Аналоговая архитектурная песочница: моделируем распределённые системы бумажными жетонами до того, как тронете Kubernetes

Когда команды решают перейти от монолита к микросервисам или начинают планировать свой первый деплой в Kubernetes, они часто сразу ныряют в YAML, Helm‑чарты и облачные консоли. Но есть более простой, дешёвый и куда более «человечный» способ сначала исследовать распределённую архитектуру:

Постройте её на столе с помощью бумажных жетонов.

Эта «аналоговая архитектурная песочница» превращает ваши системы в физическое игровое поле. Вы используете жетоны, чтобы обозначать сервисы, очереди, топики и пользователей, а затем проигрываете реалистичные сценарии: всплески трафика, отключения, частичные отказы и реагирование на инциденты.

Результат — общее, наглядное понимание того, как ведёт себя система, до того, как вы вложитесь в инфраструктуру.

Зачем моделировать распределённые системы на бумаге?

Распределённые системы сложны, потому что:

• Поведение возникает как результат взаимодействия компонентов, а не очевидно из их кода по отдельности.
• Отказы частичные и «грязные», а не просто «работает / не работает».
• Пути коммуникации (и между сервисами, и между людьми) сложны и запутаны.

Диаграммы и архитектурная документация помогают, но они статичны. Настольное упражнение — динамично и совместно выполняемо:

• Дешёво и поучительно — можно пробовать смелые идеи и выкидывать их за минуты.
• Общий ментальный образ — разработчики, SRE, продакт‑менеджеры и даже не‑технические участники видят, что происходит.
• Безопасная лаборатория отказов — вы можете «ломать» систему бесконечно, единственный риск — закончится стикеры.
• Проверка здравого смысла до Kubernetes — вы оцениваете, действительно ли вам нужна сложная инфраструктура и если да, то какая именно.

Думайте об этом как о unit‑тестировании вашей архитектуры, только вместо кода — бумага.

Базовая идея: физические жетоны для логических паттернов

Начните с отображения распространённых паттернов распределённых систем на физические объекты:

• Клиенты / пользователи → человечки, нарисованные от руки, или цветные жетоны
• Сервисы / компоненты → стикеры или карточки (по одному компоненту на карточку)
• Базы данных / хранилища данных → большие карточки или стикеры другого цвета
• Очереди (например, SQS, RabbitMQ) → прямоугольники со стрелкой и маленькой «входящей» зоной для жетонов‑запросов
• Топики / Pub‑Sub (например, Kafka) → круглые или центральные карточки со стрелками к нескольким потребителям
• Запросы / сообщения → маленькие бумажные полоски или монетки, которые вы физически перемещаете
• Внешние зависимости (платёжные шлюзы, сторонние API) → карточки на краю стола

Цель не в пиксельной точности. Важно сделать паттерны видимыми:

• Это синхронное или асинхронное взаимодействие?
• Кто с кем разговаривает?
• Что происходит, когда что‑то не упало, а просто работает медленно?

Шаг 1: положите монолит на стол

Даже если ваша цель — микросервисы и Kubernetes, начните с вашей текущей или самой простой возможной архитектуры. Для многих команд это монолит или базовая client–server‑схема.

1. Нарисуйте монолит

   • Положите большой стикер с надписью App в центр.
   • Рядом добавьте карточку DB.
   • Расставьте несколько жетонов User по краям стола.

2. Смоделируйте базовый поток запроса

   • Возьмите жетон Request у пользователя и переместите его к App.
   • Из App переместите его к DB, затем обратно в App, затем к User.
   • Проговаривайте вслух: «Пользователь логинится, приложение проверяет DB и возвращает результат».

3. Отметьте производительность и ограничения

   • Добавьте маленькие записи: App: ~500 RPS, DB: ~200 writes/sec и т.п.
   • Отметьте, где используется кеширование, если оно есть.

Теперь все в комнате должны понимать базовую систему.

Шаг 2: итеративно «делим» компоненты на микросервисы

Когда с монолитом всё ясно, начинайте искать кандидатов на микросервисы.

1. Найдите естественные границы

   • Ищите области с разными командами, бизнес‑доменами или профилями нагрузки:
     • Auth, Payments, Catalog, Notifications и т.д.

2. Физически разделите монолит

   • Замените части карточки App отдельными карточками сервисов: Auth Service, Orders Service, Inventory Service.
   • Перерисуйте потоки: перемещайте жетоны Request от User → Gateway → конкретные сервисы.

3. Выберите стили взаимодействия

   • Для синхронных вызовов нарисуйте прямые стрелки между карточками сервисов.
   • Для асинхронных паттернов добавьте карточки Queue или Topic и прогоняйте через них жетоны‑Message.

4. Задавайте архитектурные вопросы прямо по ходу

   • Это должен быть синхронный HTTP‑вызов или событие в топик?
   • Если Inventory Service недоступен, Orders Service должен быстро падать, ретраить или ставить запросы в очередь?
   • Какие данные копируются между сервисами, а какие жёстко принадлежат каждому?

Физически двигая и деля карточки, вы по сути делаете архитектурный рефакторинг, не трогая ни код, ни манифесты Kubernetes.

Шаг 3: пройдите реальные сценарии всей командой

Здесь аналоговая песочница раскрывается по‑настоящему. Относитесь к ней как к настольному упражнению по реагированию на инциденты.

Сценарий A: всплеск трафика

1. Удвоьте или утройте количество жетонов User.
2. Быстро гоняйте жетоны Request по системе.
3. Смотрите, где они скапливаются:
   • Застревают на Gateway? На DB? В какой‑то Queue?
4. Добавляйте заметки, куда вы бы внедрили:
   • Авто‑масштабирование (Pods, HPA)
   • Кеширование (CDN, in‑memory cache)
   • Rate limiting или backpressure

Сценарий B: частичный outage

1. Выберите один сервис (например, Payments Service) и переверните карточку: «DOWN».
2. Продолжайте двигать жетоны Request, как будто пользователи всё ещё пользуются системой.
3. Обсудите вместе:
   • Что деградирует? Что продолжает работать?
   • Показываем «урезанный» интерфейс или жёсткую ошибку?
   • Что происходит с неудачными запросами — они теряются, откатываются, ставятся в очередь?

Сценарий C: медленная зависимость

1. Отметьте External API пометкой «+2 секунды latency».
2. Для каждого запроса, который его затрагивает, сделайте короткую паузу, прежде чем двигать жетоны дальше.
3. Наблюдайте:
   • Задержки копятся на вызывающем сервисе?
   • Это замедляет всё или только отдельные флоу?
   • Где должны жить circuit breaker’ы и таймауты?

Эти сценарии делают невидимое поведение осязаемым. Все видят, где образуются очереди, узкие места и каскадные отказы.

Шаг 4: роли, зоны ответственности и коммуникация

Не превращайте сессию только в технику. Относитесь к ней как к реальному разбору инцидентов.

1. Добавьте людей на поле

   • Обозначьте команды или роли (Backend Team, SRE, On‑Call, Product Owner) отдельными жетонами.
   • Проведите линии или стрелки к сервисам, которыми они владеют.

2. Задавайте организационные вопросы

   • Когда Payments Service лежит, кто получает пейдж?
   • Кто решает, когда «урезать» функциональность, а когда полностью закрывать путь?
   • У кого есть право менять конфигурацию в аварийной ситуации?

3. Смоделируйте коммуникацию при инциденте

   • Проигрывая outage, периодически останавливайтесь и спрашивайте:
     • Кто разговаривает с пользователями или клиентами?
     • Кто координирует действия между командами?
     • Где хранятся runbook’и?

Часто упражнение вскрывает не только технические single point of failure, но и пробелы во владении и коммуникациях.

Шаг 5: выявите узкие места и точки отказа

По мере появления паттернов помечайте поле рисками:

• Узкие места

  • Компоненты, около которых при нагрузке скапливается много жетонов.
  • Сервисы, через которые проходит всё (например, Gateway, DB).

• Единственные точки отказа (SPOF)

  • Карточки без резервирования или альтернативных путей.
  • Критические внешние зависимости без graceful degradation.

• Неясное владение

  • Сервисы без явно привязанной «командной» фишки.
  • Общие базы данных, которые используют несколько сервисов без чётких контрактов.

Зафиксируйте выводы в список:

• «Orders Service синхронно зависит от Inventory и Pricing — риск каскадного отказа».
• «Одна пишущаяся DB на все сервисы — риск по масштабированию и блокировкам».
• «Нет явного владельца у Notification Service — неясно, кто ведёт инцидент».

Этот список рисков станет входными данными для вашей реальной архитектуры в Kubernetes и инфраструктурного дизайна.

Шаг 6: свяжите с C4‑моделью, чтобы сделать нормальные диаграммы

Чтобы инсайты не погибли на стикерах, сопоставьте настольную модель с формальным подходом к диаграммам, таким как C4‑модель:

• Уровень 1 (System Context)

  • Весь ваш стол как одна система плюс внешние пользователи и зависимости.

• Уровень 2 (Containers)

  • Каждая карточка, представляющая разворачиваемый компонент (сервис, DB, очередь), — это контейнер C4.

• Уровень 3 (Components)

  • Если вы делили карточку сервиса на под‑карточки (например, API, Worker), они представляют компоненты.

Когда сессия закончится:

1. Сделайте фотографии стола с разных ракурсов.
2. Перенесите раскладку в C4‑диаграмму в любимом инструменте.
3. Добавьте границы доверия, протоколы (HTTP, gRPC, события) и окружения деплоя.

Теперь у вашей аналоговой песочницы есть прямой путь к архитектурным диаграммам и планам реализации, которые смогут воплотить разработчики и платформенные инженеры.

Когда проводить аналоговую архитектурную песочницу

Используйте этот подход, когда:

• Вы рассматриваете миграцию с монолита на микросервисы.
• Планируете первый rollout в Kubernetes или service mesh.
• Проектируете новый продукт с распределённой архитектурой.
• Пережили болезненный инцидент и хотите понять системное поведение.

Сессии могут быть короткими и точечными:

• 60–90 минут на один сценарий и срез архитектуры.
• Полудневный воркшоп для более сложных ландшафтов.

Зовите кросс‑функциональную группу: разработчиков, SRE, архитекторов, продакт‑менеджеров и, при необходимости, поддержку или операционные команды.

Вывод: спроектируйте на бумаге, прежде чем проектировать в YAML

Kubernetes, service mesh’и и cloud‑native‑инструменты мощны — но они могут зацементировать лишнюю сложность и усилить ошибки дизайна.

Простое настольное упражнение с бумажными жетонами позволяет:

• Визуализировать и «допросить» распределённые паттерны.
• Безопасно исследовать границы микросервисов.
• Отрепетировать реагирование на инциденты и коммуникационные сценарии.
• Выявить узкие места, пробелы во владении и единственные точки отказа.
• Непосредственно питать структурированные диаграммы вроде C4 и, в итоге, аккуратные манифесты для Kubernetes.

Прежде чем поднимать кластер или писать первый Helm‑чарт, очистите стол, возьмите пачку стикеров и соберите архитектуру там, где её видят все. Самое дешёвое и быстрое место, где можно «сломать» вашу систему, — это бумага.