Software Architecture Design Patterns für Cloud Service Entwicklungen Domain Principles für Cloud Services und Cloud Anwendungsentwicklung In den letzten zehn bis fünfzehn Jahren haben sich eine Reihe von Architekturparadigmen etabliert, die heute die Grundlage für Unternehmensanwendungen definieren und in vielfältigen Standards, Frameworks und Best Practices so fest verankert sind, dass man kaum noch darüber nachdenkt. Wendet man diese Paradigmen unreflektiert auf Cloud-Anwendungen an, führt das in der Regel zu ernüchternden Resultaten. Insbesondere die für Cloud Computing wichtigen Eigenschaften Skalierbarkeit, Elastizität und Robustheit sind auf diese Weise nicht erreichbar. Ein Umdenken ist also notwendig, um die Potenziale der Cloud freizusetzen. Die COMLINE Cloud Computing Platform (CSP) ist die Antwort hierauf, sie ist eine moderne Plattform für Cloud-Computing und wurde als reaktives System konzipiert. Reaktive Systeme müssen stets antwortbereit, widerstandsfähig, elastisch und nachrichtenorientiert sein. Systeme und Plattformen, die nach diesen Anforderungen entwickelt werden, erweisen sich als anpassungsfähiger, mit weniger starr gekoppelten Komponenten und in jeder Hinsicht skalierbarer. Sie sind einfacher weiterzuentwickeln und zu verändern. Sie reagieren zuverlässiger und eleganter auf Fehler und vermeiden so desaströse Ausfälle. Reaktive Systeme bereiten dem Anwender durch ihre fortwährende Antwortfreudigkeit eine interaktive und höchst befriedigende Erfahrung. All diese Anforderungen erfüllt die COMLINE Cloud Service Plattform. Aus Sicht der COMLINE eine PaaS (Platform as a Service) dar, auf der COMLINE Cloud-Dienste entwickelt. Betrieben wird die CSP auf einem IaaS Modell in COMLINE-eigenen Rechenzentren in Berlin Die Cloud-Dienste werden zu Anwendungen zusammengefasst, die von Kunden der COMLINE im Sinne eines SaaS (Software as a Service) Modells gemietet und genutzt werden können. Sowohl die Plattform selber, als auch die Services und Anwendungen werden entlang einer Reihe von Guidelines entwickelt und betrieben. Diese Guidelines bilden die Grundlage aller Aktivitäten (von Design, über Konzeption bis hin zu Entwicklung und Betrieb) auf der CSP Die Folien auf Slideshare zeigen die Prinzipien, Paradigmen und Design Patterns auf, nach denen wir sowohl die CSP selber betreiben, als auch die Anwendungen auf ihr entwickeln und betreiben. Die CSP wurde massgeblich von Christian Günther konzipiert und stellt heute die DeFacto Entwicklungsplattform für COMLINE dar.

1. COMLINE Cloud Services
Architecture Design Patterns
Christian Günther
Hannover, 09.12.2016
Die COMLINE AG präsentiert

2. Software Architecture Design Patterns

3. Die Anwendungen auf einer Cloud Service Plattform
werden entlang der folgenden Entwurfsmuster
konzipiert:
1. Domain Driven Design
2. Microservices Architektur
3. Hexagonale Architektur
4. Peer-to-Peer Architektur
5. Nachrichtenbasiertes System
6. CQRS
Durch diese Entwurfsmuster wird eine Software-
Architektur geschaffen, welche elastisch ist und
verteilt arbeitet. Die entspricht damit den Prinzipien
und Konzepten für eine Cloud Service Umgebung
und bietet in dieser Laufzeitumgebung optimalen
nutzen.
Entwurfsmuster sind bewährte
Lösungsschablonen für
wiederkehrende Entwurfsprobleme.
Software Architecture Design Patterns

4. Domain Driven Design beschreibt eine
Methode zur Modellierung komplexer,
objektorientierter Software
 Im Grundsatz geht das Domain Driven
Design von 2 Annahmen aus:
1. Der Sinn jeder Software ist es, die
Aufgabenstellungen einer bestimmten
Anwendungsdomäne zu unterstützen.
2. Die SW-technische Umsetzung, insbesondere
Datenmodell und Serviceschnitt, muss sich
entsprechend nach dem Fachmodell richten.
 Erreicht wird dies, indem die Software
grundlegende Konzepte und Elemente der
Anwendungsdomäne, sowie deren
Beziehungen modelliert.
Das Domain Driven Design ist ein
abstraktes Modell zum Design einer
Anwendung basierend auf ihrem
Fachmodell
Domain Driven Design

5.  Beim DDD wird von einer Gliederung der Software in ein Schichtenmodell
ausgegangen und das Hauptaugenmerk liegt dabei auf der
Geschäftslogikschicht.
 Die Klassen des Fachmodells enthalten im Domain-Driven Design sowohl
die Daten als auch die gesamte Funktionalität der umzusetzenden
Fachlichkeit, also die gesamte Fachlogik.
 Der Ansatz orientiert sich, obwohl nicht an ein Vorgehensmodell gebunden,
an agilen Methoden und setzt dabei auf iterative Entwicklungsschritte und
eine enge Zusammenarbeit zwischen Entwickler und Fachbereich.
Domain Driven Design

6.  Entitäten (Entities) repräsentieren identifizierbare, elementare Konzepte
des Fachmodell und ihre Eigenschaften – z.B. ein Fahrzeug.
 Wertobjekte (Value objects) besitzen keine eigene Identität, sondern
werden nur durch ihre Eigenschaften definiert.
 Aggregate (Aggregates) fassen Entitäten zu einer Klasse zusammen.
 Assoziationen (Associations) stellen Beziehungen zwischen Objekten dar
 Serviceobjekte (Services) repräsentieren eine Fachlichkeit, welche zu
mehreren Objekten gehört.
 Fachliche Ereignisse (Domain Events) bewirken welche Änderungen an
den Fachobjekten.
 Module (Packages) teilen das Fachmodell in einzelne, nicht technische
Einheiten.
 Fabriken (Factories) dienen der Erzeugung eines Fachobjektes, wenn
dieses komplexer Natur ist und z.B. Assoziationen enthält.
 Repositories abstrahieren die Ablage und Suche nach Fachobjekten.
Elemente des Domain Driven Design

7. Microservices-Architektur
In einer monolithischen Anwendung
sind alle Funktionen in einem Prozess
Skalierung ist nur durch die Replikation
auf mehrere Server erreichbar
In einer Microservice Architektur ist
jede Funktion ein separater, einzeln
lauffähiger Service
Skalierung wird durch die Distribution
dieser Services über Server- und
Datacentergrenzen hinweg erreicht

8.  Als Microservices-Architecture wird ein
Architekturansatz bezeichnet, bei dem die
Funktionen einer Software in extrem kleine
Dienste geschnitten werden.
 Diese Dienste erfüllen dabei typischerweise
exakt einen Anwendungsfall und können
voneinander unabhängig verteilt und auch
weiterentwickelt werden.
 Die Services werden von unabhängigen
Teams gemäß fachlicher Anforderung
entwickelt und erfüllen exakt nur diese
Anforderung.
Microservices-Architektur
Microservices sind soweit
entkoppelt (voneinander
unabhängig), dass sie sich völlig
individuell weiterentwickeln können.

9. Microservices und SOA

10.  Microservices und SOA ähneln sich in vielen Belangen.
 Beide Architekturstile schneiden Funktionen in Dienste, welche dann zu
einer Anwendung zusammengesetzt werden.
 Der Unterschied liegt entsprechend eher in der menschlichen Sprache, als
der Technologie.
 Wann immer man von SOA spricht, wird meist eine Architektur mit einem
zentralen Service-Bus gemeint. In diesem werden die Dienste zur Nutzung
durch andere Layer bereitgestellt und häufig auch orchestriert.
 Microservices erwarten keine solche Komponente. Sie können zwar in einer
Service-Map zur Nutzung dokumentiert werden, setzen aber in aller Regel
einfach auf einen Applikationsserver auf.
 Microservices bieten eine dokumentierte Schnittstelle (etwa eine API) an,
über die sie von anderen Diensten oder auch Oberflächen genutzt werden
können.
Microservices vs. SOA

11. Hexagonale Architektur / Ports und Adapter
In einer hexagonalen Architektur
kann eine Funktion aus dem
Domain Modell (ein Service etwa)
über einen beliebigen Adapter
angesprochen werden
Ports verknüpfen die Adapter
(manchmal auch Mediator
genannt) mit spezifischen,
technischen Systemen
Im Kern der Architektur steht das
Modell der Anwendungsdomäne,
also Services welche de Business
Logik repräsentieren
Voice

12.  Hexagonale Architektur
– Strikte Trennung von Daten / Logik / Funktion und UI
– Jede Funktion/Logik kann über ein beliebiges
Interface angesprochen werden
– Ein Interface kann eine Benutzeroberfläche, eine
Systemschnittstelle oder sogar eine Spracheingabe
sein.
Hexagonal Architecture / Ports und Adapter

13.  In einem Peer-to-Peer-Netz sind alle
Computer gleichberechtigt und können
sowohl Dienste in Anspruch nehmen, als
auch zur Verfügung stellen.
 Mittels Lookup-Operation können Peers im
Netzwerk diejenigen Peers identifizieren,
welche für eine bestimmte Objektkennung
(Object-ID) zuständig sind.
 PTP-Systeme besitzen keinen Master und
benötigen damit auch keine teuren
Hochverfügbarkeitsmechanismen.
 PTP-Systeme sind (theoretisch) unendlich
horizontal skalierbar und können
entsprechend gut für bei Anforderungen
aus dem Web- oder BigData-Bereich
eingesetzt werden.
Visualisierung eines Peer-to-Peer
Netzwerkes
Peer-to-Peer Architecture

14.  Bei einer Event Driven Architecture wird
das Zusammenspiel der Komponenten
durch Ereignisse gesteuert.
 Ereignisse können dabei sowohl Trigger,
als auch Nachrichten sein – im letzten Fall
spricht man auch von einer
nachrichtenbasierten Architektur.
 Ein Ereignis umfasst meist drei Angaben:
den Erstellungszeitpunkt, die auslösende
Komponente (Quelle) und die Art des
Ereignisses (Typ), die angibt, was im
Wesentlichen vorgefallen ist.
 Aufgeteilt wird die Software dabei in
Ereignis-Produzenten, den Channel, das
Ereignis-Regelwerk (Engine) und die
verarbeitenden Clients.
Events werden vom Event-Listener
an die Event Engine übergeben, die
diese an Clients verteilt.
Event Driven Architecture (Nachrichtenbasiert)

15.  Trennung der Verantwortung von Software-
Komponenten, je nachdem, ob sie für
schreibende oder lesende Operationen genutzt
werden.
 Gegenentwurf zum klassischen CRUD – Create,
Read, Update Delete.
 Commands sollen, möglichst kleine, Teile von
Daten schreiben.
 Queries sollen möglichst große Mengen an
Daten auf einmal lesen.
 CQRS kann in unterschiedlichen
Architekturmustern eingesetzt werden, eignet
sich aber insbesondere mit der Nutzung einer
Document Database, wie MongoDB.
CQRS setzt auf einem Domain-
Modell auf und verteilt die Workload
für lesende und schreibene Arbeiten
auf zwei getrennte Arbeitsbereiche
in der Software
CQRS Command Query Responsibility Segregation

16. Christian Günther
Principal Solution Architect
Mobile: +49 1511 22 40 942
E-Mail: christian.guenther@comlineag.de
COMLINE Computer und Softwarelösungen AG
Leverkusenstr. 54
DE - 22761 Hamburg
www.comlineag.de
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.