Escalabilidad: decisiones de diseño claves para un crecimiento sin límites

Descubre cómo la escalabilidad influye en el éxito de un proyecto y aprende a tomar las decisiones de diseño correctas desde el inicio para garantizar un crecimiento eficiente y sostenible.

En el mundo actual, con un uso de la tecnología en constante expansión, la escalabilidad se ha convertido en un aspecto crucial en el desarrollo de proyectos. La escalabilidad se refiere a la capacidad de un sistema para manejar una carga de trabajo creciente de manera eficiente. Sin embargo, la escalabilidad no es un producto de la casualidad. Es el resultado de decisiones de diseño tomadas durante las etapas iniciales de un proyecto.

Elección de la tecnología

La elección de la tecnología es una de las primeras decisiones de diseño que se toman en un proyecto. Esta elección puede tener un impacto significativo en la escalabilidad, es importante investigar y entender las capacidades y limitaciones de todas las tecnologías que pretendemos usar antes de seleccionarlas para un proyecto.

Esto incluye:

• Entender cómo la tecnología maneja la concurrencia.
• La gestión de la memoria.
• Cómo se comporta bajo carga.

La elección de una tecnología que no es capaz de manejar las demandas de escalabilidad de un proyecto puede resultar en problemas de rendimiento y una necesidad de rediseño futuro (y temprano) del sistema.

Arquitectura del sistema

La arquitectura del sistema es otra decisión de diseño que puede afectar la escalabilidad. Una arquitectura bien diseñada permitirá que el sistema se expanda y se adapte a las crecientes demandas.

La arquitectura de un sistema debe ser flexible y adaptable:

• Debe permitir la adición de nuevos componentes y servicios sin interrumpir el funcionamiento del sistema existente.
• Debe ser resiliente y ser capaz de soportar fallos de un componente sin causar una interrupción drástica del servicio.

Arquitecturas como la Arquitectura de microservicios o la Arquitectura de eventos puede facilitarnos la escalabilidad del sistema.

Los beneficios de la Arquitectura de Microservicios

La arquitectura de microservicios emerge como una solución que ofrece una escalabilidad sin precedentes, permitiendo a las empresas adaptarse rápidamente a las cambiantes demandas del mercado y a la evolución tecnológica.

La arquitectura de microservicios es un enfoque de diseño de software que consiste en descomponer una aplicación en un conjunto de servicios más pequeños, cada uno ejecutándose de manera independiente y comunicándose entre sí a través de interfaces bien definidas, como por ejemplo APIs. Esta modularidad permite una mayor flexibilidad y eficiencia en el desarrollo, despliegue y mantenimiento de aplicaciones.

Una de las principales ventajas de los microservicios es la capacidad de escalar horizontalmente. En lugar de aumentar la capacidad de un solo servidor (escalabilidad vertical), los microservicios permiten añadir más instancias de un servicio en diferentes servidores. Esto no solo mejora la capacidad de gestión de las cargas de trabajo, sino que también ofrece una mayor resistencia ante fallos, ya que el problema en un servicio no afecta al resto de ellos.

Con los microservicios, es posible optimizar el uso de recursos asignando más potencia de cómputo a los servicios que lo requieren, mientras que los servicios menos demandados pueden funcionar con menos recursos. Esta asignación dinámica de recursos no solo es eficiente desde el punto de vista del coste, sino que también asegura un rendimiento óptimo de la aplicación.

Un enfoque clave para diseñar una arquitectura de microservicios efectiva es el Diseño Orientado a Dominios (DDD, por sus siglas en inglés). El Diseño Orientado a Dominios es una metodología que se centra en el entendimiento profundo del dominio del negocio y en la creación de modelos que reflejen fielmente ese dominio. En lugar de centrarse en la tecnología o en la estructura de datos, DDD pone énfasis en los conceptos y procesos del negocio, permitiendo que los desarrolladores creen soluciones que realmente resuelvan problemas específicos del negocio y ayudándonos a evitar prácticas incorrectas como una elevada segmentación en microservicios o lo contrario, la creación de microservicios con un acoplamiento entre diferentes dominios.

Seguir DDD nos ayuda a definir límites claros entre los diferentes dominios del negocio, asegura que cada microservicio tenga un propósito claro y alineado con los objetivos del negocio y promueve la creación de interfaces bien definidas para la comunicación entre microservicios.

Los beneficios de la Arquitectura de Eventos

La arquitectura de eventos es un estilo de arquitectura de software que promueve la producción, detección y reacción a los eventos. Presenta múltiples beneficios:

1. Escalabilidad: Una de las principales ventajas de una arquitectura de eventos es su capacidad para escalar. Dado que los eventos son independientes entre sí, pueden ser procesados en paralelo, lo que permite un alto grado de escalabilidad.
2. Desacoplamiento: La arquitectura de eventos promueve el desacoplamiento entre los productores y consumidores de eventos. Esto significa que un cambio en un servicio no debería requerir un cambio en otros servicios, lo que facilita la escalabilidad y la mantenibilidad.
3. Resiliencia: La arquitectura de eventos puede aumentar la resiliencia de un sistema. Si un servicio falla, los eventos que no pudo procesar pueden ser tratados por otro servicio, lo que mejora la disponibilidad del sistema.

Pero recuerda: como los eventos son procesados de forma asíncrona, puede existir un retraso antes de que los cambios se reflejen en todo el sistema, valida que este aspecto cumple con los requerimientos del sistema.

Base de datos

La elección de la base de datos también puede afectar la escalabilidad. Algunas bases de datos son excelentes para manejar grandes volúmenes de datos y permitir hibridación en el Cloud, mientras que otras pueden tener dificultades. Además, el diseño de la base de datos, como la elección de índices y la normalización de datos, puede tener un impacto en la escalabilidad.

Una base de datos bien diseñada puede manejar un gran volumen de usuarios y transacciones. Hemos de estudiar el uso de técnicas como la de particionado o incluso Sharding (dividir una base de datos en partes más pequeñas y manejables) y la replicación (crear copias de la base de datos para distribuir la carga). Relacionado con la replicación, uno de los patrones que merece ser analizado en tu proyecto es el patrón CQRS.

CQRS (Command Query Responsibility Segregation)

CQRS es una solución arquitectónica que separa las operaciones de lectura (consultas, que leen el estado del sistema) de las operaciones de escritura (comandos, que cambian el estado del sistema), optimizando así ambos procesos. Entre las ventajas de este patrón podemos encontrar:

1. Escalabilidad Independiente: Permite escalar los sistemas de lectura y escritura de forma independiente, lo que es especialmente útil en aplicaciones con una carga desigual entre lecturas y escrituras.
2. Optimización del Rendimiento: Al separar las consultas de los comandos, se pueden optimizar las bases de datos, el indexado de datos y los modelos para cada tipo de operación, mejorando así el rendimiento general. Podemos utilizar diferentes soluciones de gestores de bases de datos para las consultas y los comandos
3. Seguridad Mejorada: CQRS facilita la implementación de medidas de seguridad específicas para lecturas y escrituras.
4. Simplicidad en las Consultas: Las consultas pueden ser más sencillas y directas, ya que no están mezcladas con la lógica de los comandos ni con el diseño de la base de datos de comandos.
5. Mantenimiento y Evolución: La clara separación de responsabilidades hace que el código sea más fácil de mantener y evolucionar con el tiempo. Permite incrementar las funcionalidades de las consultas sin afectar al rendimiento de los comandos.

Uso de la Caché

La caché es una tecnología que almacena temporalmente datos en un espacio de almacenamiento de acceso rápido.

Su objetivo es reducir el tiempo de acceso a los datos y disminuir la carga de los sistemas.

Al usar caché en nuestra solución lograremos:

• Reducir la latencia: Al almacenar datos frecuentemente accedidos en la caché, se reduce significativamente la latencia, ya que los datos se recuperan mucho más rápido que si hemos de acceder a los repositorios de datos. Adicionalmente, al responder más rápidamente a las peticiones de los usuarios, lograremos una mejor experiencia de usuario
• Disminuir la carga de trabajo: La caché puede disminuir la carga en los servidores al evitar la necesidad de procesar repetidamente las mismas peticiones, aumentando así la eficiencia de nuestro sistema.

Monitorización y alertas

Por último, pero no menos importante, es imprescindible tener un sistema de monitorización y alertas que nos permita detectar y responder rápidamente a cualquier problema que pueda surgir a medida que aumenta el número de usuarios.

En la mayoría de los casos, las tecnologías seleccionadas para nuestra arquitectura del sistema ya dispondrán de una solución de monitorización “Out of the Box” o estarán preparadas para integrarse con diversas herramientas de mercado que pueden ayudar en la gestión de la monitorización y las alertas. Es fundamental disponer de una monitorización continua y una configuración de alertas basadas en reglas o Machine Learning.

De esta forma podremos detectar proactivamente los problemas antes de que afecten a los usuarios, optimizar los recursos entendiendo cómo los estamos usando o detectando picos inesperados de consumo y detectar anomalías que puedan convertirse posteriormente en problemas que afecten a nuestros usuarios.

Conclusión

La escalabilidad es un aspecto esencial en el diseño de proyectos. Las decisiones de diseño tomadas en las primeras etapas pueden tener un impacto significativo en la escalabilidad. Por lo tanto, es crucial considerar la escalabilidad desde el principio y tomar decisiones de diseño bien estudiadas. En el caso de CaixaBank, CaixaBank Tech es el motor de la transformación tecnológica del grupo CaixaBank y nos encargamos de asegurar la escalabilidad de sus soluciones, garantizando que puedan gestionar el constante crecimiento del banco y adaptarse a las necesidades futuras de manera eficiente.