterns-and-how-to-choose/

5. Top 10 Microservices Patterns That Every Developer Should Know …, truy cập vào tháng 3 21, 2025, https://www.geeksforgeeks.org/top-microservices-patterns/