Guide till Cloud Native Application Development 2025

15 augusti 2024

Utveckling av molnbaserade applikationer har blivit en hörnsten i modern programvaruteknik och driver innovation och effektivitet inom teknikindustrin. Den här guiden går igenom grunderna i molnbaserad utveckling och lyfter fram viktiga begrepp, fördelar, bästa praxis och nya trender för 2025.

Vad är Cloud Native Application Development?

Utveckling av molnbaserade applikationer innebär att skapa och distribuera applikationer som är särskilt utformade för att utnyttja den fulla potentialen i molnbaserade datormiljöer. Dessa applikationer byggs vanligtvis med hjälp av mikrotjänstarkitektur, containerisering och kontinuerlig integration/kontinuerlig leverans (CI/CD), vilket säkerställer skalbarhet, motståndskraft och smidighet.

Nyckelbegrepp inom Cloud Native-utveckling

1. Arkitektur för mikrotjänster

Microservices-arkitekturen delar upp en applikation i små, oberoende tjänster som kommunicerar via API:er. Detta tillvägagångssätt förbättrar modulariteten och gör det möjligt för team att utveckla, distribuera och skala varje tjänst oberoende av varandra.

2. Containerisering

Containerisering paketerar en applikation och dess beroenden i en container, vilket säkerställer enhetlighet i olika miljöer. Docker är en populär plattform för containerisering som gör det möjligt för utvecklare att skapa lätta, portabla containers.

3. Orchestrering

Orchestreringsverktyg som Kubernetes automatiserar utrullning, skalning och hantering av containeriserade applikationer. Kubernetes hanterar livscyklerna för containrar och säkerställer optimalt resursutnyttjande och feltolerans.

4. CI/CD-pipelines

CI/CD-pipelines automatiserar processen med att integrera kodändringar, köra tester och distribuera applikationer. Verktyg som Jenkins, GitLab CI och CircleCI underlättar kontinuerlig integration och leverans, vilket minskar tiden till marknaden och förbättrar programvarukvaliteten.

5. Service nät

Ett servicenät, som Istio eller Linkerd, tillhandahåller ett dedikerat infrastrukturlager för hantering av kommunikation mellan tjänster. Det hanterar uppgifter som lastbalansering, service discovery och säkerhet, vilket förenklar hanteringen av mikrotjänster.

Fördelar med Cloud Native-utveckling

1. Skalbarhet

Cloud native-applikationer kan skalas horisontellt och hantera ökad belastning genom att lägga till fler instanser av en tjänst. Denna skalbarhet är avgörande för att hantera varierande arbetsbelastningar och säkerställa hög tillgänglighet.

2. Motståndskraft

Mikrotjänstarkitektur och containerisering förbättrar motståndskraften genom att isolera fel. Om en tjänst går sönder påverkar det inte hela applikationen, vilket möjliggör en gradvis försämring och enklare återhämtning.

3. Smidighet

Cloud native-utveckling möjliggör snabb iteration och driftsättning. Teamen kan släppa nya funktioner och uppdateringar ofta och reagera snabbt på marknadens krav och användarnas feedback.

4. Kostnadseffektivitet

Genom att utnyttja molnresurser och funktioner för automatisk skalning kan molnbaserade applikationer optimera resursanvändningen och minska kostnaderna. Med prismodellerna pay-as-you-go betalar företagen bara för de resurser de använder.

5. Bärbarhet

Containrar säkerställer att applikationer körs på ett konsekvent sätt i olika miljöer, från utveckling till produktion. Denna portabilitet förenklar distributionen och minskar risken för miljöspecifika problem.

Vad är CNCF?

Cloud Native Computing Foundation (CNCF) är en stiftelse för programvara med öppen källkod som arbetar för att göra cloud native computing universellt och hållbart. Den grundades 2015 av Linux Foundation för att stödja tillväxten och utvecklingen av molnbaserade tekniker, som inkluderar användning av containrar, mikrotjänstarkitektur och dynamisk orkestrering.

CNCF:s viktigaste mål och funktioner:

Värd för kritiska projekt: CNCF är värd för några av de viktigaste projekten i cloud native-ekosystemet, inklusive Kubernetes, Prometheus, Envoy och andra. Dessa projekt är utformade för att underlätta utveckling och driftsättning av cloud native-applikationer.
Standarder och bästa praxis: Stiftelsen arbetar med att utveckla och främja bästa praxis och standarder för cloud native-teknik. Detta bidrar till att säkerställa att dessa tekniker är driftskompatibla och kan arbeta tillsammans sömlöst.
Byggande av samhällen och ekosystem: CNCF främjar en stor och aktiv gemenskap av utvecklare, användare och leverantörer. Denna gemenskap samarbetar för att utveckla molnbaserade tekniker, ge feedback och dela kunskap.
Certifiering och utbildning: Stiftelsen erbjuder certifieringsprogram, såsom Certified Kubernetes Administrator (CKA) och Certified Kubernetes Application Developer (CKAD), som hjälper individer att visa sin expertis inom cloud native-teknik. De tillhandahåller också olika utbildnings- och utbildningsresurser.
Konferenser och evenemang: CNCF organiserar evenemang som KubeCon + CloudNativeCon, som är några av de största sammankomsterna för cloud native-utövare. Dessa evenemang ger möjligheter till nätverkande, lärande och samarbete.

Projekt som drivs av CNCF:

Kubernetes: En plattform med öppen källkod för automatisering av distribution, skalning och drift av applikationscontainrar.
Prometheus: En verktygslåda för övervakning och varning som är särskilt utformad för tillförlitlighet.
Sändebud: En edge- och serviceproxy med öppen källkod som är utformad för molnbaserade applikationer.
Containerd: En industristandard för körning av kärncontainrar.
Hjälm: En pakethanterare för Kubernetes.

Fördelar med medlemskap i CNCF:

Organisationer som blir medlemmar i CNCF drar nytta av:

Inflytande över inriktningen för molnbaserad teknik.
Tillgång till den senaste utvecklingen och innovationerna inom cloud native-området.
Möjligheter till nätverkande med andra ledande företag i branschen.
Ökad trovärdighet och erkännande i cloud native-communityn.

Vilka är faktorerna Cloud Native Application Development Methodology?

Factor Methodology är en uppsättning principer och bästa praxis som är utformade för att hjälpa utvecklare att bygga robusta och skalbara molnbaserade applikationer. Denna metod definierades ursprungligen av Heroku och ger riktlinjer för att bygga sav SaaS-applikationer (programvara som tjänst) som är portabla, motståndskraftiga och som snabbt kan skalas upp eller ner. Var och en av de tolv faktorerna fokuserar på en specifik aspekt av applikationsutvecklingoch säkerställa att applikationerna är optimerade för molnmiljöer.

Faktorerna förklarade

1. Kodbas (En kodbas som spåras i revisionskontroll, många distributioner)

- Underhåll en enda kodbas per applikation, som spåras i ett versionskontrollsystem som Git. Flera distributioner (t.ex. staging, produktion) kan härledas från denna enda kodbas.

2. Beroenden (uttrycklig förklaring och isolering av beroenden)

- Deklarera alla beroenden explicit med hjälp av ett verktyg för beroendehantering (t.ex. Maven för Java, npm för Node.js) och isolera dessa beroenden för att undvika konflikter.

3. Config (Lagra config i miljön)

- Lagra konfigurationsinställningar i miljön i stället för i koden. Detta inkluderar databasinställningar, API-nycklar och andra referenser, som vanligtvis hanteras via miljövariabler.

4. Backing Services (Behandla backingtjänster som anslutna resurser)

- Behandla backingtjänster (databaser, meddelandeköer, cacheminnen etc.) som resurser som kan kopplas till och från. Applikationen bör inte skilja mellan lokala tjänster och tjänster från tredje part.

5. Build, Release, Run (Strikt separata bygg- och driftsfaser)

- Upprätthåll en strikt åtskillnad mellan bygg-, release- och körfaserna. Använd verktyg som Docker för att hantera dessa steg och säkerställa konsekvens mellan olika miljöer.

6. Processer (kör appen som en eller flera statslösa processer)

- Utforma applikationer så att de körs som en eller flera statslösa processer. All persistent data måste lagras i en stateful backingtjänst (t.ex. en databas).

7. Port Binding (Export av tjänster via portbindning)

- Applikationen ska vara fristående och exponera tjänster via portbindning. Detta gör att appen kan köras som en fristående tjänst utan att förlita sig på externa webbservrar.

8. Samtidighet (skala ut via processmodellen)

- Skala applikationen genom att köra flera instanser av statslösa processer. Använda en processmodell (t.ex. arbetsprocesser, webbprocesser) för att hantera samtidighet.

9. Avyttringsbarhet (Maximera robustheten med snabb start och smidig avstängning)

- Designa applikationer för snabb uppstart och smidig avstängning för att öka robustheten. Detta hjälper till att hantera förändringar i efterfrågan och underlättar driftsättningar utan driftstopp.

10. Dev/Prod Parity (Håll utveckling, staging och produktion så lika som möjligt)

- Se till att utvecklings-, staging- och produktionsmiljöerna är så lika varandra som möjligt. Detta minskar risken för avvikelser och säkerställer ett konsekvent beteende i olika miljöer.

11. Loggar (Behandla loggar som händelseströmmar)

- Behandla loggar som händelseströmmar och hantera dem utanför applikationen. Detta kan uppnås genom att styra loggar till stdout/stderr och använda verktyg för att aggregera, lagra och analysera dessa loggar.

12. Admin Processes (Kör admin/management-uppgifter som engångsprocesser)

- Kör administrativa uppgifter eller hanteringsuppgifter som engångsprocesser. Detta inkluderar databasmigreringar, konsoluppgifter och andra administrativa kommandon.

Fördelar med faktormetodiken

Bärbarhet: Applikationer kan enkelt flyttas mellan olika miljöer (t.ex. från lokal utveckling till molnplattformar) utan ändringar.
Skalbarhet: Processernas statslösa natur och den tydliga separationen av problem möjliggör enkel skalning.
Underhållsmässighet: Tydliga riktlinjer och separering av problem gör kodbasen enklare att underhålla och förbättra.
Motståndskraft: Korrekt hantering av konfiguration, beroenden och statslösa processer förbättrar applikationens förmåga att hantera fel på ett elegant sätt.

Vilka är utmaningarna med Cloud Native Application Development?

Utveckling av molnbaserade applikationer erbjuder många fördelar, men också flera utmaningar. Dessa utmaningar härrör från komplexiteten i distribuerade system, behovet av nya färdigheter och den dynamiska karaktären hos molnmiljöer. Här är några viktiga utmaningar som utvecklare och organisationer står inför när det gäller utveckling av molnbaserade applikationer:

1. Komplexiteten i mikrotjänstarkitekturen

Microservices-arkitekturen, som är en central komponent i cloud native-utvecklingen, innebär att applikationer bryts ned i mindre, oberoende tjänster. Detta ökar komplexiteten på flera sätt:

Samordning av tjänster: Att hantera kommunikation och samordning mellan tjänster kan vara en utmaning. Tjänsterna måste hantera kommunikation mellan tjänsterna, datakonsistens och transaktionshantering.
Driftsättning och hantering: Att orkestrera distribution och hantering av många mikrotjänster, särskilt i olika miljöer, kan vara komplext och kräva sofistikerade verktyg som Kubernetesability och Monitoring** Övervakning av molnbaserade applikationer kräver mer avancerade verktyg och tekniker jämfört med monolitiska applikationer:
Distribuerad spårning: För att förstå flödet av förfrågningar mellan flera tjänster krävs distribuerade spårningsverktyg som Jaeger eller Zipkin.
Loggning och mätvärden: Aggregering av loggar och mätvärden från flera tjänster och infrastrukturkomponenter kräver robusta lösningar som Prometheus och ELK-stacken (Elasticsearch, Logstash, Kibana).

2. **Secud-infödda miljöer innebär nya säkerhetsutmaningar:

Säkerhet för containrar: Containrar måste säkras under hela sin livscykel, från skapande av image till distribution. Verktyg som Docker Bench for Security och Kubernetes säkerhetspolicyer kan hjälpa till.
Konfigurationshantering: Att hantera känslig information och konfiguration på ett säkert sätt med hjälp av miljövariabler eller verktyg för hantering av hemligheter som HashiCorp Vault är viktigt.
Zero Trust-modellen: Att implementera en säkerhetsmodell med nollförtroende där varje komponent måste autentisera och auktorisera varje begäran ökar komplexiteten men är nödvändigt för säkerheten .

3. **Nätverksutmaningar* Den inbyggda miljön är mer komplex än i traditionella arkitekturer:

Upptäckt av tjänster: För att säkerställa att tjänster dynamiskt kan hitta och kommunicera med varandra krävs mekanismer för tjänsteupptäckt som Consul eller inbyggda Kubernetes-tjänster.
Fördröjning och tillförlitlighet: Det kan vara en utmaning att hantera latens och säkerställa tillförlitlig kommunikation mellan tjänster, särskilt när tjänsterna är distribuerade över olika regioner eller molnleverantörer.

4. Hantering av data

Att hantera data i en klump innebär att hantera:

Statliga kontra statslösa tjänster: Att utforma tjänster så att de är statslösa där så är möjligt förenklar skalning, men att hantera tillstånd (t.ex. databaser, användarsessioner) ökar komplexiteten.
Konsistens i data: Det kan vara svårt att säkerställa datakonsistens i distribuerade system. Tekniker som eventual consistency och distribuerade transaktioner krävs ofta.

5. Kompetensgap och inlärningskurva

Övergången till molnet kräver nya färdigheter:

DevOps-metoder: Utvecklare och driftteam måste införa DevOps-metoder och -verktyg, vilket kan innebära en betydande kulturell förändring.
Containerisering och orkestrering: Att lära sig containerteknik (t.ex. Docker) och orkestreringsplattformar (t.ex. Kubernetes) kräver mycket tid och ansträngning.
CI/CD-pipelines: Att sätta upp och hantera kontinuerliga integrations- och kontinuerliga distributionsrörledningar kan vara komplicerat men är viktigt för molnbaserad utveckling.

6. Kostnadshantering

Cloud native-applikationer kan leda till oförutsägbara kostnader: Det kan vara en utmaning att effektivt hantera resursanvändningen för att undvika för stora utgifter och samtidigt säkerställa prestanda och skalbarhet.

Kostnader för verktyg: Användningen av olika verktyg för övervakning, säkerhet och orkestrering kan bli kostsam. Organisationer måste balansera fördelarna med dessa verktyg med deras kostnader.

7. Inlåsning av leverantörer

Att förlita sig på specifika molnleverantörer eller verktyg kan leda till leverantörslåsning:

**För att applikationer och tjänster ska kunna flyttas mellan olika molnleverantörer krävs noggrann planering och ofta användning av molnagnostiska verktyg.
Egenutvecklade tjänster: Att använda egenutvecklade tjänster från en molnleverantör kan förenkla utvecklingen men gör det svårt och kostsamt att byta leverantör.

Vilka är de bästa metoderna för Cloud Native-utveckling?

1. Anta en DevOps-kultur

Anamma en DevOps-kultur för att främja samarbete mellan utvecklings- och driftteam. DevOps-metoder, inklusive CI/CD, automatiserad testning och IaC (Infrastructure as Code), effektiviserar utvecklings- och driftsättningsprocesser.

2. Design för misslyckande

Utforma applikationer med tanke på fel. Implementera omförsök, kretsbrytare och reservmekanismer för att hantera övergående fel på ett elegant sätt. Använd metoder för kaosteknik för att testa systemens motståndskraft.

3. Utnyttja molntjänster

Utnyttja hanterade molntjänster för att avlasta operativa bördor. Tjänster som AWS Lambda, Google Cloud Functions och Azure Functions tillhandahåller serverlösa datorkapaciteter, vilket gör att utvecklare kan fokusera på kod snarare än infrastrukturhantering.

4. Implementera observerbarhet

Säkerställ omfattande observerbarhet genom att implementera loggning, övervakning och spårning. Verktyg som Prometheus, Grafana och ELK Stack (Elasticsearch, Logstash, Kibana) ger insikter i applikationsprestanda och hjälper till att identifiera problem.

5. Säker genom design

Integrera säkerhet i varje steg av utvecklingslivscykeln. Använd verktyg som Aqua Security och Snyk för att söka efter sårbarheter i containrar och beroenden. Implementera rollbaserad åtkomstkontroll (RBAC) och kryptering för att skydda känsliga data.

Nya trender inom Cloud Native-utveckling för 2025

1. Serverlös databehandling

Serverlös databehandling blir allt vanligare eftersom den abstraherar infrastrukturhanteringen och gör det möjligt för utvecklare att fokusera enbart på kod. Serverlösa plattformar skalar och hanterar exekvering automatiskt, vilket minskar den operativa komplexiteten.

2. Edge-beräkning

Edge computing för databehandling närmare datakällorna, vilket minskar fördröjningen och förbättrar prestandan. Cloud native-applikationer innehåller i allt högre grad edge computing för att hantera databehandling och analys i realtid.

3. Integration av AI och maskininlärning

Att integrera AI och maskininlärning i molnbaserade applikationer blir allt vanligare. Molnleverantörer erbjuder tjänster som AWS SageMaker, Google AI Platform och Azure Machine Learning, vilket förenklar distributionen av AI-modeller.

4. Hybrid- och flermolnsstrategier

Organisationer använder hybrid- och multi-cloud-strategier för att undvika leverantörslåsning och öka motståndskraften. Verktyg som Kubernetes underlättar sömlös driftsättning och hantering av applikationer i flera olika molnmiljöer.

5. Säkerhet utan förtroende

För att förbättra säkerheten i molnet används säkerhetsmodeller som bygger på nollförtroende. Denna metod utgår från att hoten kan vara interna eller externa och innebär strikt verifiering av alla förfrågningar, oavsett ursprung.

Slutsats

Utveckling av molnbaserade applikationer revolutionerar mjukvaruindustrin och erbjuder oöverträffad skalbarhet, motståndskraft och flexibilitet. Genom att anamma nyckelkoncept som mikrotjänster, containerisering och CI/CD och följa bästa praxis kan organisationer utnyttja den fulla potentialen hos cloud native-teknik. Genom att hålla sig uppdaterad om nya trender som serverless computing, edge computing och AI-integration kan man säkerställa att företagen förblir konkurrenskraftiga i det snabbt föränderliga digitala landskapet 2025. Om du vill veta mer, kontakta Carmatec.

Vanliga frågor

1. Vad innebär utveckling av molnbaserade applikationer?

Cloud native application development handlar om att designa, bygga och köra applikationer för att fullt ut utnyttja fördelarna med cloud computing. Detta innebär att man använder tekniker som containrar, mikrotjänstarkitektur, dynamisk orkestrering och kontinuerlig leverans. Målet är att skapa skalbara, motståndskraftiga och hanterbara applikationer som enkelt kan distribueras och uppdateras i molnmiljöer.

2. Vilka är de grundläggande principerna för utveckling av cloud native-applikationer?

Arkitektur för mikrotjänster: Nedbrytning av applikationer i mindre, oberoende tjänster.
Behållare: Använda containerisering (t.ex. Docker) för att paketera och distribuera applikationer på ett konsekvent sätt.
Dynamisk orkestrering: Använder orkestreringsverktyg som Kubernetes för att hantera containeriserade applikationer.
DevOps och CI/CD: Integrering av metoder för kontinuerlig integration och kontinuerlig leverans/distribution för att automatisera processen för programvaruutgivning.
Oföränderlig infrastruktur: Säkerställa att infrastrukturen är konsekvent reproducerbar och att alla ändringar innebär omfördelning från versionskontrollerade konfigurationer.

3. Vilka är fördelarna med att använda molnbaserade utvecklingsmetoder?

Skalbarhet: Skalar enkelt applikationer horisontellt genom att lägga till fler instanser.
Motståndskraft: Förbättra feltoleransen genom mikrotjänster och redundans.
Smidighet: Påskynda utvecklings- och driftsättningscykler genom CI/CD-pipelines.
Bärbarhet: Kör applikationer konsekvent över olika molnmiljöer.
Effektivitet: Optimera resursanvändningen och minska kostnaderna genom containerisering och orkestrering.

4. Vilka utmaningar är förknippade med utveckling av cloud native-applikationer?

Komplexitet: Det kan vara komplicerat att hantera ett stort antal mikrotjänster och deras interaktioner.
säkerhet: För att säkerställa säkerheten i varje lager, från containrar till orkestreringsverktyg, krävs robusta metoder.
Observerbarhet: Implementering av effektiv övervakning, loggning och spårning i distribuerade system.
Brister i kompetens: Kräver att utvecklare har kunskap om DevOps, containerisering och molnplattformar.
Kostnadshantering: Övervakning och kontroll av resursanvändningen i molnet för att undvika oväntade kostnader.

5. Vilka verktyg används vanligen vid utveckling av molnbaserade applikationer?

Kubernetes: För orkestrering och hantering av containrar.
Docka: För containerisering av applikationer.
Hjälm: En pakethanterare för Kubernetes-applikationer.
Prometheus och Grafana: För övervakning och visualisering.
Jenkins, Travis CI, och CircleCI: För kontinuerlig integration och kontinuerlig leverans.
Istio: För service mesh och hantering av kommunikation mellan mikrotjänster.
Terraform och Ansible: För infrastruktur som kod och konfigurationshantering.