Modularität 4.0 - Kritik der modularen Unvernunft

Microservices, Self-Contained-Systems und modulare Systeme basieren sämtlich auf identischen Grundprinzipien, nämlich:

Modularisierung,
Information-Hiding,
Separation of Concern,
hohe Kohäsion,
geringe Kopplung und
(vor allem) niedrige Komplexität

Ich wettere gegen zu viel „Micro“, und gegen zu wenig Verständnis der grundlegenden Prinzipien.

Dabei treffen Sie auf einige typische Missverständnisse sowie praktische Hinweise, wie Siediese fundamentalen Prinzipien in eigener Architektur- und Entwicklungsarbeit einsetzen können.

Transcript

1. Modularisierung 4.0 Kritik der modularen Unvernunft Gernot Starke INNOQ Fellow
2. Gernot Starke INNOQ Fellow, Architektur-Verbesserer, Coach, Trainer arc42 aim42 iSAQB
3. Kritik im positiven Sinn (von Analyse) „Was kann ich wissen?“
4. „Habe Mut, dich deines eigenen Verstandes zu bedienen.“
5. Kant • ARD Mediathek: Kant für Anfänger Quelle: Wikipedia
6. Stand der Praxis • Technische Schulden • Schlechte time to market • Klotz-am-Bein
7. Ursache: Komplexität
8. Komplexität Ursache (fast) aller Übel
9. Symptome von Komplexität • Kleine Änderungen haben gravierende Konsequenzen change amplification • Sie müssen viele Details wissen cognitive load • Kein Offensichtlichkeit unknown unknowns https://disenthrall.co/complexity-is-easy/
10. Komplexität als Summe = # ∗ Teile: • Software-Komponenten • Abhängigkeiten • Notwendige Aktivitäten
11. • Änderungen aufwändig • Instabilität • Hohes Fehlerrisiko • und... Photo by NeONBRAND on Unsplash Konsequenz:
12. Abwärtsspirale Konsequenz:
13. Wie kommt‘s dazu? ...es ist doch ganz einfach...
14. Input Output Architektur Entwicklung Anforderungen Software
15. Input Output
16. Input Output ? Photo by John Cameron on Unsplash
17. Anforderungen
18. Unterschiedliche und widersprüchliche Anforderungen... • Fachbereich: Leichte Änderbarkeit • Management (1): Geringe Entwicklungskosten • Management (2): Geringe Betriebskosten • Juristen: Höchste Datensicherheit • User: Einfache Benutzbarkeit
19. Unterschiedliche und widersprüchliche Anforderungen... Anforderungen stehen in Konflikt zueinander: • Performance und Verständlichkeit • Performance und Änderbarkeit • Sicherheit und Benutzbarkeit • Robustheit und (Laufzeit-)Flexibilität
20. Wie kommt‘s dazu? ...es ist doch ganz einfach (Teil 2) ...
21. Wie kommt‘s dazu? ...es ist doch ganz einfach...
22. Software entwerfen = Verantwortung verteilen Feature neu K1 Kn Kneu
23. Der tägliche Entscheidungs-Horror... Feature neu K1 Kn Kneu Besser für Performance Besser für Security Einfacher für das Team
24. Abhilfe: Kleiner Micro
25. Modernes Prinzip: „Small is beautiful (SIB)“ SIB reduziert: • (lokale) Mengenkomplexität • Entwicklungsaufwand
26. Modernes Prinzip: „Small is beautiful (SIB)“ SIB steigert (!): • Laufzeit-Komplexität • Infrastruktur-Komplexität
27. Groß Klein Micro
28. Monolithisch Services Microservices, Self Contained Systems
30. • Unabhängig(er) entwickelbar • Geringere (lokale) Komplexität • Austauschbarkeit • Skalierbarkeit • <u.v.a.m> Vorteile von Services
31. Monolithisch Services • Betriebssystem • Datenbank • App-Server • Monitoring • (Lokale) Security • Cloud-Provider Details • Cloud-Services • Datenbank • (Distributed) Security • Docker • Service Broker • Event Store • Kubernetes • Istio Service Mesh • Terraform • Verteiltes Monitoring • Log-Aggregation Erforderliches Know-How für Betrieb
32. Monolithisch Services Laufzeit nano, micro, milli, Sek, Min
33. Zeit Taktfrequenz 1 GHz -> Taktdauer 1 Nanosekunde 1 Sekunde = 1.000.000.000 Nanosekunden Licht: pro Nanosekunde 20cm
34. Zeit... 1 x klatschen entspricht 1 Nanosekunde Photo by Austin Ban on Unsplash
35. Main Memory Access (100nSec) Zähne putzen Photo: M. Zomer, https://www.pexels.com/photo/adorable-animal-animal-portrait-blur-422212/
36. Methodenaufruf (~5 Sec) Episode 1 / Staffel 1 https://www.amc.com/shows/breaking-bad
37. 2kB via 1 Gbps Netzwerk senden (20Sec)
38. SSD Random Read (150 Sec) 5 Staffeln „Breaking Bad“ (ca. 36h) Photo by Alex Plesovskich on Unsplash
39. IP Roundtrip: EU – California - EU (150 mSec) https://www.hkdm.de/news-detail/news/bachelor-abschlussveranstaltung-der-hkdm-am-6-juli-2017/ Bachelor-Studium... (ca. 4.8 Jahre)
40. Zeit (Quellen) • L1 cache reference ......................... 0.5 ns • Compress 1K bytes with Zippy ............. 3,000 ns = 3 µs • Send 2K bytes over 1 Gbps network ....... 20,000 ns = 20 µs • SSD random read ........................ 150,000 ns = 150 µs • Read 1 MB sequentially from memory ..... 250,000 ns = 250 µs • Round trip within same datacenter ...... 500,000 ns = 0.5 ms • Read 1 MB sequentially from SSD ..... 1,000,000 ns = 1 ms • Disk seek ........................... 10,000,000 ns = 10 ms • Read 1 MB sequentially from disk .... 20,000,000 ns = 20 ms • Send packet CA->Netherlands->CA .... 150,000,000 ns = 150 ms https://gist.github.com/jboner/2841832 https://dzone.com/articles/every-programmer-should-know
41. remote ist NICHT das neue local
42. Modul? Photo by Robin Glauser on Unsplash
43. Modul: • Abgeschlossene funktionale Einheit https://unsplash.com/photos/pKIsW0JS0o8
44. Modul: • Explizite Angabe von • Angebot (provided) • Bedarf (required) https://www.thomann.de/de/harley_benton_ultimate_drive.htm
45. Modul: • Trennt Schnittstelle von Implementierung
46. Prinzipien... Quelle: https://www.amazon.com/Peter-Principle-Things-Always-Wrong/dp/0062092065
48. Gelten: immer fast
49. • Lose Kopplung • Hohe Kohäsion • Geheimnisprinzip • Separation of Concerns • KISS • SOLID, DRY, YAGNI • Pfadfinder-Regel • <u.s.w.> Geltungsbereich: Kommt Drauf An KDA Prinzipien im Software-Engineering
50. KDA: Schwer!
51. Kopplung + Kohäsion
52. Kopplung und Kohäsion • Hohe Kohäsion führt zu loser Kopplung nach außen. -./ = 2 X Z Y - = 5 . = 6 / = 3
53. Lose Kopplung Hohe Kohäsion Versicherte Person Name, Vorname etc. Krankenversicherungs-Nr + Rentenversicherungs-Nr Versicherte Person Name, Vorname etc. Krankenversicherungs-Nr Rentenversicherungs-Nr
54. Lose Kopplung Hohe Kohäsion Security Versicherte Person Name, Vorname etc. Krankenversicherungs-Nr Rentenversicherte Person Rentenversicherungs-Nr
55. Kohäsion Welche Dinge gehören zusammen?
56. Welche Dinge gehören zusammen? AB X AB X CD AB CD AB CD X B X A X
57. ... kommt drauf an Form... AB X AB X CD AB CD AB CD X B X A X AB X AB X CD AB CD AB CD X B X A X Farbe... Text... Größe... AB X AB X CD AB CD AB CD X B X A X AB X AB X CD AB CD AB CD X B X A X
58. Kohäsions- Anti-Pattern UDS (User Data Service) Order & Fullfillment Vouchers & Rebates Sales & Contracts Archive Price Management Marketing & Sales Campaigns Atlas Customs & Logistics Pricing Engine Sales Backend Private+Corp Sales Backend eGovernment Middleware (Message-Queue) fachliche Module Fachliche Berechnungen finden in Middleware statt...
59. Kohäsion: Anti-Pattern Module/Package Größe (KLOC) % org.foo.views 24.9 19% org.foo.controller 15.4 12% org.foo.services 3.2 2% org.foo.dto 2.2 2% org.foo.util 84.0 65% Gesamt 129.755 LoC 100%
60. Prinzipien anwenden
61. Trenne innen & außen private / public öffentlich sichtbar innere Details (Geheimnisse)
62. Trenne innen & außen private / public Java public class FXMod extends Application { public void start(Stage primaryStage) throws Exception { ... } privat Boolean validateStageBeforeDisplay(Stage stage) { ... } Go package timer type StopWatch struct { start time.Time total time.Duration running bool } func (s *StopWatch) Start() { if !s.running { s.start = time.Now() s.running = true } } func main() { clock := new(timer.StopWatch) clock.Start() if clock.running { // ILLEGAL https://yourbasic.org/golang/public-private/
63. Trenne innen & außen private / public Python >>> class Foo(object): ... __bar = 99 ... def PrintBar(self): ... print(self.__bar) >>> myFoo = Foo() >>> myFoo.__bar #does not work >>> myFoo._Foo__bar „Wäre nett, wenn...“ Python macht Einhaltung von „private“ (double-underscore) „dunders“ optional!
64. private / public genügt nicht... Java • CLASSPATH & jar Hölle • Reflection • API = alle public <x> • import sample.*; • private: schlecht testbar https://www.funnybits.mobi/2014/08/nice-try-mom.html
65. Anti-Pattern in C++ #define private public
66. Sondern: expliziter Export öffentlich nutzbar innere Details (Geheimnisse)
67. Sondern (genauer): expliziter Export öffentlich nutzbar innere Details (Geheimnisse) innere Details (Geheimnisse) C1 C4 C2 C3 C5 C6 C7
68. Reliable Configuration: vermeidet classpath Probleme Strong Encapsulation: Modul definiert API Scalable Runtime: Ermöglicht schlankere Runtime-Images Module mit Java Jigsaw... informatik-aktuell.de/entwicklung/programmiersprachen/java-9-das-neue-modulsystem-jigsaw-tutorial.html
69. Deep, not shallow interface functionality interface functionality J.Ousterhout Niedrige „Kosten“ an Schnittstelle (kleiner == besser) Funktionalität (mehr == besser)
70. Simple interfaces •Einfach zu verstehen •Ohne Zusatzwissen nutzbar •Verbirgt innere Details •„klein“ •Verhindert Missbrauch Beispiel: Unix File I/O int open(...) size read(...) size write(...) int lseek(...) int close(...)
71. (not so) simple interface Apache PDFBox • ~ 50 Packages, • >500 Klassen, • >> 1000 public Methoden
72. Fazit (1)... Bessere Anforderungen Bessere Software www.innoq.com REQ DEV
73. Fazit (2)... Kohäsion als Schlüssel... ... zu guter Modularität www.innoq.com
74. Wägen Sie ab... Komplexität der Entwicklung Komplexität in Betrieb und Administration www.innoq.com DEV OPS
75. Danke! Fragen? Dr. Gernot Starke Gernot.Starke@innoq.com +49 177 728 2570 Krischerstr. 100 40789 Monheim am Rhein Germany +49 2173 3366-0 Ohlauer Str. 43 10999 Berlin Germany +49 2173 3366-0 Ludwigstr. 180E 63067 Offenbach Germany +49 2173 3366-0 Kreuzstr. 16 80331 München Germany +49 2173 3366-0 Hermannstrasse 13 20095 Hamburg Germany +49 2173 3366-0 Gewerbestr. 11 CH-6330 Cham Switzerland +41 41 743 0116 innoQ Deutschland GmbH innoQ Schweiz GmbH www.innoq.com