Design patterns and anti-patterns in microservices architecture : a classification proposal and study on open source projects

As tech giants adopted microservices architecture successfully in the past decade, there has been an increase in the microservices research in the academia and greater interest from many companies towards this method of building distributed, fault-tolerant and complex applications. More research and practical experience led to the emergence of several desirable and undesirable ways of solving problems of microservice-based systems, called microservices design patterns and anti-patterns. In this study, we take a look into the academia through literature review, and into practical cases through popular open source microservices projects. We aim to discover whether there is a classification in the academia regarding microservice patterns and anti-patterns and propose one in case there is no consensus, in addition to investigating the actual presence of these pattern and anti-patterns manually in ten well-known microservice-based open source applications. Our analysis shows that there does not exist a general agreement in the academia in terms of classification of microservices patterns and anti-patterns, hence we proposed our taxonomy by trying to find common ground and providing relevant justification. Regarding the presence of design patterns and anti-patterns, we selected ten open source microservices applications, which have the highest number of stars on GitHub, excluding tool-kits, frameworks and libraries from the search result. Through a manual process on these projects, we found that while some design patterns and anti-patterns can be verified to exist in practical cases, there are also some patterns and anti-patterns which are rare, if not absent at all. In conclusion, we discuss the results found and experiences gained in this study, before adding a few statements about future work.

Mentre i giganti della tecnologia hanno adottato con successo l’architettura a microservizi, negli ultimi dieci anni c’è stato un aumento della ricerca sui microservizi nel mondo accademico e un maggiore interesse da parte di molte aziende verso questo metodo di costruzione di applicazioni distribuite, fault-tolerant e complesse. Ulteriori ricerche ed esperienze pratiche hanno portato all’emergere di diversi modi desiderabili e indesiderabili per risolvere i problemi dei sistemi basati su microservizi, chiamati design pattern e anti-pattern. In questo studio, facciamo un’analisi della letteratura e e di progetti a microservizi open source. Miriamo a scoprire se esiste un consenso su come classificare pattern e anti-pattern a microservizi e, in caso contrario, a proporne una nuova. Inoltre, vogliamo indagare l’effettiva presenza di questi pattern e anti-pattern manualmente in dieci applicazioni note open source basate su microservizi. La nostra analisi mostra che non esiste un accordo generale nel mondo accademico in termini di classificazione dei pattern e degli anti-pattern per applicazioni a microservizi, quindi abbiamo proposto la nostra tassonomia cercando di trovare un terreno comune e fornendo una giustificazione pertinente. Per quanto riguarda la presenza di design pattern e anti-pattern, abbiamo selezionato dieci applicazioni open source a microservizi, selezionandole tra quelle che hanno il numero più alto di stelle su GitHub ed escludendo toolkit, framework e librerie dal risultato della ricerca. Attraverso un processo manuale di analisi su questi progetti, abbiamo scoperto che mentre alcuni patter e anti-pattern di progettazione possono essere verificati esistere in casi pratici, ce ne sono anche altri che sono rari, se non del tutto assenti. In conclusione, discutiamo dei risultati trovati e delle esperienze maturate in questo studio e delineiamo un piano di lavoro per il futuro.