應用程式可擴展性—讓您的應用程式面向未來，取得長期成功

想像一下，在研究用戶的確切需求、添加滿足他們期望的功能並將所有體驗打包到沉浸式設計中後，建立一個金融科技或電子商務應用程式。 您為應用程式的成功付出了辛勤的努力和推廣，然後將其推向市場。

很快，您就會發現，在應用程式下載量達到最初的峰值之後，數量開始以可見（略微異常）的速度減少。 在讓您的軟體測試團隊投入工作後，原因就浮出水面了——應用程式可擴展性導致應用程式效能下降問題。

建立可擴展應用程式的好處怎麼強調都不為過。 眾所周知，使用可擴展性方法建立的應用程式（網路或行動）可以幫助企業：

• 隨時準備變革的生態系統
• 正面的使用者體驗
• 資源優化主導成本節約
• 提高高投資報酬率的可能性

為了實現這一點以及許多其他好處，建立可擴展的應用程式至關重要。

在本文中，我們將研究應用程式開發中可擴展性的不同方面，旨在幫助您的應用程式面向未來。

但首先要說的是。

您什麼時候應該開始擔心應用程式的可擴展性？

行動應用程式開發的可擴展性是指創建管理更大工作負載或用戶需求的能力，例如高流量、更大的資料儲存或更高的運算要求，而不會對應用程式效能造成任何影響。

但有哪些警訊顯示是時候開始採取行動了？

• 效能問題呈上升趨勢。 載入時間緩慢、超時不斷發生或頻繁的系統錯誤都表示應用程式正在努力應對繁重的工作負載。
• 您的資源定期以最高容量運作。 在極限條件下運作的基礎架構（例如，以最大 CPU、記憶體、儲存或網路使用率）可能會導致頻繁停機和效能下降。
• 您的流量峰值和網路延遲較高。 使用者負載較大時的高延遲可能意味著行動或 Web 應用程式的成長超出了其基礎架構的能力，從而導致服務品質下降。
• 您正在擴展您的業務。 如果您計劃引入功能或進入新市場，應用程式擴充功能對於滿足不斷增長的需求和支援業務成長規模至關重要。

在擴展應用程式方面您有哪些選擇？

既然您已經決定是時候進行擴展了，那麼讓我們看看您必須經歷的選項。

1. 垂直擴展

這是為了給您的應用程式提供更大的架構能力。 在這裡，您將透過更大的 CPU 能力、儲存或記憶體來提高伺服器的容量。 它非常適合小型應用程序，因為它在無限硬體升級方面存在限制。

2. 水平縮放

您的應用程式具有一系列共享資源和操作負載的功能。 這是流行的應用程式可擴充性類型之一，您必須在應用程式中新增伺服器或實例，從而傳播操作解決方法。 它被認為最適合擁有大量用戶的大型應用程序，並且您必須保持事物順利運行。

3. 微服務

將您的應用程式想像成一個拼圖，其中每個拼圖都作為單獨的服務運行。 透過微服務擴展行動應用程式是將您的應用程式分成多個部分，您可以根據需要的部分進行擴展。

4.無伺服器

想像一個場景，您根本不必擔心應用程式維護。 當您需要時，該軟體即可運作。 這就是建立可擴展 Web 應用程式的無伺服器模型的意義所在。 它直接處理您的應用程式的縮放。 它被認為具有成本效益，非常適合不可預測的工作負載。

雖然我們根據您的應用程式目標在不同類型的應用程式可擴展性之間進行選擇，但處理活動的方法或多或少是相同的。

您可以使用以下不同的方法和技巧來建立可擴展的應用程序，分為 Web 和行動類別。

建立可擴展行動應用程式的技巧

應用程式開發中的可擴展性可以透過一系列方法引入。 以下是我們關注的一些內容。

1. 規模資料存儲

應用程式開發中可擴展性最困難的方面之一是資料庫。 透過研究 CAP 方法可以理解核心挑戰：

• 一致性－每次讀取都會得到最近的寫入或錯誤。
• 可用性－每個請求都會得到一個（非錯誤）回應，但不能保證它會具有最新的寫入。
• 分區容錯性－儘管節點之間的網路丟棄（或延遲）任意數量的訊息，系統仍會運作。

對於資料庫系統來說，以上三點只能選擇其中的兩點。 例如，如果您重視一致性和可用性，那麼您就會放棄分割區容錯性。 因此，您的資料庫系統將產生一個單節點實例（可能具有後備/唯讀鏡像）。

在處理硬體之前，必須考慮軟體的最佳化。 通常，資料庫查詢和寫入操作可以輕鬆優化。 這不僅節省了必要硬體的成本，而且還使應用程式能夠管理更多用戶。 最後，我們建議添加有效的快取層，以更少的資源實現更多目標。

2. 擴充檔案存儲

與資料儲存一樣，您還應該規劃分散式文件儲存。 雖然利用網路附加儲存 (NAS) 或儲存區域網路 (SAN) 對本機系統很有幫助，但您也可以使用雲端服務。

雲端供應商擁有專門的文件管理服務，包括快取、地理分佈、檢查、碎片等，它們還支援設定文件存取策略。

這裡要注意的關鍵一點是，雲端成本可能很快就會變得過於昂貴，尤其是當您大規模建立行動應用程式時，因此請確保提前計算預期頻寬以避免意外。

3. 流量優化

即使檔案和資料儲存已實現分散且易於擴展，您的應用程式也可能無法發揮其全部能力。 發生這種情況的原因是單一入口點形成了瓶頸。 在規劃行動應用程式開發的可擴展性時，有兩種方法可以解決這個問題。

DNS 輪換消除了只有一個 IP 接收所有發送到該網域的請求的情況。

另一種技術是負載平衡，例如 Kubernetes 的內建負載平衡器，用於將流量轉移到多個正在運行的事件。 這也是雲端供應商合作被認為有幫助的地方。 他們提供使用負載平衡器的服務。 例如，在AWS中，您可以使用Amazon Elastic Load Balancer來分割所有傳入流量。

4. 為新市場做好準備

當您準備好行動應用程式開發的可擴展性以使您的應用程式超越當前市場時，請專注於在地化，包括透過 Unicode、文化元素和合法性提供的語言支援。 成功的市場擴展方法還包括在遵守 GDPR 等當地法規的情況下進行當地市場研究。

此外，為了確保靜態內容能夠快速交付給用戶，無論用戶位於何處，都可以利用 CDN 服務。 這還可以幫助您降低延遲並改善用戶體驗。

5. 透過高效率的資料管理進行擴展

在建立可擴展的應用程式時，主要目的是管理不斷增長的用戶群以及隨之而來的大量數據。 您可以透過實作可擴展的資料庫解決方案（例如 MongoDB 或 Cassandra）來解決這個問題，這些解決方案會隨著您的應用程式的成長而成長，並有效地處理大型資料集。

您還可以使用索引、資料分片等資料庫最佳化方法來確保快速存取資料集並維護應用程式效能。

6. 基礎設施可擴展性規劃

基礎設施必須能夠應對成長但效能下降的情況。 在這裡，建議使用基於雲端的解決方案，例如 Google Cloud 的運算引擎或 AWS 彈性運算雲端 (EC2) – 它們承諾按需可擴展性來管理不斷增長的負載。

此外，在擴展行動應用程式的這個階段，可以實施諸如使用 Kubernetes 編排和使用 Docker 進行容器化等技術，這將導致服務的平滑擴展和資源的有效利用。

7.了解你的用戶群

擴展行動應用程式時要注意的最後一個關鍵因素是深入了解用戶群——他們的應用程式使用模式、高峰時間、最喜歡/經常使用的功能以及他們面臨的挑戰。 透過調查、分析工具和回饋收集這組資訊。

這些以用戶為中心的數據點將有助於告知在擴展行動應用程式時應優先考慮哪些功能，並確保軟體符合用戶不斷變化的需求。

建立可擴展 Web 應用程式的技巧

Web 應用程式的可擴充性受到一系列因素的影響 –

• 設計與建築
• 資源和基礎設施
• 流量模式和使用者行為
• API 和其他第三方服務
• 程式碼有效性和優化。

確保它完美發生的方法需要應用一系列技巧。

1. 選擇最好的硬體

硬體選擇奠定了 Web 應用程式的基礎。 公司必須擁有能夠支援分散式資料庫服務在一段時間內擴展的資源。

您選擇的硬體應該具有關鍵指標的明確指示，例如記憶體百分比和 CPU 使用率，這些資訊集有助於確定任何階段的可擴展性需求。

2.選擇微服務架構

單體應用程式往往是緊密耦合的，並且包含可能變得複雜的大型程式碼庫。 該架構還根據需要限制單個組件的擴展，而不影響整個應用程式。 此外，擴展基於整體架構構建的應用程式可能是一件成本高昂的事情。

使用微服務架構可以透過將應用程式的程式碼庫劃分為獨立的模組來僅擴展必要的 Web 元素，以滿足工作負載需求。

[另請閱讀：無伺服器與微服務－企業應該選擇哪種架構？]

3.在系統中引入緩存

資料密集型 Web 應用程式往往會限制效能。 對此的解決方案可以是快取。 快取會短暫儲存數據，以便將來對數據發出的所有請求都可以更快地提供給客戶端，從而消除客戶端請求某些內容時對連接和查詢資料庫的依賴。 這在擴展讀取密集型 Web 應用程式時也很有效，因為它可以降低總查詢時間並提供更快的資料存取。

選擇快取策略時，確保其符合資料的性質至關重要。 例如，如果資料頻繁更改，策略應與資料庫更新保持一致，例如對圖片和 HTML 等靜態資產使用內容分發網路 (CDN)。

4.使用負載平衡器

擴展 Web 應用程式的另一個策略是實作負載平衡器。 此方法透過將傳入請求策略路由到多個伺服器以進行快速處理來優化流量分配。

5. 選擇正確的資料庫

資料庫是任何 Web 應用程式可擴充性流程中不可或缺的一部分。 「正確資料庫」的選擇和定義完全取決於業務需要保存和儲存的資料類型。

作為參考，在 Appinventiv，當我們處理關聯式資料時，我們建議選擇 Microsoft SQL、MySQL 或 PostgreSQL，而對於非結構化資料使用，建議看起來像 NoSQL 資料庫，如 MariaDB 或 MongoDB。

[另請閱讀：MongoDB 與 MySQL：哪種資料庫更適合您的業務]

6. 採用 API 優先的方法

此策略使 API 成為 Web 應用程式開發的模組化和離散部分。 它保證了應用程式的功能可以完全透過API存取。 該過程還簡化了 Web 應用程式的擴展，因為由小型分解部分建立的應用程式可以透過僅處理所需的部分來有效擴展。

API 閘道往往充當 Web 應用程式中的單一入口點。 它合併來自用戶的不同請求，然後將它們路由到正確的端點。 然後，網關會合併來自多個請求的輸出，然後將其傳送給最終用戶，從而減少 Web 應用程式與其用戶之間的互動次數。

7. 建構多層軟體架構

在此架構中，Web 應用程式分為多個層，例如應用程式伺服器、Web 伺服器和資料庫伺服器。 然後，每個層都在多個硬體和伺服器上單獨運行，從而使建立可擴展 Web 應用程式的過程變得簡單。

透過多層軟體方法，您還可以修改每一層的伺服器或硬體配置，而不會影響其他層的效能。 這也被證明是一種經濟高效的解決方案，因為更改僅在受影響的層上進行。

建立可擴展應用程式時您會面臨哪些挑戰？ 建議的解決方案是什麼？

以下是您在規劃行動應用程式開發的可擴展性時可能遇到的一些挑戰以及我們解決這些挑戰的方法。

目前架構的不可擴展性

基於設計不良或單一架構建構的應用程式依賴遺留技術和元件的緊密耦合，如果不進行大量返工，這可能很難在行動應用程式開發中實現可擴展性。

我們在這裡遵循的解決方案是將軟體遷移到微服務或服務導向的架構，以便輕鬆部署、擴展和管理獨立的應用程式元件。

數據不一致

隨著應用程式處理更多數據，確保一致性對於擴展應用程式來說變得更具挑戰性。 對於分散式系統尤其如此，在分散式系統中，相同資訊的不同版本最終可能儲存在不同的伺服器上。 這會導致資訊過時和價值觀衝突。

為了解決這個問題，我們實施了高效率的資料同步方法。 使用最好的資料庫架構、整合分散式共識協定以及應用衝突解決方法是我們保證每個應用程式元件之間資料一致性的一些方法。

資源限制

記憶體、運算能力、儲存或網路頻寬的限制往往會影響 Web 應用程式的可擴充性。 例如，資源較少可能會導致應用程式在高峰使用時間效能下降。

為了避免這種情況，我們不斷追蹤資源使用情況並根據需求進行最佳化。 此外，我們建議投資配置良好且可擴展的雲端基礎設施，因為這在資源分配方面提供了更大的靈活性。

安全漏洞

在擴展 Web 應用程式和行動解決方案的過程中，系統可能會遭受攻擊和安全漏洞。 隨著軟體變得越來越大，駭客可能會利用應用程式程式碼、資料處理流程和基礎架構中的問題。

為了防止這種情況，我們採取不同的方法 -

• 安全編碼實踐
• 定期、定時和自發性的安全評估
• 嚴格的滲透測試
• 強大的授權和認證機制
• 確保每個 API 和第三方軟體都針對已知漏洞進行更新

這些步驟有助於保護您的應用程式和使用者免受潛在的網路威脅。

應用程式可擴展性成本高

採用單一或不同的方法來擴展應用程式不可避免地會增加許可和訂閱費用。 然而，在應用程式開發中忽略可擴展性的情況要高得多，因為您面臨過度配置資源的風險，並增加不必要的費用和效能挑戰。

為了有效地處理成本，您應該根據實際使用趨勢仔細制定擴展策略，並對其進行修改以平衡成本和效能效率。

成功糾正這些與可擴展性相關的障礙需要對應用程式需求和架構、主動規劃以及隨著應用程式的成長進行持續監控的全面了解。 在這方面，與 Appinventiv 這樣值得信賴的軟體開發公司合作，在大規模建立行動應用程式方面擁有良好的記錄，可以發揮重要作用。

以下是我們如何幫助擴大金融科技應用規模的範例。

一家加拿大金融科技新創公司向我們尋求網路和行動應用程式開發服務。 他們的短期目標是從投資者那裡籌集資金，為此他們希望從 MVP 開始，然後根據假設檢定進行擴展。

為了實現這一目標，我們建立了一個可擴展且強大的架構，能夠處理龐大的流量負載。 我們的開發團隊使用 Storybook 和 React Native 在短短兩週內建立了 MVP。 當應用程式開始受到高度關注和需求時，我們將整個後端過渡到 React，從而實現網站和行動應用程式之間輕鬆的程式碼共享。

如今，該應用程式的下載量已超過 100 萬次，沒有任何效能問題的跡象。

常見問題解答

Q：什麼是應用程式可擴充性？

答：應用程式可擴展性定義了應用程式在不影響效能或可靠性的情況下管理增加的工作負載或使用者需求的能力。

Q：為什麼要建立可擴展的應用程式？

答：出於多種原因，建立可擴展的應用程式至關重要：

• 應對突然的成長
• 保持績效
• 成本效益
• 企業的未來保障
• 競爭優勢

Q：如何擴展應用程式？

答：在行動和 Web 平台上擴充應用程式的過程有所不同。 擴展 Web 應用程式時，您可以考慮選擇微服務架構、使用快取、選擇正確的資料庫並採用 API 優先的方法。 對於行動應用程序，您可以選擇諸如擴展數據和文件存儲、優化流量、透過高效數據管理進行擴展以及規劃基礎設施可擴展性等策略。