Entendendo escalabilidade em sistemas de software · altoeandre

Escalabilidade é um aspecto essencial no design de sistemas de software, garantindo que eles possam lidar com cargas crescentes sem perder desempenho. Seja construindo uma plataforma de mídia social, um site de e-commerce ou uma solução corporativa, a escalabilidade determina a capacidade do sistema de crescer junto com sua base de usuários.

O que é escalabilidade?

Escalabilidade é a capacidade de um sistema lidar com demandas crescentes ao expandir seus recursos de forma eficiente. Essa demanda pode surgir de mais usuários, volumes maiores de dados ou um número crescente de transações. Escalabilidade garante que seu sistema permaneça confiável e com bom desempenho conforme o uso aumenta.

Imagine aquele filme que você estava esperando muito para assistir, na verdade, não só você, você e mais metade do mundo, e quando abre a pré-venda dos ingressos, o site de ingressos cai, ou mesmo aquela promoção da black friday, e de repente, caiu o site.

Mais fácil que dar o exemplo de um sistema escalável, é dar o exemplo de um sistema não escalável, afinal, com o sistema escalável não se percebem diferenças na utilização. Porém, quando o sistema não é escalável, o seu usuário poderá ter uma experiência extremamente frustrante.

Devo pensar em escalabilidade?

Antes de ler o conteúdo a seguir, lhe convido primeiro a pensar, devo pensar em escalabilidade para minha aplicação?

Solving Imaginary Scaling Issues | O'RLY Covers

A resposta depende do estágio do seu projeto. Para a maioria dos casos, especialmente startups ou aplicações iniciais, a prioridade deve ser colocar o produto no ar e focar na entrega de funcionalidades que resolvam problemas reais dos usuários. Preocupar-se excessivamente com escalabilidade desde o início pode levar à criação de complexidades desnecessárias para problemas que talvez nunca existam. É mais sensato começar simples, e, à medida que a base de usuários e as demandas cresçam, então abordar questões de escalabilidade. Afinal, é melhor ter um problema de escalabilidade com muitos usuários do que gastar tempo otimizando um sistema que ninguém usa.

Domínios da escalabilidade

A conceptual illustration of scalability in technology.

1. Escalabilidade vertical (Escalar para cima)

A escalabilidade vertical consiste em adicionar mais potência a uma única máquina. Isso pode significar atualizar para um processador mais rápido, adicionar mais memória ou usar um sistema de armazenamento mais avançado.

Vantagens:

Simplicidade: É uma abordagem direta, muitas vezes exigindo nenhuma mudança no código existente.
Consistência: Como você está lidando com uma única máquina, não é necessário gerenciar sistemas distribuídos ou se preocupar com sincronização de dados.

Desvantagens:

Limitações de Hardware: Existe um limite físico para o quanto você pode escalar uma única máquina.
Custo-Eficiência: Hardware de ponta pode ser caro, e além de certo ponto, o custo por unidade de desempenho tende a aumentar de forma não linear.

Devo escalar verticalmente?

Se sua aplicação possui uma carga previsível, sem grandes picos de utilização e com um crescimento orgânico, a escalabilidade vertical pode ser ideal a você, principalmente para sistemas em estágios iniciais, sem uma grande quantia de usuários ou fluxo de dados e que podem suportar curtos períodos de indisponibilidade (afinal, aqui não há redundâncias, apenas uma máquina rodando 24/7).

Em momentos como esse, pode ser muito proveitoso revisitar o código e focar em otimizações, algoritmos e infraestrutura para lidar com mais carga de maneira eficiente, prevenindo assim gastos adicionais em um momento que pode ser crucial para a saúde de um projeto.

Entre algumas das otimizações possíveis estão a otimização de consultas de banco de dados, implementação de cache e refatoração para algoritmos de menor complexidade temporal, além é claro, de manter atualizados os seus sistemas para o melhor proveito possível dos recursos da máquina.

Porém, como nem tudo são flores, há um limite para o quanto você pode otimizar um sistema, e à medida que o código é otimizado, as alterações vão se tornando cada vez mais sutis, e aí, chega a hora de se pensar em escalabilidade, aqui, caso não hajam picos de utilização você poderá se manter na escalabilidade vertical por um bom tempo.

2. Escalabilidade horizontal (Escalar para os lados)

A escalabilidade horizontal envolve adicionar mais máquinas (nós) ao sistema e distribuir a carga de trabalho entre elas. Essa abordagem é típica de sistemas distribuídos.

Vantagens:

Flexibilidade: É possível adicionar ou remover máquinas conforme a demanda, permitindo escalabilidade sob demanda.
Tolerância a Falhas: Se uma máquina falhar, outras podem assumir, melhorando a confiabilidade.
Escalabilidade Virtualmente Ilimitada: Adicionando mais nós, sistemas podem lidar com cargas significativamente maiores.

Desvantagens:

Complexidade: Construir e manter sistemas distribuídos requer planejamento cuidadoso, especialmente para sincronização de dados, balanceamento de carga e tolerância a falhas.
Latência: A comunicação entre os nós pode introduzir atrasos se não for otimizada.

Devo escalar horizontalmente?

A escalabilidade horizontal é ideal para sistemas com cargas imprevisíveis, picos de utilização frequentes ou um volume de dados e acessos que cresce rapidamente. Ela permite que você distribua a carga de trabalho entre várias máquinas, aumentando a capacidade do sistema sem depender de um único ponto de falha. Essa abordagem é especialmente útil em projetos que já possuem uma base significativa de usuários, exigem alta disponibilidade ou precisam operar de forma resiliente, mesmo durante falhas.

Embora a escalabilidade horizontal traga benefícios claros, ela também introduz desafios. Sistemas distribuídos exigem um planejamento cuidadoso para evitar problemas como inconsistências de dados, aumento da latência devido à intercomunicação e a necessidade de balanceamento de carga eficiente. Além disso, frameworks e arquiteturas precisam ser projetados para suportar essa distribuição, o que pode aumentar a complexidade de desenvolvimento e manutenção.

Quando seu sistema atingir um ponto em que a escalabilidade vertical não for mais suficiente, ou quando a redundância e a alta disponibilidade se tornarem críticas, ou mesmo se sua aplicação enfrenta picos de utilização muito bruscos, escalar horizontalmente deverá ser o próximo passo natural. Para aproveitar ao máximo essa abordagem, invista em ferramentas de monitoramento, automação e orquestração, como Kubernetes, para gerenciar as máquinas de forma eficiente e garantir uma transição suave para essa nova etapa do projeto.

E você, já chegou no momento de escalar uma aplicação?