From monolithic architectural style to microservice one : structure-based and task-based approaches

par Anfel Selmadji

Thèse de doctorat en Informatique

Soutenue le 03-10-2019

à Montpellier , dans le cadre de I2S - Information, Structures, Systèmes , en partenariat avec Laboratoire d'Informatique de Robotique et de Microélectronique de Montpellier / LIRMM (laboratoire) .

Le président du jury était Flavio Oquendo.

Le jury était composé de Abdelhak-Djamel Seriai, Christophe Dony, Hinde Lilia Bouziane, Flavio Oquendo, Philippe Collet, Chirine Ghedira.

Les rapporteurs étaient Flavio Oquendo, Philippe Collet.

  • Titre traduit

    Du style architectural monolithique vers le style microservice : approches basées sur la structure et sur les tâches


  • Résumé

    Les technologies logicielles ne cessent d'évoluer pour faciliter le développement, le déploiement et la maintenance d'applications dans différents domaines. En parallèle, ces applications évoluent en continu pour garantir une bonne qualité de service et deviennent de plus en plus complexes. Cette évolution implique souvent des coûts de développement et de maintenance de plus en plus importants, auxquels peut s'ajouter une augmentation des coûts de déploiement sur des infrastructures d'exécution récentes comme le cloud. Réduire ces coûts et améliorer la qualité de ces applications sont actuellement des objectifs centraux du domaine du génie logiciel. Récemment, les microservices sont apparus comme un exemple de technologie ou style architectural favorisant l'atteinte de ces objectifs.Alors que les microservices peuvent être utilisés pour développer de nouvelles applications, il existe des applications monolithiques (i.e., monolithes) cons-truites comme une seule unité et que les propriétaires (e.g., entreprise, etc.) souhaitent maintenir et déployer sur le cloud. Dans ce cas, il est fréquent d'envisager de redévelopper ces applications à partir de rien ou d'envisager une migration vers de nouveaux styles architecturaux. Redévelopper une application ou réaliser une migration manuellement peut devenir rapidement une tâche longue, source d'erreurs et très coûteuse. Une migration automatique apparaît donc comme une solution évidente.L'objectif principal de notre thèse est de contribuer à proposer des solutions pour l'automatisation du processus de migration d'applications monolithiques orientées objet vers des microservices. Cette migration implique deux étapes : l'identification de microservices et le packaging de ces microservices. Nous nous focalisons sur d'identification en s'appuyant sur une analyse du code source. Nous proposons en particulier deux approches.La première consiste à identifier des microservices en analysant les relations structurelles entre les classes du code source ainsi que les accès aux données persistantes. Dans cette approche, nous prenons aussi en compte les recommandations d'un architecte logiciel. L'originalité de ce travail peut être vue sous trois aspects. Tout d'abord, les microservices sont identifiés en se basant sur l'évaluation d'une fonction bien définie mesurant leur qualité. Cette fonction repose sur des métriques reflétant la "sémantique" du concept "microservice". Deuxièmement, les recommandations de l'architecte logiciel ne sont exploitées que lorsqu'elles sont disponibles. Enfin, deux modèles algorithmiques ont été utilisés pour partitionner les classes d'une application orientée objet en microservices : un algorithme de regroupement hiérarchique et un algorithme génétique.La deuxième approche consiste à extraire à partir d'un code source orienté objet un workflow qui peut être utilisé en entrée de certaines approches existantes d'identification des microservices. Un workflow décrit le séquencement de tâches constituant une application suivant deux formalismes: un flot de contrôle et/ou un flot de données. L'extraction d'un workflow à partir d'un code source nécessite d'être capable de définir une correspondance entre les concepts du mon-de objet et ceux d'un workflow.Pour valider nos deux approches, nous avons implémenté deux prototypes et mené des expérimentations sur plusieurs cas d'étude. Les microservices identifiés ont été évalués qualitativement et quantitativement. Les workflows obtenus ont été évalués manuellement sur un jeu de tests. Les résultats obtenus montrent respectivement la pertinence des microservices identifiés et l'exactitude des workflows obtenus.


  • Résumé

    Software technologies are constantly evolving to facilitate the development, deployment, and maintenance of applications in different areas. In parallel, these applications evolve continuously to guarantee an adequate quality of service, and they become more and more complex. Such evolution often involves increased development and maintenance costs, that can become even higher when these applications are deployed in recent execution infrastructures such as the cloud. Nowadays, reducing these costs and improving the quality of applications are main objectives of software engineering. Recently, microservices have emerged as an example of a technology or architectural style that helps to achieve these objectives.While microservices can be used to develop new applications, there are monolithic ones (i.e., monoliths) built as a single unit and their owners (e.g., companies, etc.) want to maintain and deploy them in the cloud. In this case, it is common to consider rewriting these applications from scratch or migrating them towards recent architectural styles. Rewriting an application or migrating it manually can quickly become a long, error-prone, and expensive task. An automatic migration appears as an evident solution.The ultimate aim of our dissertation is contributing to automate the migration of monolithic Object-Oriented (OO) applications to microservices. This migration consists of two steps: microservice identification and microservice packaging. We focus on microservice identification based on source code analysis. Specifically, we propose two approaches.The first one identifies microservices from the source code of a monolithic OO application relying on code structure, data accesses, and software architect recommendations. The originality of our approach can be viewed from three aspects. Firstly, microservices are identified based on the evaluation of a well-defined function measuring their quality. This function relies on metrics reflecting the "semantics" of the concept "microservice". Secondly, software architect recommendations are exploited only when they are available. Finally, two algorithmic models have been used to partition the classes of an OO application into microservices: clustering and genetic algorithms.The second approach extracts from an OO source code a workflow that can be used as an input of some existing microservice identification approaches. A workflow describes the sequencing of tasks constituting an application according to two formalisms: control flow and /or data flow. Extracting a workflow from source code requires the ability to map OO conceptsinto workflow ones.To validate both approaches, we implemented two prototypes and conducted experiments on several case studies. The identified microservices have been evaluated qualitatively and quantitatively. The extracted workflows have been manually evaluated relying on test suites. The obtained results show respectively the relevance of the identified microservices and the correctness of the extracted workflows.


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