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• 11 Gennaio 2024

La Application Architecture in Microsoft Azure rappresenta il framework strutturale e il design su cui si costruiscono e si eseguono le applicazioni all’interno dell’ecosistema cloud di Azure. Questa architettura è fondamentale per sfruttare al meglio le capacità e i servizi offerti da Azure, garantendo al tempo stesso sicurezza, scalabilità e prestazioni ottimali.

La Application Architecture in Microsoft Azure è una progettazione complessa e stratificata che definisce come le applicazioni sono strutturate e gestite nell’ambiente cloud di Azure. Essa rappresenta non solo la disposizione e l’interazione dei vari componenti software ma anche la strategia di utilizzo delle risorse cloud, garantendo che l’applicazione sia efficiente, sicura e scalabile.

Uno degli aspetti centrali di questa architettura è la scalabilità, che permette alle applicazioni di gestire incrementi variabili nel carico di lavoro senza compromettere le prestazioni. Questo si realizza attraverso servizi come Azure Load Balancer e Azure Traffic Manager, che distribuiscono il traffico in maniera ottimale. La sicurezza è un altro pilastro fondamentale, con Azure che offre avanzate funzionalità di sicurezza e conformità, proteggendo i dati e le applicazioni da minacce esterne.

Inoltre, la gestione dei dati è una componente critica, con Azure che fornisce una vasta gamma di opzioni per il database, come Azure SQL Database e Azure Cosmos DB, offrendo flessibilità nel trattamento e nella memorizzazione dei dati. La integrabilità e l’interoperabilità sono garantite da servizi come Azure Logic Apps e Azure API Management, che facilitano l’integrazione con altre applicazioni e sistemi, sia dentro che fuori l’ambiente Azure.

L’architettura prevede anche l’uso di servizi di calcolo, come Azure Virtual Machines e Azure Functions, che permettono agli sviluppatori di eseguire applicazioni in ambienti serverless o basati su container, massimizzando l’efficienza operativa. L’aspetto del deployment automatico e della gestione della configurazione, tramite strumenti come Azure DevOps, permette un rilascio continuo e una gestione efficiente dell’infrastruttura.

È fondamentale anche menzionare il monitoraggio e la diagnostica, con strumenti come Azure Monitor e Application Insights che forniscono dati preziosi sulle prestazioni dell’applicazione e consentono un’analisi approfondita per ottimizzare continuamente l’esperienza dell’utente.

Nella progettazione di un’architettura di applicazioni su Microsoft Azure, ci sono vari moduli chiave da considerare:

• Message and event scenarios: Questo modulo si concentra sulla gestione di messaggi ed eventi all’interno dell’applicazione. Include la progettazione di sistemi per catturare, trasmettere e gestire dati in tempo reale.
• Messaging solution: Questo aspetto si occupa dell’implementazione di soluzioni di messaggistica, come code e topic, per consentire la comunicazione asincrona tra diversi componenti dell’applicazione.
• Azure Event Hubs messaging solution: Azure Event Hubs è una piattaforma di streaming dati ad alte prestazioni che consente la raccolta e l’analisi di grandi volumi di dati generati da dispositivi distribuiti. Questo modulo riguarda l’utilizzo di Event Hubs per gestire flussi di dati in tempo reale.
• Event-driven solution: Una soluzione basata su eventi sfrutta gli eventi per innescare e comunicare tra i diversi componenti dell’applicazione. Questo approccio è cruciale per costruire applicazioni reattive e scalabili.
• Automated App deployment solution: Questo modulo riguarda l’automazione del processo di distribuzione dell’applicazione. Include l’uso di strumenti e pratiche come l’integrazione continua (CI) e la distribuzione continua (CD) per semplificare e accelerare il rilascio di nuove versioni dell’applicazione.
• Application configuration management Solution: La gestione della configurazione dell’applicazione si occupa di mantenere e gestire le impostazioni e le configurazioni dell’applicazione. Ciò è essenziale per garantire la coerenza e la sicurezza nell’ambiente di distribuzione.
• Caching solution: Questo modulo si occupa dell’implementazione di una strategia di caching all’interno dell’architettura dell’applicazione. Il caching è una tecnica che consente di memorizzare temporaneamente dati frequentemente accessibili in posizioni di facile accesso.

Volendo scendere nel dettaglio, posso fornirvi una panoramica di ogni singolo scenario.

La prima decisione nella progettazione dell’architettura dell’applicazione consiste nel pianificare la comunicazione dei componenti dell’applicazione. La definizione della strategia dei componenti consente di scegliere il servizio di Azure appropriato.

Message and event scenarios

Nel contesto di un’architettura applicativa su Microsoft Azure, i Message and Event Scenarios giocano un ruolo fondamentale nel definire come le applicazioni gestiscono e reagiscono a vari tipi di messaggi e eventi. Questi scenari sono cruciali per garantire che le applicazioni siano reattive, efficienti e capaci di gestire efficacemente la comunicazione asincrona.

Per comprendere meglio, consideriamo un esempio semplice: un’applicazione di e-commerce che gestisce ordini dei clienti. In questo scenario, ogni volta che un cliente effettua un ordine, si verifica un evento. Questo evento può innescare una serie di azioni automatizzate all’interno dell’applicazione. Per esempio, l’evento dell’ordine potrebbe innescare un messaggio inviato a un sistema di gestione del magazzino per verificare la disponibilità del prodotto. Contemporaneamente, un altro messaggio potrebbe essere inviato al sistema di elaborazione dei pagamenti per iniziare la transazione finanziaria.

In questo scenario, l’evento dell’ordine del cliente è il catalizzatore che attiva diversi processi asincroni. Utilizzando servizi di messaggistica come Azure Queue Storage o Azure Service Bus, l’applicazione può inviare e ricevere messaggi in modo affidabile e sicuro. Questi servizi assicurano che i messaggi siano gestiti in modo efficace, permettendo all’applicazione di rimanere reattiva e di ridurre i tempi di attesa per il cliente.

Un altro aspetto importante in questo scenario è la gestione degli eventi. Utilizzando soluzioni come Azure Event Grid o Azure Event Hubs, l’applicazione può facilmente rilevare e reagire a eventi significativi. Nel nostro esempio, l’applicazione potrebbe utilizzare Azure Event Grid per iscriversi e reagire agli eventi di cambiamento di stato degli ordini, come l’avanzamento della spedizione o l’aggiornamento dell’inventario.

La chiave di questi scenari è l’automazione e l’efficienza nel trattamento dei messaggi e degli eventi. Attraverso l’impiego di questi servizi Azure, l’applicazione non solo gestisce in modo più efficace le richieste degli utenti, ma può anche scalare dinamicamente per gestire picchi di traffico, come durante periodi di vendita intensi.

Quindi i Message and Event Scenarios in Azure forniscono un framework potente e flessibile per la gestione di comunicazioni asincrone e eventi in un’applicazione. Attraverso l’utilizzo di questi scenari, gli sviluppatori possono costruire applicazioni che sono non solo reattive e affidabili, ma anche in grado di gestire complessi flussi di lavoro e interazioni tra diversi servizi e componenti dell’applicazione.

Figura 1: Application integration con l’utilizzo di Azure Event Grid

Messaging Solutions

Le Messaging Solutions in Azure offrono un modo robusto e scalabile per gestire la comunicazione asincrona tra diverse parti di un’applicazione, essenziale per applicazioni distribuite e reattive, in cui componenti diversi spesso devono comunicare in modo affidabile senza essere direttamente connessi.

Per capire meglio, immaginiamo un’applicazione di notifica che invia aggiornamenti agli utenti. In questo esempio, l’applicazione deve inviare una notifica ogni volta che si verifica un evento specifico, come la pubblicazione di un nuovo articolo su un blog. Qui, il servizio del blog e il sistema di notifiche lavorano in modo indipendente.

Quando un nuovo articolo viene pubblicato, il servizio del blog inserisce un messaggio in una coda di messaggi, che è una delle soluzioni di messaggistica offerte da Azure, come Azure Queue Storage. Questo messaggio contiene le informazioni necessarie per notificare agli utenti, come il titolo e il link dell’articolo.

Il sistema di notifiche, poi, controlla periodicamente la coda per i nuovi messaggi. Quando rileva un nuovo messaggio, elabora le informazioni e invia la notifica agli utenti. Dopo l’invio della notifica, il messaggio viene rimosso dalla coda per garantire che la stessa notifica non venga inviata più volte.

Questo processo è un esempio di comunicazione asincrona, dove il servizio del blog e il sistema di notifiche non devono essere in esecuzione contemporaneamente. La coda di messaggi agisce come un buffer affidabile, assicurando che i messaggi non vengano persi anche se il sistema di notifiche non è immediatamente disponibile per elaborarli.

Azure offre anche Azure Service Bus, un servizio di messaggistica più avanzato che supporta funzionalità addizionali come la pubblicazione/sottoscrizione (pub/sub), sessioni e messaggi differiti. Nel nostro esempio, se l’applicazione necessitasse di distribuire notifiche basate su categorie di interesse, Azure Service Bus potrebbe essere utilizzato per gestire questi requisiti più complessi.

Un altro servizio importante è Azure Event Hubs, che è ottimizzato per la raccolta di grandi volumi di eventi e dati. Mentre non è direttamente impiegato nel nostro esempio semplice, è ideale per scenari che richiedono l’elaborazione di grandi quantità di eventi in tempo reale, come il monitoraggio dei dati o l’analisi dei log.

Figura 2: Esempio di utilizzo di Azure Service Bus

Figura 3: Real-time analytics con Azure Service Bus e Azure Data Explorer

Azure Event Hubs messaging solution

Azure Event Hubs è una soluzione di messaggistica altamente scalabile e robusta in Microsoft Azure, progettata specificamente per raccogliere, elaborare e archiviare enormi volumi di dati di eventi in tempo reale. Questa piattaforma può gestire milioni di eventi al secondo, garantendo un’elevata capacità di throughput e la possibilità di conservare i dati per un’analisi successiva.

Per comprendere meglio il funzionamento di Azure Event Hubs, immaginiamo un’applicazione di monitoraggio del traffico in tempo reale in una grande città. In questa applicazione, sensori posizionati su strade e incroci inviano dati continuamente su flussi di traffico, congestioni, incidenti e condizioni meteorologiche. Ogni sensore agisce come un produttore di eventi, generando una grande quantità di dati in tempo reale.

Qui, Azure Event Hubs funge da punto di raccolta centrale per tutti questi dati di eventi. Ogni sensore invia i propri dati all’Event Hub, che li accoglie e li gestisce efficientemente. Grazie alla sua alta capacità e scalabilità, Event Hubs può gestire senza problemi l’enorme flusso di dati generato da migliaia di sensori.

Una volta che i dati sono raccolti in Azure Event Hubs, possono essere elaborati e analizzati per ottenere intuizioni utili. Ad esempio, l’applicazione può utilizzare servizi come Azure Stream Analytics per analizzare questi dati in tempo reale, identificando modelli di traffico, rilevando congestioni e suggerendo percorsi alternativi. Inoltre, questi dati possono essere archiviati in un database come Azure Data Lake o Azure SQL Data Warehouse per analisi storiche e approfondite.

Un aspetto chiave di Azure Event Hubs è la sua capacità di integrazione con altri servizi Azure. Ad esempio, può integrarsi con Azure Functions per creare elaborazioni basate su eventi, dove specifiche funzioni vengono attivate in risposta a particolari eventi di dati. Questo permette di costruire architetture di applicazioni reattive e orientate agli eventi.

Inoltre, la piattaforma supporta diversi protocolli e formati di dati, rendendola versatile per vari tipi di applicazioni, dall’IoT (Internet of Things) all’analisi dei dati. La sicurezza e l’affidabilità sono anch’esse garantite, con funzionalità come la replica dei dati e il supporto per le trasmissioni cifrate.

Figura 4: Esempio di utilizzo di Azure Event Hubs

Event-driven solutions

Le Event-driven solutions in Azure si riferiscono all’uso di architetture orientate agli eventi, dove le azioni all’interno dell’applicazione sono innescate da eventi specifici piuttosto che da flussi di lavoro sequenziali o richieste dirette. Questo approccio è particolarmente efficace in ambienti cloud come Azure, dove la scalabilità e la reattività sono cruciali.

Per illustrare questo concetto, consideriamo un semplice esempio di un sistema di e-commerce. In un tipico processo di e-commerce, ci sono diversi passaggi: un ordine viene piazzato, processato, spedito, e infine consegnato. In un’architettura orientata agli eventi, ciascuno di questi passaggi può essere considerato come un evento.

Quando un cliente effettua un ordine, questo evento (l’ordine effettuato) può automaticamente innescare una serie di azioni. Ad esempio, può attivare una funzione in Azure Functions che processa l’ordine. Questa funzione può poi inviare un messaggio a un altro sistema o servizio, come un sistema di gestione dell’inventario, utilizzando Azure Service Bus o Azure Queue Storage per controllare la disponibilità del prodotto.

Una volta che l’inventario conferma la disponibilità del prodotto, un altro evento viene generato, che potrebbe innescare un’altra funzione in Azure Functions per aggiornare lo stato dell’ordine e inviare una notifica di conferma al cliente. Successivamente, quando il prodotto viene spedito, un altro evento viene generato, che può innescare una funzione per aggiornare lo stato della spedizione e inviare un tracking number al cliente.

Questo tipo di soluzione event-driven garantisce che ogni passaggio nel processo sia gestito in modo efficiente e asincrono. Inoltre, riduce le dipendenze rigide tra i vari componenti del sistema, consentendo una maggiore flessibilità e scalabilità. I servizi di Azure supportano questa architettura fornendo strumenti che gestiscono efficacemente la comunicazione basata su eventi.

Un altro vantaggio importante di un’architettura orientata agli eventi è la capacità di scalare automaticamente in base al volume degli eventi. Ad esempio, se ci sono molti ordini, Azure Functions può scalare dinamicamente per gestire l’aumento del carico di lavoro, garantendo che il sistema rimanga reattivo ed efficiente.

Inoltre, l’uso di Azure Logic Apps può facilitare l’integrazione con altri servizi, sia all’interno che all’esterno dell’ambiente Azure. Questo permette di creare flussi di lavoro complessi che possono reagire a eventi provenienti da una varietà di fonti.

Figura 5: Architettura Event-driven

Figura 6: Esempio di soluzione Event-driven

Automated App Deployment Solutions

Le Automated App Deployment Solutions in Azure rappresentano un aspetto cruciale nell’ambito dello sviluppo e del rilascio di applicazioni nel cloud. Queste soluzioni consentono l’automazione dell’intero ciclo di vita del deployment delle applicazioni, riducendo significativamente la complessità, gli errori umani e migliorando la coerenza e l’affidabilità dei processi di rilascio.

Per illustrare come funzionano, consideriamo un esempio semplice di un’applicazione web che viene sviluppata e rilasciata in Azure. In un tipico scenario di sviluppo, gli sviluppatori scrivono codice e lo spingono su un repository di codice sorgente, come GitHub o Azure Repos. In un approccio di deployment manuale, gli sviluppatori dovrebbero eseguire una serie di passaggi per rilasciare questo codice su un ambiente di produzione, il che può essere sia tempo-consuming che soggetto ad errori.

Invece, con una soluzione di deployment automatizzato, come Azure DevOps o GitHub Actions, il processo di rilascio diventa molto più efficiente e affidabile. Quando gli sviluppatori fanno commit e push del codice nel repository, questi strumenti possono automaticamente innescare una serie di azioni, come l’integrazione continua (CI) per compilare il codice e eseguire test automatici. Una volta che il codice passa tutti i test, inizia il processo di distribuzione continua (CD).

Durante la fase di CD, il codice viene automaticamente distribuito in un ambiente di staging in Azure, come un’istanza di Azure Web App. Qui, ulteriori test possono essere eseguiti in un ambiente che simula la produzione. Se questi test vengono superati, il codice può essere poi distribuito nell’ambiente di produzione con la stessa facilità.

Un vantaggio fondamentale di questa soluzione è la riduzione del rischio e l’aumento della velocità di rilascio. Gli errori umani nel processo di deployment vengono minimizzati, e le nuove funzionalità possono essere rilasciate rapidamente e in sicurezza. Inoltre, la possibilità di configurare ambienti di deployment multipli, come sviluppo, testing e produzione, permette un maggiore controllo e flessibilità.

Un altro aspetto importante è la gestione delle configurazioni. Strumenti come Azure App Configuration o Azure Key Vault possono essere utilizzati per gestire le impostazioni e i segreti dell’applicazione, assicurando che le configurazioni siano gestite in modo sicuro e coerente attraverso tutti gli ambienti di deployment.

Inoltre, con l’integrazione di monitoraggio e feedback, come con Azure Monitor e Application Insights, gli sviluppatori e gli operatori possono avere una visione immediata delle prestazioni dell’applicazione e reagire rapidamente in caso di problemi.

Figura 7: Esempio di Continuous Integration/Continuous (CI/CD) Delivery con Azure DevOps

Application Configuration Management

La Application Configuration Management Solution in Azure si concentra sulla gestione e l’organizzazione delle configurazioni delle applicazioni in ambienti cloud. Questo aspetto è cruciale per assicurare che le applicazioni funzionino correttamente in diversi ambienti, come sviluppo, test e produzione, e per mantenere la sicurezza e la coerenza delle impostazioni di configurazione.

Per comprendere l’importanza di questa soluzione, immaginiamo un’applicazione web che viene eseguita in Azure e che si collega a diversi servizi, come database e servizi di terze parti. Ogni ambiente (sviluppo, test, produzione) per questa applicazione potrebbe richiedere diverse configurazioni, come stringhe di connessione al database, chiavi API e impostazioni di sicurezza.

Senza una gestione centralizzata delle configurazioni, gli sviluppatori dovrebbero manualmente modificare le impostazioni per ciascun ambiente, il che potrebbe portare a errori, configurazioni incoerenti e problemi di sicurezza. Inoltre, la gestione manuale delle configurazioni rende difficile il processo di deployment automatizzato e può compromettere la scalabilità e la manutenibilità dell’applicazione.

Qui entra in gioco Azure App Configuration, un servizio che fornisce un unico luogo per gestire tutte le impostazioni di configurazione delle applicazioni. Utilizzando Azure App Configuration, gli sviluppatori possono centralizzare, gestire e distribuire facilmente le configurazioni dell’applicazione in tutti gli ambienti.

Ad esempio, le stringhe di connessione al database possono essere memorizzate in Azure App Configuration e recuperate dinamicamente dall’applicazione in fase di esecuzione. Questo significa che lo stesso codice può essere eseguito in diversi ambienti senza modifiche, poiché l’applicazione recupera automaticamente le impostazioni di configurazione appropriate per l’ambiente in cui si trova.

Un altro aspetto importante è la gestione dei segreti. Azure Key Vault può essere utilizzato insieme a Azure App Configuration per memorizzare e gestire in modo sicuro i segreti come chiavi API, certificati e stringhe di connessione al database. Questo non solo migliora la sicurezza, ma consente anche una rotazione dei segreti più agevole e sicura.

Inoltre, Azure App Configuration supporta funzionalità come il controllo delle versioni e il feature flag management. Il controllo delle versioni permette di tenere traccia delle modifiche alle configurazioni, rendendo più semplice capire quando e perché una configurazione è stata cambiata. I feature flag, invece, permettono di abilitare o disabilitare funzionalità dell’applicazione senza dover rilasciare nuovamente il codice, facilitando il testing e il roll-out graduale delle nuove funzionalità.

Figura 8: Azure App configuration – gestione centralizzata delle configurazioni e della sicurezza

Caching Solutions

Il Caching in Azure rappresenta una strategia fondamentale per migliorare le prestazioni e la scalabilità delle applicazioni cloud, consentendo di memorizzare temporaneamente dati frequentemente richiesti in una posizione di rapido accesso. Il caching riduce il carico sui sistemi di backend e velocizza notevolmente l’accesso ai dati, migliorando così l’esperienza dell’utente.

Per illustrare l’importanza del caching, immaginiamo un’applicazione web ospitata su Azure che fornisce informazioni aggiornate sugli eventi locali. Questa applicazione consulta regolarmente un database per recuperare le ultime informazioni sugli eventi, che cambiano relativamente poco durante il giorno. Senza caching, ogni richiesta dell’utente per vedere gli eventi richiederebbe una query al database, il che potrebbe portare a latenze più elevate e a un carico maggiore sul database, specialmente con molti utenti contemporaneamente.

Introducendo una soluzione di caching come Azure Cache for Redis, possiamo memorizzare temporaneamente le informazioni sugli eventi più richieste. Quando un utente richiede informazioni, l’applicazione prima verifica se queste sono disponibili nella cache. Se sì, le informazioni vengono fornite direttamente dalla cache, evitando così una costosa query al database. Se le informazioni non sono presenti nella cache, l’applicazione le recupera dal database e le memorizza nella cache per future richieste.

Questo approccio non solo riduce il tempo di risposta per l’utente ma anche diminuisce il carico sul database, migliorando l’efficienza complessiva dell’applicazione. La cache è particolarmente utile per dati che non cambiano frequentemente ma sono richiesti regolarmente, come elenchi di eventi, informazioni sui prodotti in un catalogo e-commerce, o risultati di query complesse.

Azure Cache for Redis offre diverse funzionalità utili come la replica dei dati per garantire alta disponibilità e la persistenza per salvare i dati della cache in modo che non vengano persi in caso di riavvio del sistema. Inoltre, supporta strutture di dati avanzate come stringhe, hash, liste, set e set ordinati, rendendolo estremamente flessibile per vari tipi di applicazioni.

Un altro aspetto importante del caching in Azure è la capacità di scalare dinamicamente. Se il carico dell’applicazione aumenta, è possibile incrementare le risorse allocate alla cache per gestire un maggior numero di richieste, mantenendo prestazioni ottimali.

Figura 9: Cache dei dati con Azure Cache for Redis

Conclusioni

L’architettura delle applicazioni in Microsoft Azure rappresenta un ecosistema complesso e sofisticato, progettato per sfruttare al massimo le potenzialità del cloud computing. Attraverso una varietà di servizi e strumenti, Azure permette agli sviluppatori di costruire applicazioni robuste, scalabili e sicure, soddisfacendo una vasta gamma di esigenze aziendali e tecniche.

I diversi aspetti dell’architettura di Azure, come la gestione di messaggi ed eventi, l’automazione del deployment, la gestione delle configurazioni e le soluzioni di caching, lavorano insieme per fornire una piattaforma integrata che supporta l’intero ciclo di vita dell’applicazione. Dalla fase iniziale di sviluppo e testing fino al rilascio e alla gestione in produzione, Azure offre gli strumenti necessari per un’implementazione efficiente, sicura e ad alte prestazioni.

Le soluzioni di messaggistica come Azure Service Bus e Azure Event Hubs permettono una comunicazione asincrona e scalabile tra diversi componenti dell’applicazione. Questo aspetto è fondamentale per costruire applicazioni che possono gestire grandi volumi di dati e reagire rapidamente agli eventi in tempo reale.

Con le soluzioni di deployment automatizzato, come Azure DevOps, gli sviluppatori possono semplificare e velocizzare il processo di rilascio delle applicazioni, riducendo gli errori e migliorando la coerenza e la qualità delle release. La gestione delle configurazioni tramite strumenti come Azure App Configuration e Azure Key Vault assicura che le applicazioni rimangano sicure e facili da gestire attraverso diversi ambienti.

Il caching, particolarmente con Azure Cache for Redis, offre un modo efficace per migliorare le prestazioni delle applicazioni, riducendo il carico sui database e fornendo un accesso rapido ai dati frequentemente richiesti.

Inoltre, la flessibilità e la scalabilità del cloud Azure permettono alle applicazioni di adattarsi dinamicamente alle esigenze in continua evoluzione delle aziende, garantendo che possano crescere e cambiare in linea con le esigenze del mercato e dei clienti.