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Microservices mit Laravel
13. März 2024
Veröffentlicht in:Webentwicklung
Microservices repräsentieren eine zukunftsorientierte Architekturform in der Softwareentwicklung, die sich durch ihre Modularität und Flexibilität auszeichnet. Im Kontrast zu monolithischen Architekturen, bei denen Anwendungen als einheitliche und umfangreiche Einheiten entwickelt werden, basiert das Microservices-Modell auf der Aufteilung in kleinere, eigenständige Dienste. Jeder dieser Dienste fokussiert sich auf eine spezifische Funktion und arbeitet autonom, was eine effizientere und agilere Entwicklung sowie Wartung ermöglicht.
Diese Struktur bietet erhebliche Vorteile in der Softwarearchitektur, insbesondere hinsichtlich Skalierbarkeit und Wartbarkeit. Während monolithische Systeme oft komplexe und schwerfällige Strukturen aufweisen, ermöglichen Microservices eine gezielte und unabhängige Skalierung einzelner Dienste. Dies führt zu einer erhöhten Effizienz und einer verbesserten Handhabung von Ressourcen.
Vorteile von Microservices
Microservices sind ein Schlüsselkonzept in der modernen Softwarearchitektur. Wir haben einige Vorteile für Sie gesammelt:
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Agilität: Die Agilität in Microservices-Umgebungen resultiert aus der Möglichkeit, Features in unabhängigen Zyklen zu entwickeln und zu deployen. Das bedeutet, dass ein Team ein Update für seinen Service bereitstellen kann, ohne auf die Fertigstellung anderer Teile des Gesamtsystems warten zu müssen. Diese Methodik unterstützt eine iterative Entwicklung, bei der Verbesserungen und Änderungen schneller in die Produktion gelangen, was eine höhere Marktrelevanz und Benutzerzufriedenheit zur Folge hat.
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Flexibles Skalieren: Die Fähigkeit, jeden Microservice unabhängig zu skalieren, erlaubt eine fein abgestimmte Ressourcenzuweisung. Zum Beispiel kann ein Dienst, der eine hohe Last erfährt, separat skaliert werden, ohne Ressourcen von weniger beanspruchten Diensten abzuziehen. Dies ist besonders relevant in cloud-basierten Umgebungen, wo dynamisches Skalieren Kosten sparen und die Effizienz steigern kann.
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Continuous Deployment: Microservices ermöglichen die Implementierung von Continuous Deployment-Strategien, da Änderungen in einem Service durchgeführt werden können, ohne das gesamte System zu beeinträchtigen. Dies reduziert das Risiko bei der Einführung neuer Features und unterstützt eine Kultur der kontinuierlichen Verbesserung.
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Hohe Wartbarkeit und Testbarkeit: Da Microservices klein und auf eine spezifische Aufgabe zugeschnitten sind, ist ihr Code in der Regel überschaubarer und verständlicher. Dies erleichtert sowohl die Wartung als auch das Testen, da Fehler leichter lokalisiert und behoben werden können. Zudem ermöglicht die Isolierung der Services detailliertere und spezifischere Testszenarien.
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Technologische Flexibilität: Microservices-Architekturen bieten die Freiheit, für jeden Dienst den am besten geeigneten Technologiestack zu wählen. Dies ermöglicht es, neue und spezialisierte Technologien einzusetzen, wo sie am meisten Nutzen bringen, ohne das gesamte System umgestalten zu müssen.
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Hohe Zuverlässigkeit: In einem Microservices-basierten System führt ein Fehler in einem einzelnen Service nicht notwendigerweise zu einem Systemausfall. Durch die Entkopplung der Dienste kann die Auswirkung eines Fehlers begrenzt und eine schnellere Fehlerbehebung ermöglicht werden. Dies trägt wesentlich zur Gesamtstabilität und Verfügbarkeit des Systems bei.
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Zufriedenere Teams: Microservices fördern eine klare Trennung der Verantwortlichkeiten und bieten Teams mehr Autonomie. Dies kann zu einer höheren Arbeitszufriedenheit führen, da Teams eigenverantwortlich planen und Entscheidungen treffen können. Zudem erleichtert es die Zusammenarbeit, da die Schnittstellen zwischen den Services klar definiert sind.
Nachteile von Microservices
Obwohl Microservices zahlreiche Vorteile bieten, kommen sie nicht ohne ihre eigenen Herausforderungen. Ein tiefgreifendes Verständnis dieser Nachteile ist entscheidend, um eine ausgewogene Entscheidung hinsichtlich der Architekturwahl zu treffen:
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Organisatorischer Mehraufwand: Microservices erfordern eine intensivere Koordination zwischen verschiedenen Teams. Da jedes Team für unterschiedliche Dienste verantwortlich ist, muss der Informationsaustausch und die Zusammenarbeit sorgfältig gemanagt werden. Dies kann besonders in größeren Projekten zu einem signifikanten Verwaltungsaufwand führen.
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Debugging-Herausforderungen: Fehler in Microservices-Systemen zu finden und zu beheben, kann aufgrund der Verteilung der Dienste über verschiedene Server und Umgebungen komplex sein. Das Debugging über mehrere Services hinweg erfordert eine detaillierte Nachverfolgung von Transaktionen und Interaktionen, was den Prozess zeitintensiv und anspruchsvoll macht.
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Exponentielle Infrastrukturkosten: Mit der Zunahme der Anzahl der Microservices steigen auch die Infrastrukturkosten. Jeder Microservice benötigt seine eigene Laufzeitumgebung, was zu einem exponentiellen Wachstum der für die Infrastruktur benötigten Ressourcen führen kann. Dies kann besonders für kleinere Unternehmen oder Startups eine finanzielle Herausforderung darstellen.
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Mangel an Standardisierung: In einem Microservices-Ökosystem kann jedes Team seine eigenen Technologien und Standards wählen, was zu einer Fragmentierung führen kann. Dieser Mangel an Standardisierung kann die Integration und das Zusammenspiel der verschiedenen Dienste erschweren und potenziell zu Inkompatibilitäten führen.
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Fehlende klare Eigentumsverhältnisse: In einer Microservices-Architektur können die Verantwortlichkeiten für bestimmte Dienste und Daten manchmal unklar sein. Dies kann zu Verwirrung führen, insbesondere wenn es um Wartung, Updates oder Fehlerbehebung geht.
In Fachkreisen wird hervorgehoben, dass Microservices insbesondere für große Organisationen wie Amazon oder Google geeignet sind. Im Gegensatz dazu können kleinere Unternehmen und Projekte oftmals von einer monolithischen Architektur stärker profitieren. Die Argumentation hinter dieser Perspektive liegt darin, dass bei kleineren Teams und Projekten die Komplexität und der Koordinationsaufwand, die mit Microservices einhergehen, die potenziellen Vorteile überwiegen können. In solchen Szenarien kann eine einfachere, monolithische Struktur effizienter und handhabbarer sein.
Warum Microservices mit Laravel?
Laravel hebt sich in der Entwicklung von Microservices durch seine umfassende Palette an integrierten Tools und eine starke Community-Unterstützung hervor. Besonders attraktiv für Entwickler, die robuste Microservices-Architekturen aufbauen möchten, ist das Framework durch seine Vielzahl an First-Party-Paketen. Speziell für das Framework entwickelt, ermöglichen sie eine reibungslose Integration in Microservices-Projekte. Pakete wie Laravel Horizon für Job-Queuing bieten integrierte Lösungen, die die Implementierung komplexer Funktionen vereinfachen, ohne auf externe Abhängigkeiten angewiesen zu sein.
Ein entscheidender Aspekt von Laravel ist seine Fähigkeit zur Skalierung. Es unterstützt sowohl horizontale als auch vertikale Skalierung, was es ideal für die dynamischen Anforderungen von Microservices macht. Außerdem bietet Laravel ausgezeichnete Möglichkeiten für die Testautomatisierung, ein kritischer Faktor bei der Entwicklung von Microservices. Funktionen für PHPUnit-Tests im Framework stellen sicher, dass die Stabilität und Zuverlässigkeit jedes Microservice gewährleistet ist.
Die robuste Middleware-Architektur von Laravel ermöglicht eine effektive Handhabung von eingehenden HTTP-Anfragen, was für Authentifizierungs- und Autorisierungsprozesse in Microservices essenziell ist. Laravels Eloquent ORM vereinfacht darüber hinaus die Datenmanipulation, ein Schlüsselfaktor in Microservices-Umgebungen, wo die Datenverwaltung eine zentrale Rolle spielt.
Die Verbindung dieser leistungsstarken Funktionen mit einer aktiven und hilfreichen Community macht Laravel zu einem idealen Framework für die effiziente und effektive Entwicklung von Microservices, wodurch es zur bevorzugten Wahl für viele Entwickler in diesem Bereich wird.
Planung und Design von Microservices
Die Transformation einer monolithischen Anwendung in ein Microservices-System beginnt mit einer strategischen Planung, die das sorgfältige Identifizieren von Microservice-Grenzen innerhalb des bestehenden Systems einschließt. Ziel ist es, einzelne Bereiche des Monolithen zu isolieren, die als autonome Services fungieren können, wobei jeder Service eine spezifische Funktion oder Geschäftslogik erfüllt.
Sobald die Services definiert sind, ist die Gestaltung der Kommunikation zwischen ihnen ein entscheidender Schritt. Die Auswahl der richtigen Kommunikationsmethode hängt von den spezifischen Bedürfnissen der Anwendung ab. RESTful APIs bieten eine einfache und bewährte Lösung für HTTP-basierte Anfragen, während GraphQL eine flexiblere und effizientere Datenabfrage ermöglicht. Message Queues sind besonders geeignet, wenn eine Entkopplung und asynchrone Kommunikation zwischen den Services erforderlich ist. Eine Kombination dieser Ansätze kann oft die beste Lösung sein, um eine effiziente und sichere Kommunikation innerhalb des Microservices-Systems zu gewährleisten.
Diese strategischen Überlegungen bilden das Fundament für ein erfolgreiches Microservices-Design und tragen wesentlich zur Leistungsfähigkeit, Skalierbarkeit und Wartbarkeit der resultierenden Architektur bei.
Datenmanagement in Microservices
Im Datenmanagement von Microservices spielt die Wahl der Datenbankarchitektur eine entscheidende Rolle. Während service-spezifische Datenbanken eine höhere Unabhängigkeit und Skalierbarkeit ermöglichen und damit die Systemresilienz verbessern, können sie Herausforderungen in Bezug auf Datenkonsistenz und Transaktionsmanagement mit sich bringen. Eine gemeinsame Datenbank hingegen vereinfacht zwar diese Aspekte, birgt aber Risiken für die Entkopplung der Services und die Systemstabilität. Zusätzlich zu diesen Überlegungen können fortgeschrittene Strategien wie Command Query Responsibility Segregation (CQRS) und Event Sourcing implementiert werden, um die Leistung zu optimieren und eine bessere Analyse der Datenhistorie zu ermöglichen. Diese Entscheidungen sollten sorgfältig abgewogen werden, um eine Balance zwischen Unabhängigkeit, Konsistenz und Systemeffizienz zu erreichen.
Sicherheit in einer Microservices-Architektur
In einer Microservices-Architektur ist die Sicherheit von entscheidender Bedeutung, da sie viele unabhängige Komponenten umfasst, die miteinander interagieren. Zwei Schlüsselaspekte sind hierbei Authentifizierung und Autorisierung, die die Grundlage für eine sichere Kommunikation zwischen den Services bilden.
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Authentifizierung und Autorisierung: Für die Sicherung der Kommunikation zwischen Microservices sind robuste Authentifizierungs- und Autorisierungsmechanismen erforderlich. OAuth ist ein weit verbreiteter offener Standard für Zugriffsberechtigungen, der es Benutzern ermöglicht, einer Anwendung den Zugriff auf ihre Informationen auf einem anderen Dienst zu gewähren, ohne dass sie ihre Zugangsdaten preisgeben müssen. OAuth wird oft in Kombination mit JSON Web Tokens (JWT) verwendet, die es ermöglichen, sichere Informationen zwischen zwei Parteien zu übertragen. JWTs sind für ihre Fähigkeit bekannt, Informationen effizient und sicher zwischen Services zu übertragen, was sie zu einer idealen Wahl für die Authentifizierung in Microservices-Architekturen macht.
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Sicherheits-Best-Practices: Um die Sicherheit in einer Microservices-Umgebung weiter zu stärken, sollten einige Best Practices befolgt werden:
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Verwendung von HTTPS: Durch die Implementierung von HTTPS für alle Kommunikationswege wird sichergestellt, dass alle übertragenen Daten verschlüsselt und vor Abhörversuchen geschützt sind. Dies ist besonders wichtig, wenn sensible Daten über das Internet übertragen werden.
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Einsatz von API-Gateways: Ein API-Gateway agiert als zentraler Eingangspunkt für externe Anfragen und kann als Sicherheitsschicht dienen, indem es Authentifizierung, Autorisierung, Überwachung und das Caching von Anfragen übernimmt. Es hilft auch dabei, Angriffsflächen zu reduzieren, indem es die direkte Exposition einzelner Microservices verhindert.
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Regelmäßige Sicherheitsaudits: Regelmäßige Überprüfungen und Audits der Infrastruktur und des Codes können Schwachstellen aufdecken und helfen, Sicherheitsrisiken proaktiv zu adressieren.
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Netzwerksicherheit: Durch die Implementierung von Netzwerksicherheitsmaßnahmen wie Firewalls und Intrusion Detection Systems (IDS) können Angriffe erkannt und abgewehrt werden, bevor sie Schaden anrichten.
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Robustes Identitäts- und Zugriffsmanagement: Strenge Zugriffskontrollen und Richtlinien stellen sicher, dass nur autorisierte Benutzer und Systeme auf bestimmte Microservices zugreifen können.
Testing und Deployment von Microservices
Das Testen und Deployment von Microservices erfordert einen umfassenden und differenzierten Ansatz, um die Qualität und Zuverlässigkeit in der verteilten Architektur zu gewährleisten. Bei den Microservices Testing-Strategien beginnt man auf der untersten Ebene mit Unit Tests, die einzelne Komponenten isoliert prüfen, gefolgt von Integrationstests, die die Interaktionen zwischen verschiedenen Services evaluieren. Um das Zusammenspiel des gesamten Systems zu überprüfen, sind End-to-End Tests unerlässlich, die das Verhalten des Gesamtsystems aus Nutzersicht validieren.
Ein Schlüsselaspekt in der Microservices-Architektur ist die Implementierung von Continuous Integration und Continuous Deployment (CI/CD). CI/CD ermöglicht es, Änderungen regelmäßig in ein gemeinsames Repository zu integrieren und automatisch zu testen, was zu einer frühen Fehlererkennung und -korrektur führt. Continuous Deployment automatisiert den Bereitstellungsprozess, sodass erfolgreiche Änderungen direkt in die Produktionsumgebung überführt werden können, was eine schnelle und konsistente Auslieferung neuer Funktionen ermöglicht.
Die Automatisierung von Tests und Deployments spielt hierbei eine zentrale Rolle, da sie nicht nur die Zuverlässigkeit steigert, sondern auch den manuellen Aufwand erheblich reduziert. Darüber hinaus sind ein effektives Monitoring und etablierte Feedback-Schleifen essentiell, um den CI/CD-Prozess kontinuierlich zu optimieren und schnell auf etwaige Probleme reagieren zu können. Diese Praktiken tragen dazu bei, die Agilität und Effizienz von Microservices voll auszuschöpfen und somit eine kontinuierliche Verbesserung des Produkts zu fördern.
Von einer Monolith-Architektur zu Microservices wechseln
Der Übergang von einer monolithischen zu einer Microservices-Architektur ist ein bedeutender Schritt, der gut geplant und umgesetzt werden muss. Viele große Unternehmen haben ursprünglich mit monolithischen Systemen begonnen, um einen schnellen Markteintritt zu erreichen. Mit der Zeit und der Erweiterung von Funktionen können solche Systeme jedoch schwerfällig werden. Häufige Codekonflikte und das erhöhte Risiko, dass Änderungen in einem Bereich unbeabsichtigt Fehler in anderen Bereichen verursachen, sind Anzeichen dafür, dass eine Migration zu Microservices in Betracht gezogen werden sollte.
Entwicklung einer Migrationsstrategie
Ein entscheidender Schritt ist die Ausarbeitung einer detaillierten Migrationsstrategie. Diese beinhaltet die sorgfältige Planung des Übergangs, bei dem Kundenprofile und Nutzungsverhalten berücksichtigt werden. Es ist wichtig, diese Schritte vorausschauend zu planen, um eine reibungslose Migration zu gewährleisten.
Auswahl der richtigen Werkzeuge
Für eine erfolgreiche Migration sind die richtigen Werkzeuge entscheidend. Es gilt, Werkzeuge zu entwickeln oder zu wählen, die die Microservices-Architektur effektiv unterstützen, einschließlich solcher für Qualitätssicherung, Service-Design, Datenschutz, Sicherheit und Zuverlässigkeit. Ein internes Service-Katalogsystem kann beispielsweise dazu dienen, alle Microservices zu verfolgen und deren Informationen zugänglich zu machen.
Erwartungsmanagement und Kulturwandel
Eine solche Transformation erfordert nicht nur technische Änderungen, sondern auch einen kulturellen Wandel innerhalb des Unternehmens. Die Unterstützung durch die Führungsebene ist unerlässlich, um die notwendigen Ressourcen bereitzustellen und die Erwartungen an den Prozess zu managen. Die Kommunikation mit allen Beteiligten – vom Management über die Stakeholder bis hin zu den Kunden – ist entscheidend, um Verständnis und Unterstützung für die Migration zu schaffen.
Ausgewogenheit zwischen Geschwindigkeit und Vertrauen
Bei der Migration ist ein Gleichgewicht zwischen schneller Umsetzung und dem Aufbau von Vertrauen in die neue Architektur wichtig. Es sollte sichergestellt werden, dass die neue Umgebung zuverlässig und leistungsstark ist, bevor weitere Kunden migriert werden. Die Einrichtung von Kontrollen und Gleichgewichten hilft dabei, eine hohe Zuverlässigkeit zu gewährleisten und langfristig Zeit und Mühe zu sparen.
Insgesamt erfordert der Übergang zu Microservices eine gründliche Planung, die richtigen Tools und Technologien sowie eine Anpassung der Unternehmenskultur. Mit einer strategischen Herangehensweise und einer ganzheitlichen Sicht auf technische und organisatorische Aspekte kann diese Transformation erfolgreich gemeistert werden.
Microservices oder Monolith
|Kriterium
|Microservices
|Monolith
|Architektur
|Zerlegung in kleine, unabhängige Services, die spezifische Geschäftslogiken umsetzen.
|Eine einzige, große Codebasis für alle Aspekte der Anwendung.
|Entwicklung
|Ermöglicht parallele Entwicklung durch unabhängige Teams.
|Entwicklung kann durch Größe und Komplexität der Codebasis verlangsamt werden.
|Skalierbarkeit
|Hoch skalierbar, da einzelne Komponenten unabhängig voneinander skaliert werden können.
|Skalierung oft durch Skalierung der gesamten Anwendung, was ineffizient sein kann.
|Deployment
|Einfacheres Deployment neuer Funktionen durch unabhängige Services.
|Deployment neuer Funktionen erfordert oft Deployment der gesamten Anwendung.
|Teamstruktur
|Fördert kleine, cross-funktionale Teams, die für spezifische Services verantwortlich sind.
|Kann größere, zentralisierte Teams erfordern, die an verschiedenen Teilen der Anwendung arbeiten.
|Technologie-Stack
|Verschiedene Technologien und Programmiersprachen können innerhalb der Services genutzt werden.
|Meist gebunden an einen einzigen Technologie-Stack für die gesamte Anwendung.
|Fehlerisolierung
|Fehler in einem Service beeinflussen nicht direkt die gesamte Anwendung.
|Fehler in einem Teil der Anwendung können weitreichende Auswirkungen haben.
|Datenmanagement
|Jeder Service kann seine eigene Datenbank nutzen, was die Datenkonsistenz komplexer macht.
|Einheitliche Datenbank, die die Datenintegrität vereinfacht, aber zu einem Single Point of Failure werden kann.
Bei der Wahl zwischen einer Microservices- und einer Monolith-Architektur sollten Unternehmen mehrere Schlüsselfaktoren berücksichtigen. Zunächst ist das Ziel des Time-to-Market entscheidend. Monolithische Systeme bieten oft einen schnelleren Markteintritt, während Microservices in späteren Projektphasen durch ihre Skalierbarkeit und flexible Anpassungsmöglichkeiten Vorteile bringen können. Auch die erwartete Verarbeitungskapazität spielt eine Rolle: Trotz der verbreiteten Annahme, dass Microservices für hohe Anforderungen besser geeignet sind, zeigen Beispiele wie Shopify, dass auch Monolithen enorme Anforderungen bewältigen können.
Die Größe und Erfahrung des Teams sind weitere wichtige Überlegungen. Während größere, erfahrene Teams die Komplexität von Microservices gut managen können, ist für kleinere Teams oder solche ohne Erfahrung in verteilten Systemen ein Monolith oft die bessere Wahl. Dies hängt eng mit der vorhandenen Infrastruktur zusammen, die ebenfalls bei der Entscheidungsfindung berücksichtigt werden muss, da sie maßgeblich bestimmt, welcher Architekturansatz realisierbar ist.
Schließlich sollte das Risikoprofil des Projekts bewertet werden. Microservices bieten zwar Vorteile in Bezug auf Flexibilität und Skalierbarkeit, können jedoch auch Herausforderungen in puncto Netzwerkkommunikation und Fehleranfälligkeit mit sich bringen. Ein Monolith hingegen mag in einigen Aspekten limitiert sein, bietet jedoch oftmals eine einfachere Wartung und Fehlersuche.
Letztendlich hängt die Entscheidung zwischen Microservices und einem Monolithen von einer ausgewogenen Bewertung dieser Aspekte ab. Es gibt keinen "One-size-fits-all"-Ansatz, sondern die Wahl sollte auf den individuellen Anforderungen und Gegebenheiten des jeweiligen Projekts basieren. In manchen Fällen kann auch eine hybride Lösung, die Elemente beider Architekturen kombiniert, die optimale Wahl sein.
Fazit
Microservices haben sich als zukunftsorientierte Architektur in der Softwareentwicklung etabliert und bieten durch ihre Modularität und Flexibilität erhebliche Vorteile. Sie ermöglichen eine effizientere und agilere Entwicklung sowie Wartung, indem jede Komponente auf eine spezifische Funktion fokussiert und autonom arbeitet. Dies führt zu einer verbesserten Skalierbarkeit und Ressourcennutzung im Vergleich zu monolithischen Systemen. Allerdings bringen Microservices auch Herausforderungen mit sich, wie erhöhten organisatorischen Aufwand, komplexeres Debugging und höhere Infrastrukturkosten.
Die Entscheidung zwischen Microservices und einem Monolithen sollte basierend auf verschiedenen Faktoren wie Time-to-Market, Teamgröße, Erfahrung und der vorhandenen Infrastruktur getroffen werden. In einigen Fällen kann sogar ein hybrider Ansatz, der beide Architekturen kombiniert, die beste Lösung sein.
Letztlich sind Microservices mehr als nur eine technische Entscheidung; sie repräsentieren einen kulturellen Wandel in der Art und Weise, wie Software entwickelt und gewartet wird. Mit der richtigen Herangehensweise und den geeigneten Werkzeugen können sie eine effektive Lösung für viele moderne Softwareentwicklungsprojekte sein.
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