ЛЕКЦ 11: МИКРОСЕРВИС АРХИТЕКТУР (Microservices Architecture)

Хичээлийн зорилго: Микросервис архитектурын суурь ойлголт, монолит vs микросервис ялгаа, сервис хоорондын харилцаа (REST, gRPC, Message Queue), API Gateway, Service Discovery, Circuit Breaker, Saga Pattern, Event-Driven Architecture, Docker + Kubernetes ашиглан микросервис deploy хийхийг эзэмшүүлэх.

Хамрах хүрээ: Monolith vs Microservices, Bounded Context (DDD), REST & gRPC, Synchronous & Asynchronous Communication, API Gateway, Service Registry (Eureka), Config Server, Circuit Breaker (Resilience4j), Saga Pattern, Event-Driven (Kafka), CQRS, Docker Compose, Kubernetes Deployment, Spring Cloud.

ХЭСЭГ 1: ОНОЛЫН СУУРЬ (Theory & Foundations)

1.1 Монолит архитектур гэж юу вэ?

💡 Зүйрлэл: Монолит = Нэг том байшин. Бүх өрөө (гал тогоо, унтлагын өрөө, оффис) НЭГ ДОТОР. Нэг хана нурвал → Бүх байшин нурна.

Монолит бүтэц:

┌─────────────────────────────────────────┐
│              MONOLITH APP               │
│                                         │
│  ┌──────────┐ ┌──────────┐ ┌─────────┐ │
│  │ Student  │ │ Teacher  │ │ Course  │ │
│  │ Module   │ │ Module   │ │ Module  │ │
│  └────┬─────┘ └────┬─────┘ └────┬────┘ │
│       │             │            │      │
│  ┌────▼─────────────▼────────────▼────┐ │
│  │         SHARED DATABASE            │ │
│  └────────────────────────────────────┘ │
│                                         │
│     1 WAR/JAR  →  1 Server  →  1 DB    │
└─────────────────────────────────────────┘

Монолитийн давуу ба сул талууд:

1.2 Микросервис архитектур гэж юу вэ?

💡 Зүйрлэл: Микросервис = Хотхоны тусдаа байшингууд. Байшин бүр бие даасан (өөрийн гал тогоо, ус, цахилгаан). Нэг байшин нурсан ч бусад нь зүгээр.

Микросервис бүтэц:

┌────────────┐  ┌────────────┐  ┌────────────┐
│  Student   │  │  Teacher   │  │  Course    │
│  Service   │  │  Service   │  │  Service   │
│            │  │            │  │            │
│  Port:8081 │  │  Port:8082 │  │  Port:8083 │
│  ┌──────┐  │  │  ┌──────┐  │  │  ┌──────┐  │
│  │ DB 1 │  │  │  │ DB 2 │  │  │  │ DB 3 │  │
│  └──────┘  │  │  └──────┘  │  │  └──────┘  │
└─────┬──────┘  └──────┬─────┘  └──────┬─────┘
      │                │               │
      └────────────────┼───────────────┘
                       │
              ┌────────▼────────┐
              │   API Gateway   │
              │   (Port: 8080)  │
              └────────┬────────┘
                       │
                  ┌────▼────┐
                  │ Client  │
                  └─────────┘

Микросервисийн давуу ба сул талууд:

1.3 Монолит vs Микросервис — Хэзээ аль нь тохирох вэ?

⚠️ Чухал: "Монолит = Буруу" биш! Эхлэхдээ монолит → Том болсон бол → Микросервис рүү шилжих. "Start with monolith, evolve to microservices."

1.4 Bounded Context (Domain-Driven Design)

Bounded Context гэж юу вэ?

Сервис бүр ӨӨР ӨӨРИЙН домэйн (хүрээ)-г хариуцна. Нэг ойлголт өөр context-д ӨӨӨР утгатай.

┌─────────────────┐    ┌─────────────────┐
│  Student Context │    │  Payment Context │
│                  │    │                  │
│  Student:        │    │  Student:        │
│   - id           │    │   - id           │
│   - name         │    │   - accountId    │
│   - email        │    │   - balance      │
│   - gpa          │    │   - paymentHistory│
│   - department   │    │                  │
│                  │    │  "Student" гэхдээ │
│  "Student" гэхдээ│    │  төлбөрийн мэдээлэл│
│  сурлагын мэдээлэл│   │                  │
└─────────────────┘    └─────────────────┘

Сервис хуваах зарчим:

1.5 Сервис хоорондын харилцаа (Inter-Service Communication)

1.5.1 Synchronous (Синхрон) — REST, gRPC

Student Service ──── REST/HTTP ────► Teacher Service
       │                                    │
       │  GET /api/teachers/5               │
       │◄── {"id":5,"name":"Дорж"} ─────── │
       │                                    │
       │  Хүлээнэ... (blocking)             │

REST (HTTP):

// Student Service → Teacher Service дуудах
@Service
public class TeacherClient {

    private final RestClient restClient;

    public TeacherClient(RestClient.Builder builder) {
        this.restClient = builder.baseUrl("http://teacher-service:8082").build();
    }

    public TeacherResponse getTeacher(Long id) {
        return restClient.get()
            .uri("/api/teachers/{id}", id)
            .retrieve()
            .body(TeacherResponse.class);
    }
}

gRPC (бинар протокол, хурдан):

1.5.2 Asynchronous (Асинхрон) — Message Queue

Student Service ──── Message ────► [Message Broker] ────► Notification Service
       │                           (Kafka/RabbitMQ)              │
       │  "Student enrolled"                          Email илгээх│
       │                                                         │
       │  Хүлээхгүй! (non-blocking)                              │

Message Queue ашиглах:

// Student Service → Event нийтлэх (Producer)
@Service
public class StudentService {

    private final KafkaTemplate<String, StudentEvent> kafkaTemplate;

    public StudentResponse enroll(EnrollRequest request) {
        Student student = studentRepository.save(toEntity(request));

        // Event нийтлэх — Хүлээхгүй!
        kafkaTemplate.send("student-events",
            new StudentEvent("ENROLLED", student.getId(), student.getName()));

        return toResponse(student);
    }
}

// Notification Service → Event хүлээн авах (Consumer)
@Service
public class NotificationConsumer {

    @KafkaListener(topics = "student-events", groupId = "notification-group")
    public void handleStudentEvent(StudentEvent event) {
        if ("ENROLLED".equals(event.type())) {
            emailService.sendWelcomeEmail(event.studentId());
        }
    }
}

Synchronous vs Asynchronous:

1.6 API Gateway

API Gateway гэж юу вэ?

Бүх client хүсэлт API Gateway-р дамжина. Gateway → Зөв сервис рүү чиглүүлнэ.

                    ┌─────────────────┐
                    │   API Gateway   │
Client ────────────►│                 │
                    │  /students/*    │──► Student Service
                    │  /teachers/*    │──► Teacher Service
                    │  /courses/*     │──► Course Service
                    │                 │
                    │  + Auth check   │
                    │  + Rate limit   │
                    │  + Load balance │
                    │  + Logging      │
                    └─────────────────┘

API Gateway-ийн үүрэг:

# Spring Cloud Gateway — application.yml
spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
        - id: student-service
          uri: lb://student-service    # Load balanced
          predicates:
            - Path=/api/students/**
          filters:
            - StripPrefix=0

        - id: teacher-service
          uri: lb://teacher-service
          predicates:
            - Path=/api/teachers/**

1.7 Service Discovery (Сервис олох)

Service Discovery яагаад хэрэгтэй вэ?

Микросервис → Олон instance → IP хаяг ДИНАМИК → Хардкодлох БОЛОМЖГҮЙ.

Асуудал:
Student Service → Teacher Service (http://???.???.???.???:8082)
                                    IP хаяг мэдэхгүй!

Шийдэл — Service Registry:
┌─────────────────────────────────────────┐
│         Service Registry (Eureka)       │
│                                         │
│  student-service → 192.168.1.10:8081    │
│                  → 192.168.1.11:8081    │
│                                         │
│  teacher-service → 192.168.1.20:8082    │
│                  → 192.168.1.21:8082    │
│                                         │
│  course-service  → 192.168.1.30:8083    │
└─────────────────────────────────────────┘

Student Service → Registry: "teacher-service хаана байна?"
                → Registry: "192.168.1.20:8082"
                → Teacher Service руу хүсэлт

// Eureka Server
@SpringBootApplication
@EnableEurekaServer
public class RegistryApplication {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(RegistryApplication.class, args);
    }
}

// Student Service — Eureka Client
// application.yml
spring:
  application:
    name: student-service
eureka:
  client:
    service-url:
      defaultZone: http://localhost:8761/eureka/

1.8 Circuit Breaker Pattern

Circuit Breaker гэж юу вэ?

Сервис унтарсан бол → Дахин дахин дуудахгүй → Автомат таслах → Хэсэг хугацааны дараа дахин оролдох.

         ┌────────┐     ┌────────┐     ┌──────────┐
         │ CLOSED │────►│  OPEN  │────►│HALF-OPEN │
         │        │     │        │     │          │
         │ Normal │     │ Бүгдийг│     │ 1-2 хүсэлт│
         │ ажиллана│    │ блоклох│     │ оролдох   │
         └───┬────┘     └────┬───┘     └────┬─────┘
             │               │              │
         Алдаа >50%      Timeout         Амжилттай?
         → OPEN болох    хүлээх          → CLOSED
                                         Амжилтгүй?
                                         → OPEN

// Resilience4j — Circuit Breaker
@Service
public class TeacherClient {

    private final RestClient restClient;

    @CircuitBreaker(name = "teacherService", fallbackMethod = "getTeacherFallback")
    public TeacherResponse getTeacher(Long id) {
        return restClient.get()
            .uri("/api/teachers/{id}", id)
            .retrieve()
            .body(TeacherResponse.class);
    }

    // Teacher Service унтарсан бол → Fallback
    private TeacherResponse getTeacherFallback(Long id, Throwable ex) {
        return new TeacherResponse(id, "Unknown Teacher", "N/A");
    }
}

# application.yml — Resilience4j тохиргоо
resilience4j:
  circuitbreaker:
    instances:
      teacherService:
        sliding-window-size: 10          # Сүүлийн 10 хүсэлт шалгана
        failure-rate-threshold: 50       # 50% алдаа → OPEN
        wait-duration-in-open-state: 10s # 10 сек хүлээж → HALF-OPEN
        permitted-number-of-calls-in-half-open-state: 3

1.9 Saga Pattern (Distributed Transaction)

Асуудал: Distributed Transaction

Монолит:
@Transactional → Student INSERT + Payment INSERT + Notification
                 → Аль нэг fail → БҮГД ROLLBACK ✅

Микросервис:
Student Service → OK
Payment Service → FAIL
Notification    → ???
                → Student-г яаж буцаах?? 😱

Saga Pattern:

Сервис бүр ӨӨРИЙН transaction хийж, алдаа гарвал НӨХӨХ transaction (compensation) ажиллуулна.

Choreography Saga (Event-based):

Student Service                Payment Service             Notification
     │                              │                          │
     │── StudentCreated event ──────►                          │
     │                              │                          │
     │                    PaymentProcessed event ──────────────►
     │                              │                          │
     │                              │              NotificationSent event
     │                              │                          │
     │◄── PaymentFailed event ──── │                          │
     │                              │                          │
     │  Compensation:               │                          │
     │  StudentRollback()           │                          │

// Choreography Saga — Student Service
@Service
public class StudentService {

    @Transactional
    public StudentResponse enroll(EnrollRequest request) {
        Student student = studentRepository.save(toEntity(request));

        // Event → Payment Service хүлээн авна
        kafkaTemplate.send("student-events",
            new StudentEvent("STUDENT_CREATED", student.getId()));

        return toResponse(student);
    }

    // Payment fail → Compensation
    @KafkaListener(topics = "payment-events", groupId = "student-group")
    public void handlePaymentEvent(PaymentEvent event) {
        if ("PAYMENT_FAILED".equals(event.type())) {
            studentRepository.deleteById(event.studentId());  // Rollback!
        }
    }
}

1.10 Event-Driven Architecture

Event-Driven гэж юу вэ?

Сервисүүд EVENT (үйл явдал)-аар харилцана. Сервис → Event нийтлэх → Сонирхсон сервисүүд → Event хүлээн авах.

┌──────────┐    Event    ┌──────────────┐    Event    ┌──────────────┐
│ Student  │────────────►│              │────────────►│ Notification │
│ Service  │  "enrolled" │    Kafka     │  "enrolled" │   Service    │
└──────────┘             │   Broker     │             └──────────────┘
                         │              │
┌──────────┐             │              │    Event    ┌──────────────┐
│ Payment  │◄────────────│              │────────────►│  Analytics   │
│ Service  │  "enrolled" │              │  "enrolled" │   Service    │
└──────────┘             └──────────────┘             └──────────────┘

Event Sourcing:

CQRS (Command Query Responsibility Segregation):

Command (бичих):
Client ──► Command Service ──► Write DB (PostgreSQL)
                │
                └──► Event ──► Read DB (Elasticsearch) шинэчлэх

Query (унших):
Client ──► Query Service ──► Read DB (Elasticsearch) ──► Хурдан хариу

1.11 Config Server (Тохиргооны сервер)

Config Server яагаад хэрэгтэй вэ?

Олон сервис → Тохиргоо (DB URL, API key) → НЭГ ГАЗРААС удирдах.

┌──────────────┐       ┌──────────────┐
│ Config Server│◄──────│  Git Repo    │
│              │       │ (config files)│
└──────┬───────┘       └──────────────┘
       │
       ├──────► Student Service (DB URL, JWT secret)
       ├──────► Teacher Service (DB URL, Kafka URL)
       └──────► Course Service  (DB URL, Redis URL)

# Config Server — bootstrap.yml
spring:
  cloud:
    config:
      server:
        git:
          uri: https://github.com/myorg/config-repo
          default-label: main

# student-service.yml (Git repo дотор)
spring:
  datasource:
    url: jdbc:postgresql://db-host:5432/studentdb
    username: ${DB_USERNAME}
    password: ${DB_PASSWORD}

jwt:
  secret: ${JWT_SECRET}

teacher-service:
  url: http://teacher-service:8082

1.12 Distributed Tracing (Хянах)

Олон сервис → Хүсэлт хаана удааширсан?

Client → Gateway → Student Service → Teacher Service → DB
                        │                    │
                    100ms              3000ms ← УДААН!

Zipkin / Jaeger + Micrometer:

Trace ID: abc123 (нэг хүсэлтийн бүх алхам)
├── Span 1: Gateway (5ms)
├── Span 2: Student Service (100ms)
│   ├── Span 3: Teacher Service call (3000ms) ← BOTTLENECK!
│   └── Span 4: DB query (20ms)
└── Total: 3125ms

# application.yml — Micrometer Tracing
management:
  tracing:
    sampling:
      probability: 1.0   # 100% хүсэлт trace хийх (production-д 0.1)
  zipkin:
    tracing:
      endpoint: http://zipkin:9411/api/v2/spans

1.13 Database per Service

Сервис бүрт тусдаа DB:

┌───────────────┐   ┌───────────────┐   ┌───────────────┐
│Student Service│   │Teacher Service│   │Course Service │
│               │   │               │   │               │
│  PostgreSQL   │   │   MongoDB     │   │  PostgreSQL   │
│  students DB  │   │  teachers DB  │   │  courses DB   │
└───────────────┘   └───────────────┘   └───────────────┘
      ↑                    ↑                    ↑
   Polyglot Persistence: Сервис бүр ӨӨРТ ТОХИРОХ DB сонгоно

1.14 Kubernetes дээр Микросервис deploy

Kubernetes ойлголт:

┌─────────────────── Kubernetes Cluster ───────────────────┐
│                                                          │
│  ┌─── Node 1 ───────────┐  ┌─── Node 2 ───────────┐    │
│  │                       │  │                       │    │
│  │  ┌─── Pod ────────┐  │  │  ┌─── Pod ────────┐  │    │
│  │  │ Student Svc    │  │  │  │ Student Svc    │  │    │
│  │  │ (replica 1)    │  │  │  │ (replica 2)    │  │    │
│  │  └────────────────┘  │  │  └────────────────┘  │    │
│  │                       │  │                       │    │
│  │  ┌─── Pod ────────┐  │  │  ┌─── Pod ────────┐  │    │
│  │  │ Teacher Svc    │  │  │  │ Course Svc     │  │    │
│  │  │ (replica 1)    │  │  │  │ (replica 1)    │  │    │
│  │  └────────────────┘  │  │  └────────────────┘  │    │
│  │                       │  │                       │    │
│  └───────────────────────┘  └───────────────────────┘    │
│                                                          │
│  Service (K8s) = Load Balancer + DNS                     │
│  student-service:8081 → Pod replica 1 эсвэл 2            │
└──────────────────────────────────────────────────────────┘

# student-service-deployment.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: student-service
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: student-service
  template:
    metadata:
      labels:
        app: student-service
    spec:
      containers:
        - name: student-service
          image: myregistry/student-service:1.0.0
          ports:
            - containerPort: 8081
          env:
            - name: DB_URL
              valueFrom:
                secretKeyRef:
                  name: student-db-secret
                  key: url
          resources:
            requests:
              memory: "256Mi"
              cpu: "250m"
            limits:
              memory: "512Mi"
              cpu: "500m"
          livenessProbe:
            httpGet:
              path: /actuator/health
              port: 8081
            initialDelaySeconds: 30
            periodSeconds: 10
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: student-service
spec:
  selector:
    app: student-service
  ports:
    - port: 8081
      targetPort: 8081
  type: ClusterIP

1.15 Микросервис шилдэг туршлагууд (Best Practices)

ХЭСЭГ 2: ТҮЛХҮҮР ҮГ БА МЭРГЭЖЛИЙН НЭР ТОМЬЁО (Keywords & Glossary)