A escalabilidade de software ou escalabilidade de TI é a medida de flexibilidade para aumentar ou diminuir as capacidades do software de lidar com o aumento ou diminuição de cargas de trabalho, adicionar ou remover usuários com o mínimo impacto de custo.
Mas atualmente a escalabilidade se refere sobretudo à capacidade do software de executar e suportar quantidades crescentes de dados. Por exemplo, as empresas que estão crescendo rapidamente devem prestar atenção especial à importância da escalabilidade ao avaliar suas escolhas de hardware e software.
Por que o software de escalonamento é importante?
A princípio, o cenário atual de mudanças e incertezas, ser capaz de aumentar ou diminuir a escala para atender às mudanças sazonais de demanda é absolutamente necessário. Além disso, quando o software é muito rígido, o dimensionamento pode ser caro.
O software escalável pode permanecer estável enquanto se adapta a mudanças, atualizações, revisões e redução de recursos. Esta resiliência, portanto, quer dizer que ele tem alta tolerância a erros.
Um sistema escalável não é imune a erros, mas aquele que mantém a sua integridade estrutural e a segurança dos dados em um cenário de falha. Além disso, deve ser capaz de rastrear rapidamente o problema e se recuperar.
Problemas com sistemas não escalonáveis
Quando um sistema de software é difícil ou mesmo impossível de escalar, surgem diversos problemas:
– Tempo de inatividade: uma empresa, portanto, não pode fornecer serviços online quando os usuários não conseguem acessar um site ou aplicativo durante cargas pesadas. Se o sistema não estiver disponível, é difícil reter clientes e convencê-los a fazer compras. Como consequência, as organizações sofrem perdas de milhões de dólares.
– Desempenho reduzido: um número crescente de visitantes pode resultar em inúmeras solicitações que a plataforma deve processar simultaneamente.
– Experiência ruim para o usuário: as pessoas tendem a parar de usar o produto devido à indisponibilidade parcial ou total do serviço, erros e carregamento lento de conteúdo. Um total de 57% dos consumidores abandonam um site que não carrega em 3 segundos.
– É difícil modificar o sistema: adicionar novos módulos ou simplesmente alterar a lógica existente do negócio pode consumir muito tempo e gerar custos extras altos ao realizar atualizações.
– Baixas classificações de pesquisa do Google: se o sistema não conseguir lidar com o aumento de cargas, isso pode resultar em tempo de inatividade. Uma indisponibilidade de 6 horas é suficiente para diminuir a classificação do site em 30%,, enquanto o dano às classificações pode durar até 60 dias.
Quando o site da Amazon.com ficou fora do ar por 45 minutos em 2013, a empresa perdeu US $ 5 milhões. Hoje, apenas um tempo de inatividade de 60 segundos custará à Amazon mais de US $ 223.000.
Uma vez que nem todos os sistemas se destinam a servir milhares de usuários e suportar cargas pesadas, vamos dar uma olhada na lista de soluções que devem fornecer escalabilidade por padrão.
Tipos de escalas
A escala pode ser vertical ou horizontal. Normalmente pensamos em escala horizontal, adicionando mais nós ao sistema para lidar com trabalho adicional, em vez de escala vertical, pela qual apenas colocamos mais potência (CPUs, memória e/ou armazenamento) às máquinas existentes.
Empregando escala horizontal, uma empresa conecta mais máquinas para lidar com uma quantidade cada vez maior de trabalho. Para isso, os especialistas em infraestrutura de TI (tecnologia da informação) aumentam ou diminuem o número de servidores em função da carga. Assim, essa carga é distribuída entre vários servidores.
O sistema escalável deve servir a 1 usuário tal qual o faria para 100 ou 10.000.
Zoom, um exemplo de escalabilidade de software
O Zoom cresceu exponencial e rapidamente no início de 2020, tornando-se o serviço de bate-papo por vídeo preferido em vários países, incluindo Estados Unidos e Brasil. Diante da realidade da pandemia, da necessidade urgente de comunicação a distância entre as pessoas, o Zoom ampliou sua oferta de serviços e seus negócios para dar suporte a centenas de milhares de usuários.
Ou seja, o Zoom foi redimensionado para atender à surpreendente demanda.
O ponto principal desse exemplo é que a escalabilidade não se trata apenas de abrir espaço para crescer, mas de ser capaz de aproveitar as oportunidades quando elas aparecem. Se seus principais sistemas de gerenciamento de negócios não forem escaláveis, você pode perder oportunidades críticas.
Chaves para escalabilidade de software
Seleção de software e infraestrutura
A infraestrutura de hardware é essencial à escalabilidade do software para suportar bancos de dados mais robustos e lidar com cargas de trabalho maiores. Também é importante selecionar o software por sua escalabilidade. Por exemplo:
- Quantos usuários você pode adicionar?
- É fácil adicionar usuários?
- Como é licenciado (por exemplo, perpétuo ou assinatura)?
- Quais são seus limites de dados?
- Quais são seus limites de funcionalidades?
- As funcionalidades podem ser expandidas (tem integração com aplicativos, por exemplo)?
Como construir um software escalável?
1. Defina as funcionalidades
Estabelecer uma base de funcionalidades é crucial. Planeje quais os tipos de funções que você deseja integrar ao seu produto. Não precisa ser um plano elaborado, mas considere os fatores de desenvolvimento desses recursos. Você tem os recursos para realizar essas atualizações de recursos a longo prazo? Você pode manter a qualidade e a funcionalidade dos recursos originais?
Também não é necessário construir toda a capacidade do software desde a primeira versão. É possível liberar um MVP e ir aumentando a capacidade a partir daí. Mas é preciso projetar a sua estrutura com flexibilidade suficiente para se ajustar às mudanças e atualizações.
2. Escolha a Base de dados
A escolha do tipo de armazenamento de banco de dados para o desenvolvimento do projeto é crucial. Muitos dos problemas encontrados no software de escalonamento estão relacionados ao tipo de banco de dados.
Para minimizar e prevenir complicações futuras, determine qual o tipo de banco de dados é adequado para o seu projeto: armazenamento de objetos ou relacional? Ambos são bem sólidos, mas têm suas vantagens e desvantagens.
O banco de dados de armazenamento de objetos é ideal para quem precisa realizar alterações rápidas por um curto período de tempo. Ele permite dimensionar o software sem complicar os dados.
Já o banco de dados relacional fornece amplo acesso a informações com a compensação de problemas de bloqueio em nível de linha ou de tabela.
3. Atenção ao código
Escrever um código bem pensado e limpo desempenha um papel essencial no dimensionamento do software. Código de alta qualidade é sinônimo de uma saída mais duradoura.
Isso significa que será mais fácil duplicá-lo e testá-lo no futuro, pois será simples e legível para outros desenvolvedores que venham a trabalhar nele.
Isso chama a atenção para um aspecto importante aqui: para escrever um código de alta qualidade, é preciso contar com um desenvolvedor capaz de fazer bem esse trabalho.
4. Defina a arquitetura
Descrever a estrutura do seu sistema e a interação entre seus componentes (bancos de dados, serviços, aplicativos, hardware). O objetivo é construir uma arquitetura flexível que atenda aos requisitos atuais do projeto e que, ao mesmo tempo, possa aumentar no futuro.
A arquitetura de microsserviços é uma das abordagens mais recomendadas para criar um aplicativo como um conjunto de serviços fracamente acoplados, cada um responsável por um determinado recurso ou processo. Se alguma parte não funcionar, isso não afetará todo o sistema. Também é possível escalonar elasticamente o aplicativo, habilitando o escalonamento automático de recursos para cima ou para baixo.
Aspectos que devem ser considerados na escalabilidade de software
Integrações e microsserviços
Primeiramente, os microsserviços são uma abordagem arquitetônica que suporta naturalmente a ideia de escalabilidade. Refere-se à construção de software a partir de uma gama de componentes funcionais, em sua maioria independentes, que se comunicam entre si por meio de protocolos.
Cada componente pode ter sua própria pilha de tecnologia e, o que é mais importante, é escalonado de maneira desigual, dependendo dos requisitos atuais e do estágio de desenvolvimento.
Na prática, isso quer dizer despejar recursos extras em partes específicas do sistema quando for necessário e construí-lo de forma heterogênea. Uma arquitetura monolítica tradicional permite dimensionar um sistema apenas como um todo, o que geralmente é ineficiente e muito mais caro.
Os microsserviços também funcionam muito bem para a arquitetura de aplicativos escalonáveis porque esses sistemas são mais fáceis de atualizar para novas tecnologias e, por padrão, são mais resilientes. Uma vez que cada componente está isolado, a sobrecarga em uma extremidade não fará com que todo o sistema entre em colapso e pode ter pouco ou nenhum efeito em outros componentes.
Para garantir mais segurança nos microsserviços, pode ser interessante aplicar a integração com JWT, API Gateway e um Lambda Autorizador, adicionando uma camada de autenticação e autorização sem muito esforço.
Nuvem, SaaS e hosting
A escolha da hospedagem determinará não apenas a arquitetura da escalabilidade de software – um aplicativo web, por exemplo –, mas também os recursos necessários para desenvolver e oferecer suporte ao sistema. De modo geral, toda a estratégia de expansão depende do tipo de hospedagem escolhido.
Você pode hospedar um aplicativo localmente usando seu hardware e sua infraestrutura com uma equipe de especialistas para dar suporte interno. Também pode usar serviços de computação em nuvem pública e delegar grande parte da manutenção e suporte ao provedor de cloud.
Essa tecnologia é o principal impulsionador e habilitador da escalabilidade. A hospedagem na nuvem permite dimensionar de forma nativa e instantânea.
Plataformas como Amazon Web Services (AWS), Microsoft Azure e Google Cloud Platform oferecem dezenas de serviços essenciais e úteis para gerenciamento de dados, integração e manutenção de infraestrutura eficazes. Por outro lado, a hospedagem em nuvem pode ser mais cara do que uma abordagem local.
A escalabilidade de software local implica em expansão física da capacidade de computação interna. É uma tarefa desafiadora de engenharia que requer não apenas recursos, mas também habilidades e competência para instalar, administrar e manter a infraestrutura em crescimento. Além disso, a velocidade do dimensionamento local é limitada por sua capacidade de expandir fisicamente sua infraestrutura.
O armazenamento em nuvem não só torna possível acessar dados de qualquer lugar, mas também facilita armazenar grandes quantidades de dados.
Qual tipo de banco de dados escolher?
A escolha do banco de dados influencia a escalabilidade de seu software.
Dependendo dos requisitos de negócios, pode ser necessário usar um “Relational Database Management Systems” (RDBMS), também chamados de SQL.
Além disso, pode ser necessário armazenar dados desconectados, ou seja, dados que não têm relacionamento transacional. Nesse caso, escolha um banco de dados NoSQL.
MySQL, MSSQL, Oracle e PostgreSQL são ótimos exemplos de RDBMSs escalonáveis. Por sua vez, MongoDB, Redis e Cassandra são opções populares para bancos de dados NoSQL escalonáveis.
Quais abordagens de desenvolvimento são as mais adequadas?
A escolha de ambiente de tempo de execução e estrutura influencia a escalabilidade de seu software. Embora aqui também os requisitos de negócios direcionem essa decisão, alguns ambientes têm desempenhos melhores e comprovados em relação à escalabilidade.
O Node.js, , por exemplo, ajuda a criar aplicativos da web escaláveis com facilidade. Uma de suas vantagens é a Memoização, em que o servidor armazena em cache a resposta por 1 minuto. Portanto, mesmo que os dados sejam alterados, o cliente obtém os mesmos dados antigos durante esse período de latência.
Serviços SaaS como ECS, Kubernetes, armazenamento elástico, CDNs, balanceadores de carga, data lakes e muito mais permitem que engenheiros de software e arquitetos criem sistemas que podem ser escalonados naturalmente. O Docker também é visto como uma excelente alternativa para muitos engenheiros de software.
Abordagens como o design orientado por domínio ajudam a reduzir a complexidade da arquitetura. Ter um pipeline de CI/CD adequado reduz significativamente os pontos problemáticos com o desenvolvimento e implantação de vários serviços interconectados. É uma prática recomendada automatizar o máximo possível todos os aspectos do processo de desenvolvimento.
Já as CDNs, por sua arquitetura – mesmo sem um provisionamento exagerado ou uma série de data centers redundantes –, permitem que as aplicações Web sejam resilientes e altamente escaláveis para suportarem momentos em que existam picos de acessos e melhorem sua escalabilidade de software.
Todos softwares podem ser escaláveis?
Tecnicamente, é possível dimensionar todos os produtos de software, mas alguns exigem atualizações significativas para serem escalados com êxito.
Como construir com boa escalabilidade de software?
Em suma, para desenvolver softwares, aplicativos ou sites escalonáveis, os engenheiros de software precisam escolher a arquitetura e a stack de tecnologia adequadas.
Escalabilidade é um processo contínuo
A escalabilidade do software é crítica para suportar o crescimento e readequar os negócios em tempos de incerteza, ampliando ou reduzindo operações conforme o necessário.
Ao projetar um produto escalável, portanto, a empresa será capaz de atender às necessidades do seu mercado de forma rápida e fácil. A escalabilidade do software permite que os negócios permaneçam estáveis e produtivos, apesar das volatilidades de cada setor, e traz benefícios também no longo prazo, com menores gastos de manutenção, maior agilidade e custos de atualização mais baratos.
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