Monolithische vs. Microservices: Die wichtigsten Unterschiede

Von E-Commerce-Websites über globale Zahlungssysteme bis hin zu Unternehmensplattformen - die Softwarearchitektur ist das Rückgrat jedes digitalen Systems. Sie bestimmt, wie die einzelnen Komponenten und Softwaredienste miteinander kommunizieren und zusammenarbeiten, um ein nahtloses Nutzererlebnis zu ermöglichen.

Die Wahl eines kosteneffizienten Architekturansatzes ist entscheidend für globale Zahlungssystemlösungen, bei denen Einfachheit, Leistung, Sicherheit und Skalierbarkeit entscheidend sind.

In diesem Artikel befassen wir uns mit den beiden wichtigsten Ansätzen der Softwarearchitektur: monolithische Architektur und Microservices-Architektur. Wir tauchen tief in die beiden Ansätze ein, bewerten ihre wichtigsten Vorteile und Grenzen und geben dir Tipps, wie du die richtige Wahl für deine geschäftlichen Anforderungen und deine Wachstumsambitionen triffst.

Was ist eine monolithische Architektur?

Die monolithische Architektur ist das traditionelle Softwareentwicklungsmodell, bei dem ein einheitliches Softwaresystem auf einer einzigen Codebasis aufgebaut ist. Bei diesem Modell sind alle einzelnen Softwarekomponenten der Anwendung eng integriert und werden als eine einzige zusammenhängende Einheit eingesetzt. Aus diesem Grund haben monolithische Anwendungen meist eine große und komplexe Codebasis, die in einem zentralen Kontrollsystem gespeichert wird.

Die monolithische Architektur kombiniert Datenbankmanagement, Benutzeroberflächen und serverseitige Anwendungselemente wie Datenzugriffsschichten, Geschäftslogik und Authentifizierungsmodule. Da diese Komponenten voneinander abhängig sind, muss jede einzelne vorhanden und voll funktionsfähig sein, damit die Anwendung richtig funktioniert. Du kannst dir eine monolithische Architektur wie ein traditionelles Haus vorstellen, in dem die Küche, das Wohnzimmer und die Schlafzimmer alle Teil eines einzigen Gebäudes sind. Wenn ein Raum repariert werden muss, muss oft das ganze Haus in Mitleidenschaft gezogen werden.

Zu den üblichen Anwendungsfällen für monolithische Architekturen gehören Anwendungen in der Anfangsphase, interne Unternehmensplattformen und Softwaresysteme, die von kleineren Teams entwickelt werden.

Vorteile der monolithischen Architektur

Eine monolithische Architektur bietet mehrere Vorteile, wie z. B. eine rationalisierte Entwicklung und vereinfachte Bereitstellung, eine verbesserte Leistungseffizienz und optimierte Tests.

Einfachheit in der Erstentwicklung

Systeme mit monolithischer Architektur sind in den frühen Phasen des Softwareentwicklungszyklus schneller und einfacher zu entwickeln.

Da die Entwicklungsteams innerhalb einer einzigen Codebasis arbeiten, müssen sie keine komplexe Kommunikation zwischen den Diensten verwalten. Das senkt die Komplexität der Anwendungsentwicklung und verringert das Risiko eines Koordinationsaufwands.

Einfacher Einsatz

Monolithische Anwendungen werden in der Regel als eine einzige Einheit bereitgestellt, was die Verwaltung und Administration zentralisiert. In einigen Fällen kann die Bereitstellung so einfach sein wie das Kopieren des Anwendungspakets auf einen Server.

Leistungseffizienz

Eine einzige Codebasis vereinfacht die Protokollierung, das Konfigurationsmanagement und die Leistungsüberwachung. Da die Komponenten direkt innerhalb desselben Systems kommunizieren, haben monolithische Anwendungen mit einer geringen Anzahl von Benutzern und Threads oft eine geringere Latenz und schnellere Reaktionszeiten.

Einfaches Testen und Debuggen

Aufgrund ihrer inhärenten Einfachheit sind Systeme mit monolithischer Architektur einfacher zu warten und zu debuggen. Da alle Komponenten in einer einzigen Umgebung existieren, können die Entwicklungsteams die Anwendung als Ganzes testen und die Fehlersuche erleichtern.

Monolithische Anwendungen enthalten auch weniger Teile als beispielsweise serviceorientierte Architekturen, was die Anzahl der Testvariablen und -szenarien reduziert.

Einschränkungen bei Skalierbarkeit und Integration

Trotz ihrer Einfachheit und der Leichtigkeit der anfänglichen Entwicklung stehen Systeme mit monolithischer Architektur vor erheblichen Herausforderungen in Bezug auf Skalierbarkeit, Integration und Wartbarkeit, wenn die Anwendungen an Größe und Komplexität zunehmen.

Vertikale Skalierungsbeschränkungen

Da sie eng miteinander verbunden sind, können monolithische Systeme schwer zu aktualisieren und zu skalieren sein. Sie erfordern in der Regel eine anwendungsweite Skalierung. Wenn eine Komponente aktualisiert werden muss, müssen möglicherweise auch andere Elemente skaliert werden, und die gesamte Anwendung muss neu kompiliert, getestet und bereitgestellt werden.

Um die Skalierungsanforderungen zu erfüllen, müssen Entwicklungsteams oft mehrere Kopien der gesamten monolithischen Anwendung auf verschiedenen Servern bereitstellen, was ineffizient und zunehmend zeitaufwändig sein kann.

Herausforderungen der Integration

Die Integration neuer Technologien oder Dienste von Drittanbietern in monolithische Anwendungen ist oft mühsam.

Die enge Kopplung der Komponenten macht die Integration weniger flexibel und zunehmend schwieriger zu handhaben, ohne das gesamte System zu stören. Eine Änderung in einem Bereich, wie z. B. dem Authentifizierungsmodul, kann sich auf das gesamte System auswirken und eine komplette Neueinführung erfordern.

Engpässe und langsamerer Einsatz

Mit der Zeit kann eine monolithische Codebasis aufgebläht werden, was zu einer geringeren Leistung und längeren Bereitstellungszyklen führt. Wenn die Anwendung wächst, müssen möglicherweise die zugrunde liegenden Frameworks oder Programmiersprachen aktualisiert werden, um sicher und funktional zu bleiben.

Dieser Prozess ist jedoch in der Regel ressourcenintensiv und kosteneffizient, da selbst geringfügige Aktualisierungen ungewollt Auswirkungen auf nicht verwandte Funktionen haben können.

Was ist eine Microservices-Architektur?

Microservices sind eine Art von Softwarearchitektur, bei der die Anwendung über eine Sammlung kleinerer, unabhängig voneinander einsetzbarer Dienste entwickelt wird. Diese Dienste kommunizieren oft über APIs oder asynchrone Nachrichtensysteme, die es ihnen ermöglichen, ohne direkte Abhängigkeit zu interagieren. Jeder Dienst führt eine bestimmte Geschäftsfunktion aus und arbeitet in seiner eigenen Umgebung.

Die Microservices-Architektur ist mit dem Aufkommen von Cloud Computing und Container-Technologien immer beliebter geworden. Sie ist heute der führende architektonische Ansatz für den Aufbau verteilter Systeme. Unternehmen wie Netflix, Amazon und PayPal haben Microservices eingeführt, um ihre komplexen, anspruchsvollen Anwendungen zu unterstützen.

Vorteile der Microservices-Architektur

Die Microservices-Architektur eignet sich gut für zunehmend komplexe und skalierbare Anwendungen, die eine kontinuierliche Bereitstellung und Entwicklung erfordern.

Unabhängige Skalierbarkeit

Die Microservices-Architektur ermöglicht es Unternehmen, ihre Dienste unabhängig voneinander zu skalieren, je nach Echtzeitbedarf und Systemleistung. Durch diese Flexibilität bleibt die Leistung auch bei hohem Verkehrsaufkommen hoch und die Ressourceneffizienz steigt.

Erhöhte Flexibilität in der Technologie

Da die Dienste unabhängig voneinander entwickelt werden können, können die Entwicklungsteams die beste Programmiersprache oder Datenbank für jeden Dienst wählen. Eine Empfehlungsmaschine könnte zum Beispiel Python mit Bibliotheken für maschinelles Lernen verwenden, während ein Echtzeit-Chatdienst WebSockets und eine NoSQL-Datenbank nutzen könnte.

Schnellere Entwicklung und Bereitstellung

Mehrere Teams können gleichzeitig neue Funktionen entwickeln, testen und einsetzen. Dieser modulare Ansatz reduziert Engpässe, beschleunigt die Markteinführung und unterstützt häufige Aktualisierungen.

Verbesserte Widerstandsfähigkeit

Da Microservices unabhängig voneinander funktionieren, führt ein Ausfall eines Dienstes nicht zum Ausfall des gesamten Systems. Diese eingebaute Redundanz verbessert die Betriebszeit und Fehlertoleranz durch die Trennung der Dienste.

Nahtlose Integration

Microservices sind von Natur aus für die API-basierte Kommunikation ausgelegt, was die Integration mit Diensten von Drittanbietern oder Partnern erleichtert.

Herausforderungen bei Management und Koordination

Microservices bieten zwar Skalierbarkeit und Flexibilität für komplexe Systeme, stehen aber auch vor großen Herausforderungen bei der Verwaltung und Koordination.

Operative Komplexität

Die Verwaltung unabhängiger Dienste in mehreren Umgebungen erfordert eine robuste Infrastruktur und erfahrene Ingenieurteams. Wenn die Zahl der Dienste wächst, kann es schwierig werden, die Skalierungsbemühungen, Aktualisierungen und Bereitstellungszeitpläne zwischen den Teams zu koordinieren. Kontinuierliche Integration, teamübergreifende Koordination und Container-Orchestrierung sind für die effektive Verwaltung von Microservices unerlässlich.

Überwachung und Fehlersuche

Die Fehlersuche bei lose verbundenen Diensten ist ohne zentralisierte Protokollierungs- und Tracing-Tools oft schwierig. Um die Ursache von Problemen zu finden, müssen Anfragen über mehrere Dienste und Umgebungen hinweg verfolgt werden, was zeitaufwändig sein kann.

Probleme mit der Datenkonsistenz

Das Erreichen einer starken Datenkonsistenz in einem verteilten System ist von Natur aus komplex. Entwickler müssen oft kompensierende Transaktionen implementieren oder sich auf eventuelle Konsistenzmodelle verlassen, um Zuverlässigkeit und Datensicherheit zu gewährleisten.

Kommunikations-Overhead

Netzwerkbasierte Interaktionen zwischen verschiedenen Microservices führen oft zu Netzwerklatenz und potenziellen Fehlerpunkten. Je mehr Abhängigkeiten zwischen den Diensten bestehen, desto geringer ist die Gesamtleistung des Systems und desto größer ist das Risiko von Kommunikationsfehlern.

Wie lassen sich monolithische und Microservices-Architekturen vergleichen?

Die Wahl zwischen einer monolithischen und einer Microservices-Architektur ist oft eine wichtige Entscheidung, die bestimmt, wie Software entwickelt, skaliert und gewartet wird. Jeder Ansatz bietet unterschiedliche Vorteile und Herausforderungen, von der Entwicklungsgeschwindigkeit und Teamstruktur bis hin zur Flexibilität bei der Bereitstellung und langfristigen Skalierbarkeit.

Die folgende Tabelle zeigt einen Vergleich zwischen monolithischen und Microservices-Architekturen und hilft dir zu entscheiden, welches Modell am besten zu deinen technischen Zielen und Geschäftsanforderungen passt.

Warum Microservices ideal für globale Zahlungssysteme sind

Aufgrund seiner inhärenten Skalierbarkeit, Ausfallsicherheit und Flexibilität ist der Microservices-Ansatz am besten geeignet, um globale Zahlungssysteme zu unterstützen.

Hohe Transaktionsvolumina bewältigen

Die Microservices-Architektur ist darauf ausgelegt, hohe Transaktionsvolumina mit Präzision und Effizienz zu bewältigen. Da einzelne Microservices unabhängig voneinander skaliert werden können, ohne das gesamte System zu beeinträchtigen, können Zahlungsanbieter ihre Ressourcen strategisch einsetzen. Das ist besonders wichtig für Unternehmen, die einen neuen Markt erschließen und ihren Kundenstamm erweitern wollen.

Microservice-Anwendungen ermöglichen es Zahlungssystemen auch, plötzliche Spitzen im Transaktionsvolumen zu bewältigen und einen reibungslosen Betrieb in Zeiten hohen Verkehrsaufkommens wie am Schwarzen Freitag oder zu Weihnachten aufrechtzuerhalten. Unternehmen wie Google und Amazon setzen auf KI-gesteuerte Microservice-Orchestrierung, um schwankende Verkehrslasten zu bewältigen und die Zuverlässigkeit über Zeitzonen und Regionen hinweg aufrechtzuerhalten.

Unterstützung mehrerer Zahlungsarten

Mit der Microservices-Architektur können Zahlungssysteme das effiziente Onboarding verschiedener Zahlungsarten unterstützen. Microservices-Anwendungen ermöglichen modulare Integrationen mit mehreren Zahlungsmethoden, darunter Kredit- und Debitkarten, digitale Geldbörsen, QR-Codes und Banküberweisungen. Dank dieser Flexibilität können Unternehmen den sich verändernden Marktanforderungen und Kundenwünschen gerecht werden.

Verfügbarkeit und Sicherheit gewährleisten

Die Microservices-Architektur gewährleistet eine hohe Verfügbarkeit und reduziert Ausfallzeiten, was für das Vertrauen der Kunden in den globalen Zahlungsverkehr entscheidend ist. Wenn ein Dienst ausfällt, kann er isoliert und neu gestartet werden, ohne die Zahlungsabwicklung zu unterbrechen oder andere Dienste zu beeinträchtigen.

Microservices ermöglichen es Unternehmen außerdem, kritische Komponenten des Zahlungssystems, wie Zahlungsautorisierung, Risikobewertung oder Betrugserkennung, unabhängig voneinander zu skalieren. Diese gezielte Skalierbarkeit erhöht die Sicherheit und stärkt die Widerstandsfähigkeit des Systems. Mit einer angemessenen Isolierung der Dienste, Fallback-Mechanismen und einem Lastausgleich zwischen den Diensten und Regionen können Zahlungsanbieter selbst in Spitzenzeiten oder bei teilweisen Systemausfällen sichere, unterbrechungsfreie Transaktionen gewährleisten.

Schnellere Innovation

Die Microservices-Architektur erleichtert die schnellere Entwicklung und Bereitstellung neuer Funktionen und Zahlungsmöglichkeiten, wie z. B. die Integration von Treueprogrammen oder One-Click-Checkouts. Entwicklungsteams können gleichzeitig an unabhängigen Diensten arbeiten, Aktualisierungen bereitstellen und neue Funktionen testen, ohne eine vollständige Systemversion zu koordinieren. Diese Unabhängigkeit verkürzt die Markteinführungszeit und ermöglicht schnelle Innovationen.

Ein europäischer Zahlungsanbieter könnte regionsspezifische Steuer- oder Compliance-Prüfungen einführen, ohne das in anderen Regionen verwendete Kernsystem zu verändern. So können Zahlungsorganisationen auf lokaler Ebene experimentieren und sich an veränderte Marktbedingungen anpassen, ohne dass es zu systemweiten Unterbrechungen kommt.

Wann man sich für eine monolithische Architektur entscheidet

Die monolithische Architektur eignet sich gut für kleinere Anwendungen oder Projekte in der Anfangsphase mit begrenzter Komplexität. Eine lokale Rechnungsanwendung oder ein Nischensystem für den Einzelhandel könnte zum Beispiel von einem monolithischen Ansatz profitieren.

Es ist auch ideal für Startup-Unternehmen, die mit einem begrenzten Budget schnell entwickeln und einsetzen wollen. Kleine Entwicklungs- und DevOps-Teams können monolithische Systeme effizient aufbauen und verwalten, ohne die betriebliche Komplexität von Microservices. Monolithische Architekturen dienen oft als Ausgangspunkt für Minimum Viable Products (MVPs) und Proof-of-Concept-Projekte, mit denen Unternehmen ihre Produkte auf dem Markt testen können, bevor sie auf komplexere, verteilte Systeme skalieren.

Der Übergang von monolithischen zu Microservices

Der Übergangsprozess von einer monolithischen Architektur zu Microservices ist eine Form der Anwendungsmodernisierung. Viele bekannte Unternehmen wie Netflix, Spotify und Instagram begannen als monolithische Anwendungen, die später auf eine Cloud-basierte Microservices-Architektur umgestellt wurden. Dieser Übergang ist oft ein komplexer Prozess, der eine sorgfältige Planung und Ausführung erfordert.

Zu den häufigsten Herausforderungen gehören Refactoring, Datenmanagement und Servicegrenzen. Unternehmen müssen zunächst Servicegrenzen festlegen, um die einheitliche Codebasis in kleinere, unabhängig voneinander einsetzbare Services aufzuteilen. Die Verwaltung gemeinsamer Daten in diesen Diensten ist ebenfalls mit einigen Schwierigkeiten verbunden, vor allem wenn zuvor zentralisierte Datenbanken partitioniert oder umgestaltet werden müssen.

Die Gewährleistung der Abwärtskompatibilität ist während der Migration von entscheidender Bedeutung, da Altsysteme unter Umständen mit neu eingeführten Diensten koexistieren müssen. Schließlich ist es wichtig, die Ausfallzeiten während der Migration zu minimieren, um die Kontinuität der Dienste aufrechtzuerhalten und Unterbrechungen für die Endnutzer zu vermeiden.

Best Practices für die Bereitstellung von Microservices

Eine erfolgreiche Migration erfolgt oft schrittweise, unterstützt durch starke DevOps-Praktiken und umfassende Teststrategien.

Die schrittweise Migration ermöglicht es Unternehmen, Microservices in Phasen einzuführen, ohne das gesamte System zu unterbrechen. Sie können mit einer Anwendungskomponente, z. B. der Benutzeroberfläche, beginnen und andere Module je nach geschäftlichen Prioritäten und technischer Machbarkeit schrittweise entkoppeln. Eine E-Commerce-Plattform könnte zum Beispiel zunächst die Benutzeroberfläche als eigenständigen Dienst isolieren und dann nach und nach Module wie die Auftragsabwicklung und die Bestandsverwaltung entkoppeln.

Unternehmen sollten die Grundsätze des Domain-Driven Design (DDD) anwenden, um klare Fähigkeiten zu definieren und sicherzustellen, dass jeder Microservice eine gezielte und zusammenhängende Verantwortung hat. Mit der richtigen Strategie können sich Unternehmen schrittweise zu einer Microservice-Architektur entwickeln, die Innovation und langfristige Skalierbarkeit unterstützt. Beobachtbarkeit und Protokollierung sollten schon früh im Prozess priorisiert werden, um die rechtzeitige Erkennung potenzieller Probleme zu gewährleisten und die Zuverlässigkeit des Systems zu erhalten.

Da das System immer verteilter wird, sorgt die Automatisierung für einen reibungslosen Betriebsablauf zwischen den Diensten. Sie rationalisiert die Bereitstellung, ermöglicht schnelle Tests und vereinfacht das Rollback durch robuste CI/CD-Pipelines. Dadurch wird die manuelle Arbeit reduziert und der Betrieb über verschiedene Umgebungen hinweg konsistent gehalten.

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Abschluss

Die Entwicklung der Softwaretechnik hat die Entwicklung neuer Architekturstile vorangetrieben, die den Anforderungen moderner Anwendungen gerecht werden. Im Mittelpunkt dieses Wandels steht die Unterscheidung zwischen monolithischen und Microservices-Architekturen. Monolithische Systeme fassen alle Anwendungskomponenten in einer einzigen, einheitlichen Codebasis zusammen, was die anfängliche Entwicklung und Bereitstellung sowie die Fehlersuche und das Testen vereinfacht. Monolithische Architekturen eignen sich vor allem für kleinere Teams oder Anwendungen mit begrenzter Komplexität, bei denen ein kostengünstiger und unkomplizierter Ansatz ausreicht. Diese Systeme sind jedoch oft nicht in der Lage, effizient zu skalieren, wachsende Nutzerzahlen zu bewältigen oder sich verändernde Geschäftsanforderungen zu unterstützen.

Microservices hingegen unterteilen Anwendungen in lose gekoppelte, unabhängig voneinander einsetzbare Dienste. Dieser modulare Aufbau ermöglicht eine unabhängige Entwicklung, schnellere Aktualisierungen und eine höhere Ausfallsicherheit. Für Zahlungsdienstleister, die weltweit tätig sind, bieten Microservices handfeste Vorteile: bessere Skalierbarkeit, nahtlose Integration mit Diensten von Drittanbietern, Fehlerisolierung und die Flexibilität, neue Geschäftsmöglichkeiten mit minimalen Ausfallzeiten zu erschließen. Trotz der Komplexität der Verwaltung und des potenziellen Aufwands für die Kommunikation zwischen den Diensten und die Datenkonsistenz eignen sich Microservices sehr gut für wachstumsstarke, transaktionsintensive Umgebungen.

Während sich die Zahlungsbranche mit neuen Technologien weiterentwickelt, bleibt die Softwarearchitektur ein grundlegendes Element für die Zukunft. Unabhängig davon, ob dein Unternehmen eine Zahlungsplattform von Grund auf aufbaut oder einen schrittweisen Übergang zu Microservices plant, ist es wichtig, dass du deine architektonischen Entscheidungen auf deine langfristige Vision abstimmst. Berücksichtige deine langfristigen Geschäftsziele, die Anforderungen an die Skalierbarkeit und die betrieblichen Zwänge, um den Architekturstil zu wählen, der deinem System Wachstum, Anpassung und Erfolg ermöglicht.