Gids voor de ontwikkeling van cloudnative toepassingen 2025

15 augustus 2024

Cloud-native applicatie-ontwikkeling is een hoeksteen geworden van moderne software-engineering en zorgt voor innovatie en efficiëntie in de technologie-industrie. Deze gids gaat in op de essentie van cloud-native ontwikkeling en belicht de belangrijkste concepten, voordelen, best practices en opkomende trends voor 2025.

Wat is cloud-native applicatieontwikkeling?

De ontwikkeling van cloud native applicaties omvat het creëren en implementeren van applicaties die speciaal zijn ontworpen om het volledige potentieel van cloud computing-omgevingen te benutten. Deze toepassingen worden meestal gebouwd met behulp van een microservicesarchitectuur, containerisatie en continue integratie/continue levering (CI/CD), waardoor schaalbaarheid, veerkracht en flexibiliteit worden gegarandeerd.

Sleutelconcepten in Cloud Native-ontwikkeling

1. Microservices-architectuur

Microservices architectuur verdeelt een applicatie in kleine, onafhankelijke services die communiceren via API's. Deze aanpak verbetert de modulariteit, waardoor teams elke service onafhankelijk kunnen ontwikkelen, implementeren en schalen.

2. Containerisatie

Containerisatie verpakt een applicatie en de afhankelijkheden ervan in een container en zorgt zo voor consistentie in verschillende omgevingen. Docker is een populair containerisatieplatform waarmee ontwikkelaars lichtgewicht, draagbare containers kunnen maken.

3. Orkestratie

Orkestratietools zoals Kubernetes automatiseren de inzet, het schalen en het beheer van gecontaineriseerde applicaties. Kubernetes beheert de levenscyclus van containers en zorgt voor optimaal gebruik van resources en fouttolerantie.

4. CI/CD-pijplijnen

CI/CD-pijplijnen automatiseren het proces van het integreren van codewijzigingen, het uitvoeren van tests en het implementeren van applicaties. Tools zoals Jenkins, GitLab CI en CircleCI vergemakkelijken continue integratie en levering, waardoor de tijd om producten op de markt te brengen korter wordt en de kwaliteit van de software toeneemt.

5. Dienstnetwerk

Een service mesh, zoals Istio of Linkerd, biedt een speciale infrastructuurlaag voor het beheren van service-naar-service communicatie. Het zorgt voor taken als load balancing, service discovery en beveiliging, waardoor het beheer van microservices wordt vereenvoudigd.

Voordelen van Cloud Native Ontwikkeling

1. Schaalbaarheid

Cloud native applicaties kunnen horizontaal schalen, waardoor een hogere belasting kan worden opgevangen door meer instanties van een service toe te voegen. Deze schaalbaarheid is essentieel voor het verwerken van variabele werklasten en het garanderen van een hoge beschikbaarheid.

2. Veerkracht

Microservices-architectuur en containerisatie vergroten de veerkracht door storingen te isoleren. Als één service faalt, heeft dit geen invloed op de hele applicatie, waardoor een gracieuze degradatie en eenvoudiger herstel mogelijk zijn.

3. Behendigheid

Cloud native ontwikkeling maakt snelle iteratie en implementatie mogelijk. Teams kunnen regelmatig nieuwe functies en updates uitbrengen en zo snel reageren op vragen uit de markt en feedback van gebruikers.

4. Kostenefficiëntie

Door gebruik te maken van cloudresources en mogelijkheden voor automatisch schalen, kunnen cloud native applicaties het gebruik van resources optimaliseren en de kosten verlagen. Dankzij de pay-as-you-go prijsmodellen betalen bedrijven alleen voor de resources die ze gebruiken.

5. Draagbaarheid

Containers zorgen ervoor dat applicaties consistent draaien in verschillende omgevingen, van ontwikkeling tot productie. Deze overdraagbaarheid vereenvoudigt de implementatie en vermindert het risico op omgevingsspecifieke problemen.

Wat is het CNCF?

De Cloud Native Computing Foundation (CNCF) is een open source softwarestichting die cloud native computing universeel en duurzaam wil maken. Het werd in 2015 opgericht door de Linux Foundation om de groei en evolutie van cloud native technologieën te ondersteunen, waaronder het gebruik van containers, microservices architectuur en dynamische orkestratie.

Belangrijkste doelstellingen en functies van het CNCF:

Kritieke projecten hosten: CNCF host enkele van de belangrijkste projecten in het cloud native ecosysteem, waaronder Kubernetes, Prometheus, Envoy en andere. Deze projecten zijn ontworpen om de ontwikkeling en implementatie van cloud native toepassingen te vergemakkelijken.
Standaarden en best practices: De stichting werkt aan het ontwikkelen en promoten van best practices en standaarden voor cloud native technologieën. Dit helpt ervoor te zorgen dat deze technologieën interoperabel zijn en naadloos kunnen samenwerken.
Bouwen aan gemeenschappen en ecosystemen: CNCF koestert een grote en actieve gemeenschap van ontwikkelaars, gebruikers en leveranciers. Deze gemeenschap werkt samen aan de ontwikkeling van cloud native technologieën, geeft feedback en deelt kennis.
Certificering en training: De stichting biedt certificeringsprogramma's aan, zoals de Certified Kubernetes Administrator (CKA) en Certified Kubernetes Application Developer (CKAD), waarmee mensen hun expertise in cloud native technologieën kunnen aantonen. De stichting biedt ook verschillende trainings- en onderwijsmiddelen aan.
Conferenties en evenementen: CNCF organiseert evenementen zoals KubeCon + CloudNativeCon, die tot de grootste bijeenkomsten van cloud native beoefenaars behoren. Deze evenementen bieden mogelijkheden om te netwerken, te leren en samen te werken.

Projecten gehost door CNCF:

Kubernetes: Een open-source platform voor het automatiseren van de implementatie, schaling en werking van applicatiecontainers.
Prometheus: Een toolkit voor monitoring en waarschuwingen, speciaal ontworpen voor betrouwbaarheid.
Gezant: Een open-source edge en service proxy ontworpen voor cloud-native toepassingen.
Containerd: Een industriestandaard core container runtime.
Helm: Een pakketbeheerder voor Kubernetes.

Voordelen van CNCF-lidmaatschap:

Organisaties die lid worden van CNCF profiteren van:

Invloed op de richting van cloud native technologieën.
Toegang tot de nieuwste ontwikkelingen en innovaties in de cloud native ruimte.
Netwerkmogelijkheden met andere toonaangevende bedrijven in de sector.
Verhoogde geloofwaardigheid en erkenning in de cloud native gemeenschap.

Wat zijn de factoren van de ontwikkelmethodologie voor Cloud Native toepassingen?

De Factor-methodologie is een verzameling principes en best practices die zijn ontworpen om ontwikkelaars te helpen robuuste en schaalbare cloud-native applicaties te bouwen. Deze methodologie is oorspronkelijk gedefinieerd door Heroku en biedt richtlijnen voor het bouwen van software-as-a-service (SaaS) toepassingen die draagbaar en veerkrachtig zijn en snel op- en afgeschaald kunnen worden. Elk van de twaalf factoren richt zich op een specifiek aspect van applicatieontwikkelingervoor zorgen dat applicaties geoptimaliseerd zijn voor cloudomgevingen.

De verklaarde factoren

1. Codebase (Eén codebase bijgehouden in revisiebeheer, veel implementaties)

- Een enkele codebase per applicatie onderhouden, bijgehouden in een versiebeheersysteem zoals Git. Meerdere implementaties (bijv. staging, productie) kunnen worden afgeleid van deze enkele codebase.

2. Afhankelijkheden (afhankelijkheden expliciet aangeven en isoleren)

- Declareer alle afhankelijkheden expliciet, met behulp van een tool voor afhankelijkheidsbeheer (zoals Maven voor Java, npm voor Node.js) en isoleer deze afhankelijkheden om conflicten te voorkomen.

3. Config (config opslaan in de omgeving)

- Sla configuratie-instellingen op in de omgeving in plaats van in de code. Dit omvat database-instellingen, API-sleutels en andere referenties, die meestal worden beheerd via omgevingsvariabelen.

4. Backingdiensten (Backingdiensten behandelen als gekoppelde bronnen)

- Behandel ondersteunende diensten (databases, wachtrijen voor berichten, caches, etc.) als bronnen die aangekoppeld en losgekoppeld kunnen worden. De applicatie dient geen onderscheid te maken tussen lokale diensten en diensten van derden.

5. Build, Release, Run (Strikt gescheiden build- en run-fasen)

- Zorg voor een strikte scheiding tussen de bouw-, release- en run-fases. Gebruik tools zoals Docker om deze fases te beheren en consistentie tussen verschillende omgevingen te garanderen.

6. Processen (de app uitvoeren als een of meer stateless processen)

- Ontwerp applicaties om als een of meer stateloze processen te draaien. Persistente gegevens moeten worden opgeslagen in een stateful backing service (zoals een database).

7. Port Binding (services exporteren via port binding)

- De applicatie moet op zichzelf staan en services beschikbaar stellen via poortbinding. Hierdoor kan de applicatie worden uitgevoerd als een zelfstandige service zonder afhankelijk te zijn van externe webservers.

8. Concurrency (Uitschalen via het procesmodel)

- Schaal de applicatie door meerdere instanties van stateless processen te draaien. Gebruik een procesmodel (bijv. worker processen, web processen) om concurrency af te handelen.

9. Disposability (Maximaliseer robuustheid met snel opstarten en gracieus afsluiten)

- Ontwerp applicaties voor snel opstarten en netjes afsluiten om de robuustheid te verbeteren. Dit helpt bij het omgaan met veranderingen in de vraag en vergemakkelijkt zero-downtime implementaties.

10. Dev/Prod-pariteit (ontwikkeling, staging en productie zo gelijk mogelijk houden)

- Zorg ervoor dat ontwikkel-, staging- en productieomgevingen zoveel mogelijk op elkaar lijken. Dit verkleint de kans op afwijkingen en zorgt voor consistent gedrag in verschillende omgevingen.

11. Logs (logs behandelen als gebeurtenisstromen)

- Behandel logs als event streams en beheer ze buiten de applicatie. Dit kan bereikt worden door logs naar stdout/stderr te sturen en gereedschappen te gebruiken om deze logs samen te voegen, op te slaan en te analyseren.

12. Beheerprocessen (Beheer-/managementtaken uitvoeren als eenmalige processen)

- Administratieve of beheertaken uitvoeren als eenmalige processen. Hieronder vallen databasemigraties, consoletaken en andere administratieve opdrachten.

Voordelen van de Factormethode

Draagbaarheid: Toepassingen kunnen eenvoudig worden verplaatst naar verschillende omgevingen (bijvoorbeeld van lokale ontwikkeling naar cloudplatforms) zonder wijzigingen.
Schaalbaarheid: De stateloze aard van de processen en de duidelijke scheiding van belangen maken het mogelijk om eenvoudig te schalen.
Onderhoudbaarheid: Duidelijke richtlijnen en scheiding van belangen maken de codebase eenvoudiger te onderhouden en te verbeteren.
Veerkracht: Goed beheer van configuratie, afhankelijkheden en stateless processen verbetert het vermogen van de applicatie om fouten netjes af te handelen.

Wat zijn de uitdagingen van de ontwikkeling van cloudnative toepassingen?

De ontwikkeling van cloud native applicaties biedt vele voordelen, maar brengt ook een aantal uitdagingen met zich mee. Deze uitdagingen komen voort uit de complexiteit van gedistribueerde systemen, de behoefte aan nieuwe vaardigheden en de dynamische aard van cloudomgevingen. Hier volgen enkele belangrijke uitdagingen waarmee ontwikkelaars en organisaties worden geconfronteerd bij het ontwikkelen van cloud native applicaties:

1. Complexiteit van de Microservices-architectuur

Microservices architectuur, een kernonderdeel van cloud native ontwikkeling, houdt in dat applicaties worden opgesplitst in kleinere, onafhankelijke services. Dit verhoogt de complexiteit op verschillende manieren:

Servicecoördinatie: Het beheren van communicatie en coördinatie tussen services kan een uitdaging zijn. Diensten moeten communicatie tussen diensten, gegevensconsistentie en transactiebeheer afhandelen.
Inzet en beheer: Het orkestreren van de inzet en het beheer van talloze microservices, vooral in verschillende omgevingen, kan complex zijn en vereist geavanceerde tools zoals Kubernetesability en Monitoring** Het monitoren van cloud native applicaties vereist meer geavanceerde tools en technieken in vergelijking met monolithische applicaties:
Gedistribueerd traceren: Om de stroom van verzoeken over meerdere diensten te begrijpen, zijn gedistribueerde traceringstools nodig zoals Jaeger of Zipkin.
Loggen en statistieken: Voor het aggregeren van logs en metrics van meerdere diensten en infrastructuurcomponenten zijn robuuste oplossingen nodig zoals Prometheus en de ELK stack (Elasticsearch, Logstash, Kibana) .

2. **Secud native omgevingen introduceren nieuwe beveiligingsuitdagingen:

Containerbeveiliging: Containers moeten gedurende hun hele levenscyclus worden beveiligd, van het maken van images tot het inzetten ervan. Tools zoals Docker Bench for Security en Kubernetes beveiligingsbeleid kunnen hierbij helpen.
Configuratiebeheer: Het veilig beheren van gevoelige informatie en configuraties met behulp van omgevingsvariabelen of tools voor het beheren van geheimen zoals HashiCorp Vault is essentieel.
Zero Trust Model: Het implementeren van een zero trust beveiligingsmodel waarbij elke component elk verzoek moet authenticeren en autoriseren maakt het complexer, maar is noodzakelijk voor de veiligheid.

3. **Uitdagingen op het gebied van netwerken*oud native omgeving is complexer dan in traditionele architecturen:

Service zoeken: Om ervoor te zorgen dat services elkaar dynamisch kunnen vinden en met elkaar kunnen communiceren, zijn service discovery-mechanismen zoals Consul of ingebouwde Kubernetes-services nodig.
Latency en betrouwbaarheid: Het beheren van latentie en het garanderen van betrouwbare communicatie tussen services, vooral wanneer services verspreid zijn over verschillende regio's of cloudproviders, kan een uitdaging zijn.

4. Gegevensbeheer

Het beheren van gegevens in een stolsel heeft te maken met:

Stateful vs. stateless diensten: Diensten zo ontwerpen dat ze waar mogelijk stateless zijn vereenvoudigt het schalen, maar het beheren van statussen (bijv. databases, gebruikerssessies) voegt complexiteit toe.
Consistentie van gegevens: Het waarborgen van dataconsistentie in gedistribueerde systemen kan lastig zijn. Technieken zoals uiteindelijke consistentie en gedistribueerde transacties zijn vaak nodig.

5. Lacunes in vaardigheden en leercurve

De overgang naar cloud vereist nieuwe vaardigheden:

DevOps-praktijken: Ontwikkelaars en operationele teams moeten DevOps-praktijken en -tools overnemen, wat een aanzienlijke cultuuromslag kan betekenen.
Containerisatie en orkestratie: Het leren van containertechnologieën (bijv. Docker) en orkestratieplatformen (bijv. Kubernetes) kost veel tijd en moeite.
CI/CD-pijplijnen: Het opzetten en beheren van continuous integration en continuous deployment pipelines kan complex zijn, maar is essentieel voor cloud native ontwikkeling .

6. Kostenbeheer

Cloud native applicaties kunnen leiden tot onvoorspelbare kosten: Het efficiënt beheren van het gebruik van resources om overbesteding te voorkomen en tegelijkertijd de prestaties en schaalbaarheid te garanderen, kan een uitdaging zijn.

Toolingkosten: Het gebruik van verschillende tools voor monitoring, beveiliging en orkestratie kan behoorlijk oplopen. Organisaties moeten de voordelen van deze tools afwegen tegen de kosten.

7. Verkoper Insluiten

Afhankelijkheid van specifieke cloudproviders of tools kan leiden tot vendor lock-in:

**Om ervoor te zorgen dat applicaties en diensten overdraagbaar zijn tussen verschillende cloudaanbieders, is zorgvuldige planning nodig en vaak het gebruik van cloudagnostische tools.
Eigen diensten: Het gebruik van propriëtaire diensten van een cloudaanbieder kan de ontwikkeling vereenvoudigen, maar maakt het veranderen van aanbieder moeilijk en duur.

Wat zijn de best practices voor Cloud Native-ontwikkeling?

1. Een DevOps-cultuur invoeren

Omarm een DevOps-cultuur om de samenwerking tussen ontwikkel- en operationele teams te bevorderen. DevOps-praktijken, waaronder CI/CD, geautomatiseerd testen en Infrastructure as Code (IaC), stroomlijnen ontwikkelings- en implementatieprocessen.

2. Ontwerp voor mislukking

Ontwerp applicaties met falen in gedachten. Implementeer pogingen, stroomonderbrekers en terugvalmechanismen om tijdelijke storingen netjes af te handelen. Gebruik chaostechnieken om de veerkracht van je systemen te testen.

3. Clouddiensten benutten

Maak gebruik van beheerde cloudservices om de operationele lasten te verlichten. Diensten zoals AWS Lambda, Google Cloud Functions en Azure Functions bieden mogelijkheden voor serverless computing, waardoor ontwikkelaars zich kunnen richten op code in plaats van infrastructuurbeheer.

4. Waarneembaarheid implementeren

Zorg voor uitgebreide observeerbaarheid door logging, monitoring en tracing te implementeren. Tools zoals Prometheus, Grafana en ELK Stack (Elasticsearch, Logstash, Kibana) bieden inzicht in de prestaties van applicaties en helpen problemen op te sporen.

5. Veilig door ontwerp

Integreer beveiliging in elke fase van de ontwikkelingslevenscyclus. Gebruik tools zoals Aqua Security en Snyk om te scannen op kwetsbaarheden in containers en afhankelijkheden. Implementeer RBAC (role-based access control) en encryptie om gevoelige gegevens te beschermen.

Opkomende trends in Cloud Native-ontwikkeling voor 2025

1. Serverloos computergebruik

Serverless computing wordt steeds populairder omdat het infrastructuurbeheer abstraheert, waardoor ontwikkelaars zich alleen op code kunnen richten. Serverless platforms schalen en beheren de uitvoering automatisch, waardoor de operationele complexiteit afneemt.

2. Randcomputing

Edge computing brengt berekeningen dichter bij de gegevensbronnen, waardoor de latentie afneemt en de prestaties verbeteren. Cloud native toepassingen maken steeds meer gebruik van edge computing om real-time gegevensverwerking en analyses uit te voeren.

3. Integratie van AI en machinaal leren

Het integreren van AI en machine learning in cloud native applicaties wordt steeds gebruikelijker. Cloudproviders bieden diensten als AWS SageMaker, Google AI Platform en Azure Machine Learning, waardoor de inzet van AI-modellen wordt vereenvoudigd.

4. Hybride en multi-Cloud strategieën

Organisaties kiezen voor hybride en multi-cloudstrategieën om vendor lock-in te vermijden en de veerkracht te vergroten. Tools zoals Kubernetes zorgen voor een naadloze implementatie en beheer van applicaties in meerdere cloudomgevingen.

5. Zero Trust Beveiliging

Zero trust beveiligingsmodellen worden gebruikt om cloud native beveiliging te verbeteren. Deze aanpak gaat ervan uit dat bedreigingen intern of extern kunnen zijn en dwingt strikte verificatie af voor elk verzoek, ongeacht de herkomst ervan.

Conclusie

Cloud native applicatieontwikkeling is een revolutie in de software-industrie en biedt ongeëvenaarde schaalbaarheid, veerkracht en flexibiliteit. Door sleutelconcepten zoals microservices, containerisatie en CI/CD te omarmen en best practices toe te passen, kunnen organisaties het volledige potentieel van cloud native technologieën benutten. Door op de hoogte te blijven van opkomende trends zoals serverless computing, edge computing en AI-integratie kunnen bedrijven concurrerend blijven in het snel evoluerende digitale landschap van 2025. Voor meer informatie kunt u contact opnemen met Carmatec.

Veelgestelde vragen

1. Wat betekent cloud native applicatieontwikkeling?

Cloud native applicatieontwikkeling verwijst naar het ontwerpen, bouwen en uitvoeren van applicaties om de voordelen van cloud computing volledig te benutten. Hierbij wordt gebruik gemaakt van technologieën zoals containers, microservices architectuur, dynamische orkestratie en continue levering. Het doel is om schaalbare, veerkrachtige en beheerbare applicaties te maken die eenvoudig kunnen worden ingezet en bijgewerkt in cloudomgevingen.

2. Wat zijn de kernprincipes van cloud native applicatieontwikkeling?

Microservices-architectuur: Applicaties opsplitsen in kleinere, onafhankelijke services.
Containers: Gebruik van containerisatie (bijv. Docker) om applicaties consistent te verpakken en te implementeren.
Dynamische orkestratie: Gebruikmaken van orkestratietools zoals Kubernetes om gecontaineriseerde applicaties te beheren.
DevOps en CI/CD: Het integreren van continue integratie en continue levering/implementatie om het softwarereleaseproces te automatiseren.
Onveranderlijke infrastructuur: Ervoor zorgen dat de infrastructuur consistent reproduceerbaar is en dat bij elke wijziging opnieuw wordt geïnstalleerd vanuit versiegecontroleerde configuraties.

3. Wat zijn de voordelen van het gebruik van cloud native ontwikkelingspraktijken?

Schaalbaarheid: Schaal applicaties eenvoudig horizontaal door meer instanties toe te voegen.
Veerkracht: Fouttolerantie verbeteren via microservices en redundantie.
Behendigheid: Ontwikkel- en implementatiecycli versnellen via CI/CD-pijplijnen.
Draagbaarheid: Applicaties consistent uitvoeren in verschillende cloudomgevingen.
Efficiëntie: Optimaliseer het gebruik van resources en verlaag de kosten door middel van containerisatie en orkestratie.

4. Welke uitdagingen gaan gepaard met de ontwikkeling van cloud native toepassingen?

Complexiteit: Het beheren van een groot aantal microservices en hun interacties kan complex zijn.
Beveiliging: Om beveiliging op elke laag te garanderen, van containers tot orkestratietools, zijn robuuste praktijken nodig.
Waarneembaarheid: Effectieve monitoring, logging en tracering implementeren in gedistribueerde systemen.
Lacunes in vaardigheden: Vereist dat ontwikkelaars kennis hebben van DevOps, containerisatie en cloudplatforms.
Kostenbeheer: Het gebruik van cloudresources bewaken en controleren om onverwachte kosten te vermijden.

5. Welke tools worden vaak gebruikt bij de ontwikkeling van cloud native toepassingen?

Kubernetes: Voor containerorkestratie en -beheer.
Docker: Voor containerisatie van applicaties.
Helm: Een pakketbeheerder voor Kubernetes-toepassingen.
Prometheus en Grafana: Voor bewaking en visualisatie.
Jenkins, Travis CIen CircleCI: Voor continue integratie en continue levering.
Istio: Voor service mesh en het beheren van microservice communicatie.
Terraform en Ansible: Voor infrastructuur als code en configuratiebeheer.