Bí Kíp Thiết Kế Kiến Trúc Phần Mềm Từ Kubernetes: Đừng Ngại Trùng Lặp, Đừng Quá Phụ Thuộc!
Lê Lân
0
Những Nguyên Tắc Thiết Kế Phần Mềm Học Được Từ Kubernetes
Mở Đầu
Trong thế giới phát triển phần mềm ngày nay, việc thiết kế hệ thống phức tạp sao cho dễ bảo trì, mở rộng và thích nghi với thay đổi là một nhiệm vụ không hề đơn giản. Kubernetes, như một nền tảng mã nguồn mở quản lý container hàng đầu, không chỉ nổi bật về mặt kỹ thuật mà còn chứa đựng nhiều bài học quý giá về nguyên tắc thiết kế phần mềm. Bài viết này sẽ khám phá những nguyên tắc thiết kế quan trọng được thể hiện qua kiến trúc của Kubernetes, từ việc xử lý trùng lặp mã, áp dụng các chuẩn mực lập trình, đến các nguyên tắc thiết kế hướng đối tượng và sự tái sử dụng mã nguồn, góp phần làm rõ tầm quan trọng của việc thiết kế đúng cách trong phát triển phần mềm hiện đại.
Không Vội Vàng Loại Bỏ Trùng Lặp Mã
Trùng Lặp Mã Không Phải Luôn Là Kẻ Thù
Trong quá trình phát triển phần mềm, nhiều người thường có xu hướng loại bỏ ngay lập tức mọi đoạn mã trùng lặp nhằm duy trì sự gọn gàng. Tuy nhiên, điều này có thể dẫn đến những thiết kế quá cứng nhắc và khó bảo trì về sau.
Không phải mọi đoạn mã trông giống nhau đều được coi là trùng lặp thực sự nếu chúng có các đường phát triển khác nhau về mặt thay đổi và mục đích sử dụng.
Đường Phát Triển Khác Nhau, Không Phải Trùng Lặp
Nếu hai đoạn mã tuy tương đồng về mặt cấu trúc nhưng phục vụ cho những mục đích và thay đổi khác nhau, chúng không nên bị gộp lại thành một. Việc quá nhanh gọn trong việc trừ bỏ sự “trùng lặp” có thể làm giảm khả năng phát triển linh hoạt về sau.
Phân Mảnh Lớn Thành Các Thành Phần Nhỏ
Do đó, một chiến lược hiệu quả là chia mã thành các phương thức nhỏ, tinh gọn, và cho phép các phần sử dụng tự tổ hợp lại theo nhu cầu. Mặc dù điều này có thể làm tăng độ phức tạp trong việc lắp ghép, nhưng bù lại đem lại sự linh hoạt trong thiết kế và khả năng kiểm soát.
Ưu điểm
Nhược điểm
Kiểm soát tốt hơn
Mã phân tán, khó quản lý hơn
Tăng khả năng tái sử dụng
Cần kỹ năng tổ chức cao
Linh hoạt thay đổi logic
Công đoạn lắp ghép phức tạp
Ví Dụ Trên Kubernetes: Adapter Pattern Qua DockerShim
Kubernetes ban đầu phụ thuộc mạnh mẽ vào DockerEngine nhưng dần dần, qua quá trình trừu tượng hóa, đã giới thiệu CRI (Container Runtime Interface) làm chuẩn kết nối với các runtime khác nhau. DockerShim là lớp adapter trung gian giúp duy trì khả năng tương thích, minh họa cách làm tạo lớp trung gian để hỗ trợ nhiều môi trường mà không phá vỡ thiết kế ban đầu.
Các Mô Hình Lập Trình Và Nguyên Tắc Không Nên Vi Phạm
Chương Trình Cấu Trúc: Hạn Chế Goto
Nguyên tắc cơ bản của lập trình cấu trúc là loại bỏ câu lệnh goto, thay vào đó sử dụng các cấu trúc điều kiện như if-else để tăng tính tổ chức và khả năng phân tách mã thành các module nhỏ hơn.
Hướng Đối Tượng: Cấu Trúc Độc Lập Và Isolate
Trong OOP, hạn chế lạm dụng function pointers. Tái sử dụng thông qua tạo đối tượng (objects) độc lập giúp mô phỏng rõ ràng các thực thể trong thế giới thực. Ví dụ, hai đối tượng Sinh viên không được chia sẻ thuộc tính trực tiếp mà phải hoạt động độc lập.
Ví dụ: Sinh viên A và Sinh viên B đều là Student nhưng là hai thực thể riêng biệt với giá trị thuộc tính khác nhau.
Lập Trình Hàm: Tránh Thay Đổi Trạng Thái
Functional programming giới hạn việc thay đổi biến trực tiếp, giúp giảm lỗi bằng cách đối xử với dữ liệu theo hướng bất biến.
funcMapInts(slice []int, f func(int)int) []int {
result := make([]int, len(slice))
for i, v := range slice {
result[i] = f(v)
}
return result
}
funcmain() {
nums := []int{1, 2, 3, 4, 5}
squared := MapInts(nums, func(x int)int { return x * x })
fmt.Println("Original:", nums)
fmt.Println("Squared:", squared)
}
Tóm Lại Nguyên Tắc:
Nguyên tắc lập trình nhằm đưa ra những điều cấm, không phải những điều bắt buộc.
Kết hợp linh hoạt các mô hình lập trình giúp dự án trở nên linh động, dễ thích nghi.
Không Phụ Thuộc Quá Mức Vào Frameworks
Giới Hạn Phạm Vi Framework
Frameworks nên bị giới hạn trong phạm vi lớp giao diện (API layer), ví dụ, trong Golang với Gin, không nên truyền gin.Context vào sâu trong lòng ứng dụng.
Proxy Classes Là Giải Pháp Quản Lý Phụ Thuộc
Tạo các lớp proxy giúp cô lập dependency framework, giảm thiểu sự phụ thuộc trực tiếp và tăng khả năng bảo trì khi framework bị thay đổi hoặc loại bỏ.
Dịch Vụ (Service) Không Phải Kiến Trúc Hệ Thống
Một service chỉ là đơn vị phân chia hành vi dễ quản lý hơn so với gọi hàm bình thường, không liên quan đến kiến trúc tổng thể.
Nguyên Tắc Đơn Nhiệm (Single Responsibility Principle)
Một Module Chỉ Nên Làm Một Việc
Kubernetes áp dụng rất tốt nguyên tắc này, mỗi thành phần chỉ đảm nhận một nhiệm vụ cụ thể.
Ví dụ:
kube-scheduler: Chịu trách nhiệm lập lịch, phân phối Pod đến Node thích hợp.
kubelet: Quản lý trạng thái các Pod trên Node.
CNI và CRI: Đảm nhận nhiệm vụ thiết lập mạng và quản lý runtime container.
Phân Chia Công Việc Thành Các Thành Phần Nhỏ
Một nhiệm vụ phức tạp được triển khai thông qua ghép nối nhiều thành phần con với các trách nhiệm rõ ràng.
Lập trình theo nguyên tắc đơn nhiệm giúp tăng tính dễ hiểu, dễ bảo trì và nâng cấp cho hệ thống.
Xác Định Yêu Cầu Chức Năng, Không Phải Cách Triển Khai
Tập Trung Vào Mong Muốn Đầu Ra
Khi thay đổi trạng thái tài nguyên trong Kubernetes, người dùng chỉ cần chỉ định trạng thái mong muốn, không phải cách kubelet thực hiện như thế nào.
Tính Chuyên Biệt Và Ẩn
Đầu vào và đầu ra được xác định rõ ràng.
Nội bộ của module được giữ nguyên vẹn, không để lộ cho bên ngoài.
Ví dụ, cAdvisor giám sát các container và cung cấp các metric làm cơ sở cho autoscaling, người dùng chỉ cần quan tâm dữ liệu đầu ra mà không cần biết quá trình thu thập.
Nguyên Tắc Mở - Đóng (Open/Closed Principle)
Mở Để Mở Rộng, Đóng Để Sửa Đổi
Thay đổi hành vi của một thực thể mà không cần can thiệp tới mã nguồn gốc của nó chính là mục tiêu của nguyên tắc này.
// Kubelet cũng có thể được mở rộng phương thức mà không phải sửa code gốc, nhờ interface SyncHandler
Lợi Ích
Giúp tăng tính mở rộng.
Giảm thiểu rủi ro khi thay đổi.
Tạo điều kiện dễ dàng cho việc mở rộng trong tương lai.
Mã Nguồn Có Tính Tái Sử Dụng Cao Nhất Là Mã Chức Năng Kinh Doanh
Business Logic Là Trung Tâm
Trong Kubernetes, phần lõi là quản lý trạng thái container orchestration, còn các yếu tố lưu trữ hay mạng chỉ là các thành phần dễ thay thế.
Kiến Trúc Tách Biệt Các Lớp Chức Năng
Các thành phần như ETCD, CNI, CRI đều có thể được thay thế tùy theo môi trường thực tế, trong khi phần logic điều phối container được giữ ổn định.
Làm Cho Phần Mềm Hoạt Động Rồi Mới Tinh Chỉnh Dần
Triết Lý Phát Triển
Make it work first: Viết mã chạy đúng chức năng, dù còn phụ thuộc.
Make it better: Tinh chỉnh lại, loại bỏ các phụ thuộc không cần thiết, refactor nâng cao chất lượng.
Make it fast: Tối ưu hiệu suất, giải quyết các điểm nghẽn.
Ví Dụ Thực Tế
Kubernetes giai đoạn đầu phụ thuộc nhiều plugin như Docker, Flannel.
Rồi dần tạo chuẩn như CRI, CNI để linh hoạt thay thế.
Tối ưu và hoàn thiện hiệu năng ở giai đoạn sau.
Điều quan trọng là đừng bị mắc kẹt ngay từ đầu với thiết kế hoàn hảo mà hãy tập trung làm sao để sản phẩm vận hành đúng, rồi cải tiến dần theo nhu cầu.
Kết Luận
Kubernetes không chỉ là một giải pháp kỹ thuật mà còn là mô hình tiêu biểu cho các nguyên tắc thiết kế phần mềm hiện đại: từ nhận biết trùng lặp mã đúng cách, áp dụng các mô hình lập trình hợp lý, tôn trọng nguyên tắc đơn nhiệm, mở rộng linh hoạt mà không sửa đổi code gốc, đến tập trung phát triển business logic. Việc hiểu và áp dụng những bài học này giúp các nhà phát triển xây dựng phần mềm bền vững, dễ bảo trì và mở rộng, qua đó nâng cao giá trị và hiệu quả dự án.
Hãy áp dụng các nguyên tắc này trong dự án của bạn để tạo ra sản phẩm phần mềm không chỉ chạy tốt mà còn có khả năng phát triển lâu dài và thích nghi với thay đổi.