O que é um aplicativo distribuído? Definição e exemplos

Um aplicativo distribuído é um programa que roda em um ou mais computadores simultaneamente e se comunica através de uma rede. Nesta postagem do blog, vamos mergulhar em como os aplicativos distribuídos funcionam, como eles diferem de aplicativos independentes ou tradicionais, como você pode usá-los, suas vantagens e desvantagens, e algumas das ferramentas e tecnologias que você pode usar para construí-los.

Como funcionam as aplicações distribuídas?

As aplicações de computação distribuída interagem para alcançar um objetivo ou tarefa específica. Você pode armazená-las em servidores ou em plataformas de infraestrutura em nuvem. As aplicações distribuídas podem ser relativamente simples, envolvendo um único computador cliente e um servidor, ou mais complexas, envolvendo múltiplos computadores clientes e servidores — isso depende principalmente de como você planeja usá-las.

Também é importante notar que alguns aplicativos distribuídos são dois programas de software separados, consistindo em aplicativos de front-end (cliente) e backend (servidor). O front-end da operação é executado no computador cliente e requer poder de processamento mínimo, enquanto o backend requer muito mais poder de processamento, um sistema mais dedicado e é executado em um computador servidor.

Em outros aplicativos distribuídos, a funcionalidade se separa em partes menores e independentes. Esses aplicativos compreendem individuais microsserviços que tratam de diferentes preocupações dentro da aplicação mais ampla. Em um ambiente nativo em nuvem, os componentes individuais normalmente são executados como contêineres em um cluster. Entraremos em mais detalhes sobre como um aplicativo distribuído é construído mais adiante neste blog.

Aplicações Independentes vs. Distribuídas

Os aplicativos independentes dependem de um único sistema para funcionar. Por causa disso, todo o processamento, armazenamento de dados e recuperação vêm de uma única máquina ou servidor. Se o aplicativo for de modelo cliente-servidor, o software será executado no cliente ou no servidor que o cliente acessou. Esses aplicativos são muito mais simples de manter e desenvolver e não requerem infraestrutura para comunicação e coordenação entre diferentes sistemas. Como os aplicativos não dependem de uma rede para se comunicar, eles não são propensos a falhas de comunicação devido a problemas na rede.

No entanto, isso também significa que esses sistemas têm capacidades limitadas e não são escaláveis. Uma aplicação executada em um único sistema é um ponto único de falha – se o sistema falhar, a aplicação deixa de estar disponível. Eles também podem impactar negativamente a velocidade do desenvolvedor à medida que crescem, porque mais desenvolvedores precisam trabalhar em uma base de código compartilhada que não possui necessariamente limites bem definidos.

Por outro lado, aplicativos distribuídos são máquinas interconectadas capazes de processamento, armazenamento de dados e recuperação por meio de múltiplos sistemas. Eles podem rodar tanto no servidor quanto no cliente simultaneamente. A vantagem de usar aplicativos distribuídos é que eles fornecem confiabilidade — se um sistema que executa um aplicativo cair, outro pode retomar a tarefa. O sistema em geral pode tolerar mais falhas de aplicativos. Eles também podem usar escalabilidade horizontal, o que é impossível com aplicativos independentes. No entanto, essas vantagens vêm ao custo de maior complexidade e sobrecarga operacional.

Como posso usar aplicações distribuídas?

Considere aplicativos que funcionam em hospitais, bancos ou outras organizações orientadas a serviços. Como o mesmo software roda em vários computadores, ele permite que as pessoas trabalhem no mesmo registro a partir do mesmo local ou de locais diferentes, editando diferentes aspectos do registro, como registrar dados, atualizar endereços e recuperar informações de transações. 

Os casos de uso comuns para aplicativos distribuídos incluem:

• Navegadores web (Tor)
• Sites de comércio eletrônico (Amazon, eBay)
• Aplicações de blockchain (Bitcoin, Ethereum)
• Plataformas de computação em nuvem (AWS, Microsoft Azure)
• Bancos de dados distribuídos (Couchbase, Apache Cassandra)
• Redes de compartilhamento de arquivos ponto a ponto (BitTorrent)

Qualquer aplicativo que armazene dados de um local e os recupere de outro pode ser considerado um aplicativo distribuído. Para entender qual arquitetura é apropriada para um caso de uso específico, devemos analisar os diferentes tipos de aplicativos distribuídos que um desenvolvedor pode criar.

Exemplos de Aplicações Distribuídas

Aplicações distribuídas aproveitam o princípio de sistemas distribuídos. As arquiteturas de aplicações mais comumente usadas podem ser amplamente organizadas nas seguintes categorias com base em suas arquiteturas de rede subjacentes:

Arquitetura cliente-servidorEste é o sistema distribuído mais básico no qual o servidor e o cliente se comunicam. As comunicações incluem troca de mensagens, coleta de dados e cálculos.

• Arquitetura de três camadas: Esta é uma arquitetura cliente-servidor organizada em três camadas: as camadas de apresentação, de aplicação e de dados. Ela utiliza camadas separadas para cada função do programa. A camada de apresentação exibe a interface voltada para o usuário, a camada de aplicação é responsável por acessar e processar os dados do banco de dados, e a camada de dados é onde todos os dados e informações são hospedados e armazenados.
• Arquitetura de N camadas: Isso difere da arquitetura de três camadas porque cada função é executada em uma máquina ou cluster separado.

Arquitetura ponto a pontoNeste sistema, cada computador atua como um nó para comunicação. Trabalhar como um nó para comunicação significa que cada computador é um servidor e um cliente. Ele não possui um servidor centralizado como a arquitetura anterior. Cada sistema se gerencia em uma rede ponto a ponto, tornando-o mais fácil de configurar e gerenciar.

Arquitetura de microsserviçosEsta arquitetura estrutura uma aplicação como uma coleção de serviços pequenos, fracamente acoplados e implantáveis de forma independente. Uma aplicação pode ser decomposta em serviços altamente coesos, cada um representando uma capacidade ou funcionalidade de negócio específica.

Arquitetura orientada a serviçosNessa abordagem, as aplicações são construídas como uma coleção de serviços que se comunicam entre si por meio de protocolos padronizados, promovendo o acoplamento fraco e a reutilização de serviços.

 

Vantagens de Aplicações Distribuídas

As vantagens de usar aplicativos distribuídos são:

• Eles têm a capacidade de dimensionamento horizontal. Eles aproveitam os recursos de escalabilidade de sistemas distribuídos e podem se expandir adicionando novos servidores e sistemas que aumentam a capacidade e as operações de uma rede. O dimensionamento horizontal permite que eles implementem aplicativos facilmente em novos sistemas sem afetar a rede original.
• Eles são tolerantes a falhas ou erros de software, tornando-se muito resilientes. Como os aplicativos são executados em vários sistemas, isso permite que eles funcionem de forma independente. A falha de um aplicativo ou a quebra de uma máquina não afeta os outros aplicativos na rede.
• Devido à natureza distribuída da aplicação, o tempo de resposta é muito mais rápido, dando-lhe a vantagem de baixa latência. 
• A autonomia é outra vantagem das aplicações distribuídas. Como o sistema compartilha dados, cada usuário ou site retém o controle sobre os dados e recursos armazenados localmente. Ela também reduz o risco de uma falha em todo o sistema ou de manipulação de dados.
• Os aplicativos distribuídos também podem ser econômicos a longo prazo, pois vários computadores trabalham juntos compartilhando recursos em uma rede.

Desvantagens de Aplicações Distribuídas

As desvantagens dos aplicativos distribuídos são:

• Um aplicativo distribuído introduz maior complexidade de design. Há muita sobrecarga operacional na manutenção, implementação e solução de problemas. 
• O uso de vários servidores, sistemas e bancos de dados aumenta o risco de violações de segurança, problemas de dados e vazamento de informações. No entanto, você pode combater isso adotando medidas de segurança e executando programas de proteção em sistemas e servidores em todos os locais.
• Como as aplicações distribuídas se conectam por meio de uma única rede, quaisquer problemas ou falhas podem levar a uma interrupção na comunicação entre as aplicações.

Ferramentas e Tecnologias para Construir Aplicações Distribuídas

Construir aplicações distribuídas exige uma boa dose de habilidade e compreensão de arquiteturas de sistemas distribuídos, frameworks, arquitetura de middleware e bancos de dados. As ferramentas que você escolhe dependem dos requisitos da aplicação, linguagens de programação, e funcionalidade e características desejadas. A maioria das pessoas recorre a ferramentas como Docker e Kubernetes para implantar e gerenciar aplicativos distribuídos. Eles fornecem abordagens de contêineres e recursos de orquestração para dimensionamento, balanceamento de carga e gerenciamento de implantações distribuídas. Plataformas de nuvem como AWS e Microsoft Azure também possuem recursos de IaaS e SaaS, tornando possível usá-los para criar aplicativos distribuídos escaláveis,

Conclusão

Neste blog, cobrimos o básico dos aplicativos distribuídos, como eles diferem dos aplicativos monolíticos tradicionais, como e onde usá-los, e as vantagens e desvantagens de implementar tais aplicativos. Se você tiver interesse em criar seus próprios aplicativos distribuídos, confira os seguintes recursos:

• Criando Aplicações Distribuídas em Java
• Escrevendo sua Primeira Aplicação Python Distribuída com o Ray

Se você quiser saber mais sobre como funcionam os bancos de dados distribuídos ou como o Couchbase permite aplicações de alto desempenho com cache distribuído, dê uma olhada nos seguintes recursos:

• Bancos de Dados Distribuídos: Uma Visão Geral
• Aplicações de Alto Desempenho Com Cache Distribuído