ИССЛЕДОВАНИЕ ПОДХОДА К ПРОЕКТИРОВАНИЮ РАСПРЕДЕЛЁННЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ МИКРОСЕРВИСНОЙ АРХИТЕКТУРЫ

RESEARCH OF AN APPROACH TO DESIGNING DISTRIBUTED SYSTEMS BASED ON MICROSERVICE ARCHITECTURE

Grishkov Aleksandr Vladimirovich

2nd year master’s student, Moscow State University of Technology “STANKIN”,

Russia, Moscow

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается подход к проектированию распределённой цифровой платформы на основе микросервисной архитектуры. Основное внимание уделено декомпозиции предметной области, определению границ сервисов, выбору модели межсервисного взаимодействия и экспериментальной проверке архитектурных свойств реализованного прототипа. Показано, что сочетание изоляции данных, независимых зон ответственности и комбинированного взаимодействия через REST API и брокер сообщений позволяет повысить масштабируемость и ограничить влияние частичных отказов на работу платформы.

ABSTRACT

The article considers an approach to designing a distributed digital platform based on microservice architecture. The main attention is paid to domain decomposition, definition of service boundaries, selection of an interservice interaction model, and experimental verification of the architectural properties of the implemented prototype. It is shown that data isolation, independent areas of responsibility, and combined interaction through REST API and a message broker improve scalability and limit the impact of partial failures on the platform operation.

Ключевые слова: микросервисная архитектура; распределённые системы; цифровая платформа; декомпозиция; масштабируемость; отказоустойчивость.

Keywords: microservice architecture; distributed systems; digital platform; decomposition; scalability; fault tolerance.

Развитие цифровых платформ сопровождается ростом требований к производительности, масштабируемости, отказоустойчивости и сопровождаемости программных систем. Для платформ электронной коммерции и корпоративных сервисов особенно важна способность обрабатывать большое количество одновременных запросов, сохранять работоспособность при частичных отказах и расширяться без полной переработки архитектуры. Монолитный подход при увеличении функциональности приводит к высокой связанности компонентов, усложнению сопровождения и необходимости масштабировать всё приложение целиком даже тогда, когда нагрузка возрастает только на отдельные его части.

В работе исследуется задача проектирования распределённой цифровой платформы на основе микросервисной архитектуры. Основной акцент сделан не на выборе микросервисов как готового решения, а на формировании обоснованного подхода к декомпозиции системы, разработке требований, определению границ сервисов, выбору модели взаимодействия компонентов и экспериментальной проверке полученной архитектуры. Цель исследования связана с повышением эффективности и устойчивости цифровой платформы за счёт разработки архитектурной основы масштабируемых систем.

В ходе исследования были рассмотрены монолитная, сервис-ориентированная и микросервисная архитектуры, а также способы взаимодействия компонентов распределённых систем. Анализ показал, что микросервисная архитектура целесообразна для систем, в которых нагрузка распределяется неравномерно между функциональными областями, а отказ отдельного компонента не должен приводить к полной остановке приложения. При этом само разделение системы на сервисы не гарантирует масштабируемость и отказоустойчивость: ключевое значение имеют корректное выделение зон ответственности, снижение межсервисной связанности, изоляция данных и выбор механизмов взаимодействия. Данный вывод согласуется с современными подходами к проектированию микросервисных и распределённых систем [1; 2].

Для решения этой задачи предложена модель декомпозиции распределённой системы на микросервисы, основанная на последовательном применении системного и функционального анализа. Модель включает анализ предметной области, выделение бизнес-процессов и основных сущностей, формирование зон ответственности, определение границ микросервисов, оценку связанности компонентов и учёт требований к масштабируемости, отказоустойчивости и расширяемости. Такой подход позволяет перейти от анализа предметной области к структуре системы и снижает риск появления избыточных зависимостей между компонентами.

В качестве предметной области выбрана цифровая платформа интернет-магазина, поскольку она сочетает разные типы нагрузки и бизнес-сценариев: регистрацию и аутентификацию пользователей, просмотр каталога, поиск и фильтрацию товаров, работу с корзиной, оформление заказов и отправку уведомлений. На основе анализа предметной области сформированы функциональные, нефункциональные и архитектурные требования. Они зафиксировали основные пользовательские операции, необходимость стабильного времени отклика, обработки большого числа одновременных запросов, защиты данных, сопровождаемости, расширяемости, слабой связанности, изоляции данных, независимого развертывания, горизонтального масштабирования и локализации отказов.

На основе сформированных требований разработана архитектура цифровой платформы, включающая сервис пользователей, сервис каталога, сервис заказов и сервис уведомлений. Сервис пользователей отвечает за регистрацию и аутентификацию, сервис каталога — за хранение и поиск товарных позиций, сервис заказов — за работу с корзиной, оформление заказа и публикацию события о его создании, сервис уведомлений — за обработку событий и формирование сообщений пользователям. Такая структура отражает разделение предметной области на самостоятельные зоны ответственности и позволяет развивать, тестировать и масштабировать компоненты независимо.

Для взаимодействия компонентов применена комбинированная модель обмена данными. Синхронное взаимодействие через REST API используется в операциях, где требуется немедленное получение результата, например при получении данных о товарах или проверке информации при оформлении заказа. Асинхронное взаимодействие через брокер сообщений применяется для событийных и фоновых процессов, не требующих мгновенного ответа пользователю. После успешного создания заказа событие передаётся в брокер сообщений и далее обрабатывается сервисом уведомлений. Такое разделение позволяет не блокировать основной пользовательский сценарий вспомогательными операциями и снижает зависимость между сервисами. Использование комбинации синхронных запросов и событийной обработки соответствует распространённым практикам построения слабосвязанных сервисов [3].

Практическая часть исследования включала реализацию прототипа цифровой платформы. Микросервисы разработаны как самостоятельные серверные приложения на базе Kotlin и Spring Boot. Для хранения данных использована PostgreSQL с разделением областей данных между сервисами. Синхронный обмен реализован через REST API, асинхронная передача событий — через Apache Kafka. Для контейнеризации применены Docker и Docker Compose, а для сбора и визуализации метрик — Micrometer, Prometheus и Grafana. Были реализованы основные пользовательские сценарии: создание пользователя, получение каталога, поиск товаров, добавление позиций в корзину, оформление заказа, публикация события и обработка уведомления. Разделение областей данных между сервисами также связано с принципами автономности компонентов и снижением межсервисной связанности [4].

Для оценки архитектурных свойств системы проведено экспериментальное исследование, включавшее нагрузочное тестирование и анализ поведения платформы при отказах отдельных микросервисов. В качестве основных метрик использовались время отклика, количество запросов в секунду и уровень ошибок. Первый нагрузочный сценарий моделировал комплексную пользовательскую активность: регистрацию, аутентификацию, получение каталога, поисковые запросы, работу с корзиной и оформление заказа. Второй сценарий был направлен на изолированную нагрузку сервиса каталога и позволил оценить способность архитектуры локализовать повышенную read-нагрузку в пределах одного компонента.

Результаты нагрузочных испытаний показали, что реализованная платформа сохраняет работоспособность при интенсивном потоке пользовательских запросов без критической деградации производительности. В комплексном сценарии система обеспечивала выполнение ключевых операций, а рост времени отклика оставался контролируемым. Изолированное тестирование сервиса каталога подтвердило, что высокая нагрузка на операции чтения и поиска не приводит к избыточной активации остальных микросервисов. Это указывает на корректность декомпозиции и возможность независимого масштабирования наиболее нагруженных компонентов.

Для проверки отказоустойчивости были смоделированы отказы отдельных сервисов. При отключении сервиса уведомлений основные пользовательские операции продолжали выполняться: пользователь мог пройти аутентификацию, получить данные каталога, добавить товар в корзину и оформить заказ. Событие о создании заказа сохранялось в брокере сообщений и обрабатывалось после восстановления сервиса уведомлений. При отключении сервиса каталога возникала частичная деградация функций, напрямую зависящих от данных о товарах, однако сервис пользователей и операции просмотра ранее созданных заказов продолжали работать. Эти результаты показывают, что сбой локализуется в границах зависимых сценариев и не приводит к полной остановке платформы.

Таким образом, в работе выполнен полный цикл исследования: проведён анализ архитектурных подходов, разработана модель декомпозиции распределённой системы, сформированы требования, спроектирована микросервисная архитектура, реализован прототип и проведена экспериментальная проверка его свойств. Практическая ценность результата заключается в том, что предложенный подход может использоваться архитекторами и разработчиками для более обоснованного выделения микросервисов, проектирования межсервисного взаимодействия и проверки архитектурных решений. Для пользователей эффект выражается в большей стабильности основных сценариев, поскольку вспомогательные процессы не блокируют оформление заказа, а отказ отдельного компонента приводит к ограниченной деградации зависимых функций. Для организации преимущества выражаются в управляемом масштабировании, независимом развитии сервисов и снижении потенциальных потерь от простоев.

Список литературы:

1. Newman S. Building Microservices: Designing Fine-Grained Systems. 2nd ed. Sebastopol: O’Reilly Media, 2021. — 616 p.
2. Richardson C. Microservices Patterns: With Examples in Java. Shelter Island: Manning Publications, 2018. — 520 p.
3. Fowler M., Lewis J. Microservices // martinfowler.com. — 2014. — URL: https://martinfowler.com/articles/microservices.html (дата обращения: 27.05.2026).
4. Kleppmann M. Designing Data-Intensive Applications. Sebastopol: O’Reilly Media, 2017. — 616 p.
5. Dragoni N., Giallorenzo S., Lafuente A.L. et al. Microservices: Yesterday, Today, and Tomorrow // Present and Ulterior Software Engineering. Cham: Springer, 2017. — P. 195–216.