Definition „Monolithische Architektur“ Haben Software-Monolithen ausgedient?

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Ein Software-Monolith ist eine umfassende, in sich geschlossene Anwendung, die auf einer einzigen, mehrschichtigen Code-Basis basiert. In diesem Modell sind sämtliche Funktionen und Dienste integriert, was den Monolithen zu einer autarken Einheit macht.

Als ein komplexes, eng verknüpftes System weist eine monolithische Architektur je nach den Anforderungen eines Software-Projekts sowohl Vor- als auch Nachteile auf. Vermehrt werden Monolithen durch Microservices ersetzt. Im Gegensatz zu einem Monolithen, der zahlreiche Unterfunktionen in sich vereint, lässt sich jeder Dienst in einer Microservices-Architektur unabhängig skalieren und warten.

Bei einem Monolithen hingegen muss die gesamte Anwendung skaliert werden, was zu größerer Komplexität und schwierigerer Wartbarkeit führen kann. Der Ausfall einer Funktion im Zuge von Updates kann so beispielsweise die gesamte Anwendung außer Gefecht setzen. Ein Vorteil des Monolithen liegt jedoch in der potenziell besseren Performance, da keine Kommunikation zwischen verschiedenen Diensten notwendig ist.

Monolithische Architektur

Die Architektur eines Monolithen kann je nach Anwendungsfall unterschiedlich aussehen. Im Allgemeinen besteht sie aber aus mehreren Schichten und Komponenten, die miteinander interagieren, um die Funktionen der Anwendung zu ermöglichen.

• Benutzeroberfläche (User Interface, UI): Der direkte Interaktionspunkt für den Benutzer, entweder webbasiert oder als mobile App.

• Präsentationsschicht (Presentation Layer): Verbindet die UI mit der Geschäftslogik und steuert den Datenfluss. Ihre Hauptaufgabe ist es, die Benutzeroberfläche und die Geschäftslogik voneinander zu trennen.

• Geschäftslogikschicht (Business Logic Layer): Implementiert die Kernfunktionalitäten und -dienste der Anwendung. Diese Schicht beinhaltet die Logik, die zur Erfüllung der Geschäftsanforderungen erforderlich ist, wie die Überprüfung von Geschäftsregeln und die Ausführung komplexer Algorithmen.

• Datenzugriffsschicht (Data Access Layer): Verantwortlich für den Zugriff auf die Datenbasis und die Speicherung von Daten. Sie umfasst die Datenbankanbindung und die für Datenabfragen und -speicherung notwendigen SQL-Abfragen.

• Datenspeicherschicht: Speichert die Anwendungsdaten, beispielsweise in relationalen Datenbanken, NoSQL-Datenbanken oder Cloud-Systemen.

• Integration von Drittanbieter-Diensten (Third-Party-Services): Ein Monolith kann auch externe Dienste integrieren, um spezifische Funktionen zu ermöglichen. Dazu gehören beispielsweise Zahlungsgateways, APIs für den Zugriff auf externe Daten oder Cloud-Dienste wie AWS SQS oder Google Cloud Pub/Sub.

Vorteile von Software-Monolithen

• Einfacherer Technologie-Stack: Bei Monolithen ist alles in einer einzigen Codebasis enthalten, was die Einrichtung vereinfacht. Es gibt weniger Komplexität in Bezug auf das Zusammenspiel verschiedener Dienste, was insbesondere für kleinere Teams oder Projekte vorteilhaft sein kann.

• Einfachere Deployment-Prozesse: Monolithische Anwendungen können in einem einzigen Lauf bereitgestellt werden, da es nur ein Artefakt zu verwalten gibt. Dies vereinfacht den Deployment-Prozess und reduziert die Komplexität im Vergleich zu Mikroservices.

• Verbesserte Leistung bei internen Aufrufen: Da alle Teile der Anwendung im selben Prozess laufen, können interne Aufrufe schneller sein als die Netzwerkaufrufe in einer Microservices-Architektur. Dies kann zu einer insgesamt besseren Leistung führen.

• Geringere Anfangskomplexität: Monolithen können zu Beginn eines Projekts einfacher zu handhaben sein, da sie die Komplexität verteilter Systeme, wie z.B.Netzwerkkommunikation und Datenkonsistenz zwischen Diensten, vermeiden.

• Vereinfachtes Transaktionsmanagement: In einem Monolithen ist es einfacher,Transaktionen zu verwalten, da alle Datenänderungen in einem einzigen System stattfinden. Dies erleichtert die Gewährleistung der Datenintegrität.

• Leichteres Debugging und Testing: In einer monolithischen Architektur ist es je nach Fehler einfacher, Probleme zu diagnostizieren und zu beheben. Ebenso kann sich das Testen einfacher gestalten, wenn man nur ein System und nicht mehrere Dienste überwachen muss.

• Konsistenz und Einheitlichkeit: Da der gesamte Code in einem einzigen Repository liegt, ist es einfacher, Konsistenz in der Code-Basis zu gewährleisten. Dies umfasst Stil-Richtlinien, Programmierpraktiken und Technologieauswahl.

Nachteile monolithischer Software

Monolithen sind je nach Kontext immer noch praktikabel und nützlich. Trotzdem gibt es mehrere Gründe, warum sie zunehmend von moderneren Ansätzen, insbesondere Microservice-Architekturen, verdrängt werden:

• Skalierung: Monolithische Anwendungen sind oft schwer zu skalieren, insbesondere in Cloud-Umgebungen, in denen Flexibilität und Skalierbarkeit Schlüsseleigenschaften sind. Die Fähigkeit, einzelne Teile einer Anwendung unabhängig voneinander zu skalieren, ist ein wesentlicher Vorteil von Mikroservices.

• Anpassungsfähigkeit und Agilität: Die Softwareentwicklung hat sich in Richtung agiler Methoden entwickelt, die schnelle Iterationen und kontinuierliche Bereitstellung erfordern. Monolithen können diese Agilität behindern, da Änderungen in einem Bereich des Systems oft umfangreiche Tests und Neubereitstellungen der gesamten Anwendung erfordern.

• Technologische Innovationen: Die rasante Entwicklung neuer Technologien und Programmiersprachen macht es wünschenswert, dass Systeme leicht anpassbar und offen für Integrationen sind. Monolithische Architekturen bieten oft nicht die Flexibilität, neue Technologien effizient zu integrieren.

• Wartung und Entwicklungsprozesse: Große monolithische Systeme neigen dazu, im Laufe der Zeit immer umfangreicher und komplexer zu werden. Dies kann die Entwicklung neuer Funktionen verlangsamen und die Wartung erschweren.

• Herausforderungen bei der Teamarbeit: In einem Monolithen müssen Entwickler oft ein tiefes Verständnis des gesamten Systems haben, um Änderungen vornehmen zu können. Dies erschwert die Aufteilung der Arbeit in größeren Teams und kann zu Engpässen führen.

• Resilienz und Fehlertoleranz: Monolithische Anwendungen haben oft einen einzigen Ausfallpunkt. Ein Fehler in einem Teil der Anwendung kann zum Ausfall des gesamten Systems führen. Microservices bieten durch ihre Entkoppelung eine höhere Fehlertoleranz.

• Schwierige Integration von Drittanbietern: Die Integration von Diensten und Tools Dritter ist in einer monolithischen Architektur oft komplizierter als in einer Microservice-Architektur.

Anwendungsarten

Ein klassisches Beispiel für eine monolithische Anwendung ist eine klassische Webanwendung wie ein Content Management System oder ein E-Commerce-Portal. Dies gilt beispielsweise für Web-Apps, die in Java mit dem Spring Framework entwickelt wurden. Hier sind alle Funktionen – von der Nutzeroberfläche bis hin zur Datenbankzugriffsschicht – in einer einzigen Anwendung vereint.

Einige Desktop-Anwendungen, wie Textverarbeitungsprogramme oder Grafikeditoren, sind ebenfalls monolithisch. Viele Funktionen werden dabei in einer einzigen Anwendung umgesetzt. In der mobilen App-Entwicklung ist diese Architektur ebenfalls verbreitet, da Apps oft als geschlossene Systeme konzipiert sind, die unabhängig von anderen Diensten funktionieren sollen. Ältere Enterprise-Systeme wurden ebenfalls oft als große Monolithen entwickelt wurden, um alle geschäftskritischen Prozesse in einer einzigen Anwendung zu integrieren.

Die Zukunft der Software-Monolithen

Aktuelle Trends deuten darauf hin, dass sich der Fokus weiter von traditionellen monolithischen Architekturen hin zu agileren, flexibleren und skalierbareren Ansätzen verschiebt. Besonders die zunehmende Beliebtheit von Microservices und Cloud-nativen Technologien spielt hier eine entscheidende Rolle. Docker-Container und Kubernetes haben hierzu nicht unerheblich beigetragen.

Parallel dazu gewinnt das Serverless Computing an Bedeutung, wobei die Infrastrukturverwaltung an Cloud-Anbieter ausgelagert wird. Dieser Ansatz bietet eine Alternative zu herkömmlichen monolithischen Server-Strukturen, besonders für kleinere Anwendungen oder spezifische Microservices. All diese Technologien fördern also die Entwicklung kleiner, unabhängiger Dienste, die effizient in der Cloud betrieben werden können.

Eine interessante Entwicklung ist das Aufkommen modularer Monolithen, bei denen die Anwendung in klar definierte, lose gekoppelte Module aufgeteilt wird. Dieser Ansatz behält einige Vorteile von Monolithen bei und reduziert gleichzeitig ihre Komplexität, was eine praktikable Alternative zu Microservices darstellen könnte. Zudem könnten hybride Architekturen, die Monolithen und Microservices kombinieren, an Popularität gewinnen, um das Beste aus beiden Welten zu nutzen.

Fortschritte in der Automatisierung und künstlichen Intelligenz könnten ebenfalls die Entwicklung und Wartung von Monolithen beeinflussen, indem sie Aufgaben wie Fehlerbehebung, Code-Refactoring und Performance-Optimierung unterstützen. Dies könnte die Effizienz monolithischer Anwendungen in Szenarien, in denen hohe Leistung entscheidend ist, verbessern.

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