Wie baut man eine skalierbare Infrastruktur für mobile Anwendungen auf?

Möchten Sie eine Infrastruktur für mobile Anwendungen skalieren? In diesem ausführlichen Tutorial erfahren Sie, wie Sie die Infrastruktur für mobile Anwendungen skalieren können.

Was ist eine mobile App?

Eine mobile App ist eine Anwendung, die auf einem mobilen Gerät wie Smartphones, Tablets und Uhren läuft. Es gibt mehrere Arten von mobilen Apps, darunter native Apps, Hybrid-Apps und Web-Apps.

• Native Apps funktionieren für ein bestimmtes Betriebssystem wie Android oder iOS;
• Webanwendungen werden mit Technologien wie HTML5 und CSS programmiert;
• Hybride Anwendungen funktionieren wie Webanwendungen, sind aber in einen nativen Container eingebettet.

Lesen Sie weiter, um mehr über die Architektur einer mobilen App-Infrastruktur zu erfahren.

Was ist die Definition einer skalierbaren Anwendungsarchitektur?

Die Entwicklung mobiler Anwendungen in großem Maßstab ist nicht einfach, und bei der Definition einer skalierbaren Architektur sind viele Variablen wichtig.

Eine große und skalierbare mobile Anwendung wird höchstwahrscheinlich Tausende oder sogar Millionen von Nutzern unterstützen und muss performant, zuverlässig und sicher sein.

Das bedeutet, dass eine erstklassige Architektur keine Ausfallzeiten, keine Abstürze, schnelle Ladegeschwindigkeiten und modernste Sicherheit bietet.

Dieser Artikel wird diese Faktoren berücksichtigen, um eine skalierbare Backend-Infrastruktur für mobile Anwendungen vorzuschlagen.

Wie sieht die Infrastruktur einer mobilen Anwendung aus?

Die Architektur einer mobilen Anwendung besteht aus mehreren Elementen, und im Folgenden wird die für mobile Anwendungen erforderliche Infrastruktur beschrieben.

• Plattformen zur Veröffentlichung von Apps
• SDKs – Software-Entwicklungskits
• APIs
• CDN – Content Delivery Network
• Objektspeicherung
• Lastverteiler
• Anwendungsserver
• Datenbank-Server

Lesen Sie weiter, um mehr über eine skalierbare Architektur für mobile Anwendungen und jede der oben beschriebenen Schichten zu erfahren.

Plattformen zur Veröffentlichung von Apps

Es ist möglich, eine mobile Anwendung mit verschiedenen Technologien zu entwickeln. Von nativen iOS- und Android-Entwicklungssprachen wie Swift und Kotlin/Java bis hin zu plattformübergreifenden Entwicklungs-Frameworks wie React Native oder Flutter.

Mit den oben beschriebenen Technologien wird das Frontend einer mobilen Anwendung oder die clientseitige Schnittstelle erstellt. Anwendungsspeicher wie Google Play und App Store bilden das Ökosystem für den Vertrieb mobiler Anwendungen an die Endnutzer.

Die Entwickler müssen ihre mobilen Anwendungen bei diesen Veröffentlichungsplattformen einreichen, auf deren Prüfung warten und können erst dann die Anwendung in Betrieb nehmen, wenn dieser Schritt abgeschlossen ist.

Sowohl Google Play als auch der App Store haben unterschiedliche Veröffentlichungsrichtlinien, und es ist wichtig, diese zuerst zu lesen, um Probleme zu vermeiden, die die Veröffentlichung einer App verhindern könnten.

Eine Alternative, um die Prüfung der Anwendungsspeicher zu vermeiden, ist die Entwicklung einer PWA – Progressive Web Applications mit Technologien wie React, Angular und Ionic.

SDKs – Software-Entwicklungskits

Software Development Kits sind ein wesentlicher Schritt beim Aufbau einer skalierbaren Infrastruktur für mobile Anwendungen. Ein SDK besteht aus einem installierbaren Paket mit Tools wie APIs, Bibliotheken, Debugger, Dokumentation usw.

Ein mobiles Backend-SDK wird höchstwahrscheinlich Elemente enthalten, die die Schnittstelle zwischen dem Backend und dem Frontend überbrücken.

Ein leicht verständliches Beispiel ist das Senden einer Push-Benachrichtigung vom Backend an das Frontend. Ein SDK erleichtert diesen Vorgang und beschleunigt die Integration der funktionalen Elemente.

APIs – Anwendungsprogrammierschnittstellen

APIs sind ein wichtiges Element bei der Entwicklung einer mobilen Anwendungsarchitektur. APIs sind Software-Schnittstellen, die das Frontend (Client-Seite) mit dem Backend (Server-Seite) einer mobilen Anwendung verbinden.

Zu den Vorteilen der Verwendung von API in einer mobilen App-Backend-Implementierung gehören die Automatisierung von Aufgaben, die Anpassung von Funktionen, die flexible Bereitstellung von Informationen und die Verteilung neuer Dienste.

CDN – Content Delivery Network

Ein CDN ist eine geografisch verteilte Gruppe von Servern, die zusammenarbeiten, um eine schnelle Bereitstellung von Inhalten zu gewährleisten. Diese Server befinden sich näher an den Endnutzern und ermöglichen eine schnellere Übertragung von Ressourcen zum Laden von Internetinhalten (Bilder, Videos usw.).

Zu den weiteren Vorteilen der CDN-Implementierung gehören die Verkürzung der Kommunikationszeit zwischen der Client-Seite einer mobilen Anwendung und der Server-Seite durch optimales Routing, die Verringerung der Bandbreitenkosten und die Sicherheit (DDoS-Angriffe, Zertifikate usw.).

Objektspeicherung

Dieses Element der Infrastruktur der mobilen App wird mit dem CDN verbunden und umfasst die Speicherung von Dateien, Videos, Bildern usw. Das CDN speichert die Inhalte im Cache und beschleunigt die Auslieferung an den Standort, der dem Endnutzer am nächsten liegt.

Lastverteiler

Die nächste Ebene beim Aufbau einer Infrastruktur für mobile Anwendungen sind die Lastausgleicher. Beim Cloud Computing verteilen Lastverteiler die Aufgaben auf eine Reihe von Servern, um deren Verarbeitung insgesamt effizienter zu gestalten.

Das CDN stellt eine Verbindung zu den Load Balancern her, und die Load Balancer-Software verteilt die clientseitigen Anfragen effizient, sorgt für hohe Verfügbarkeit und skaliert je nach Bedarf nach oben oder unten.

Anwendungsserver

Der nächste Schritt beim Aufbau einer Architektur für mobile Anwendungen sind die Anwendungsserver. Dieser Teil der Infrastruktur übernimmt die Geschäftslogik und steht in der Mitte zwischen den Datenbankservern und dem CDN.

Datenbank-Server

Der letzte Schritt beim Aufbau einer Infrastruktur für mobile Anwendungen ist die Einrichtung der Datenbankserver. Ein Datenbank-Cluster besteht aus leistungsstarken Instanzen, die gespeicherte Daten speichern und bearbeiten.

Eine Datenbankinfrastruktur kann redundant oder nicht redundant sein. Redundante Architekturen bieten mindestens zwei Instanzen, die Daten in Echtzeit synchronisieren.

Wie skaliert man eine mobile Anwendung?

Es gibt hauptsächlich zwei Möglichkeiten, eine skalierbare Anwendungsinfrastruktur aufzubauen. Die erste ist die Nutzung von verwalteten Diensten wie einem Mobile Backend as a Service, und die zweite Möglichkeit ist die Erstellung des Backends von Grund auf mit Hilfe eines Infrastructure-as-a-Service-Anbieters.

Die Nutzung eines BaaS-Dienstes umfasst eine gebrauchsfertige und skalierbare Infrastruktur, fertige Bausteine zur Beschleunigung der Backend-Entwicklung und SDKs zur Optimierung der server- und clientseitigen Integration. Im Allgemeinen ist die Skalierung von Anwendungen mit einer Backend-Plattform einfacher zu erreichen.

Wenn ein Backend von Grund auf neu entwickelt wird, erhalten die Entwickler mehr Flexibilität und Kontrolle über die meisten Infrastrukturelemente. Andererseits müssen sie das Backend verwalten und die Infrastruktur je nach Arbeitsbelastung auf- und abbauen.

Gehen wir näher auf diese beiden Optionen ein.

BaaS – Backend als Dienstleistung

Die Skalierung eines mobilen Anwendungs-Backends mithilfe einer BaaS ist extrem einfach, und alle Elemente sind vorhanden, um dieses Ziel zu erreichen. Das Kerngeschäft einer BaaS-Plattform ist die Bereitstellung einer problemlosen, sicheren und skalierbaren Architektur für ihre Kunden.

Einige Backend-Anbieter wie Back4App ermöglichen es den Nutzern, ein Backend in nur wenigen Minuten zu erstellen. Der erste Schritt besteht darin, sich anzumelden und die erste App zu benennen.

Der nächste Schritt ist vollständig automatisiert, und die Plattform liefert ein Datenmodell, Anwendungsserver, Skalierungsrichtlinien, Backups und Sicherheit in nur wenigen Minuten.

Der nächste Bildschirm bietet eine grafische Benutzeroberfläche (GUI), die das Datenmodell, die serverlosen Funktionen, APIs und Infrastruktureinstellungen umfasst.

Das Backend ist sofort einsatzbereit, verfügt über eine integrierte Skalierbarkeit, und der Benutzer muss lediglich das Anwendungsfrontend über SDKs mit dem Backend verbinden, Daten hochladen und die Geschäftslogik programmieren.

Back4App bietet viele gebrauchsfertige SDKs, darunter React Native, Flutter, Android, iOS, Javascript, Xamarin usw.

Wenn Sie genauer wissen möchten, wie Sie Ihre erste Anwendung mit Back4App erstellen, lesen Sie bitte das Tutorial Create Your First App With Back4App.

Beispiele aus der Praxis für die Skalierung einer Infrastruktur für mobile Anwendungen

Im Folgenden finden Sie zwei praktische Beispiele für die Vorteile der Verwendung eines Backend as a Service zur Skalierung der Infrastruktur einer mobilen Anwendung.

• Broadcast

Das erste Beispiel ist das norwegische Startup-Unternehmen Broadcast Oslo. Das Unternehmen ist ein kostenloser Führer für Festivals, Konzerte und Clubs in Oslo.

Broadcastoslo ist eine mobile Anwendung und vertreibt seine App sowohl auf Google Play als auch im App Store. Die Nutzer können die App herunterladen und haben Zugang zu allen zukünftigen Veranstaltungen, die in den kommenden Monaten in Oslo stattfinden werden.

Die Anwendung ermöglicht es den Nutzern auch, in Echtzeit auf Festivalpläne zuzugreifen, und genau hier beginnen die Herausforderungen bei der Skalierbarkeit der Infrastruktur.

Das Musikkfest Oslo 2022 fand am 4. Juni statt und hatte etwa 20 000 Teilnehmer. Stellen Sie sich also vor, wie skalierbar die Infrastruktur sein muss, um Tausende von Nutzern zu unterstützen, die gleichzeitig auf eine App zugreifen und Daten von ihr abrufen.

Das technische Team von Broadcast entschied sich für den Einsatz von Back4App, um dieses Problem zu lösen, und die Ergebnisse waren hervorragend! Hier ist, was Tim Harris, der CEO von Broadcast, über diese Erfahrung sagte.

Nochmals vielen Dank für all Ihre Hilfe, es war ein sehr erfolgreicher Tag für uns, und es war so wichtig, dass wir keine Probleme mit dem Zugriff auf die App hatten!

Tim Harris, Geschäftsführer von Broadcast

• Fight List

Fight List hat mehr als 10 Millionen Downloads und ist ein sehr erfolgreiches Spiel von Two4Tea. Es ist ein Frage- und Antwortspiel, das in mehr als sieben Sprachen vertrieben wird und in den USA und Frankreich Spitzenplätze erreicht hat.

Das Spiel stellt hohe Anforderungen an die Skalierbarkeit und erfordert den gleichzeitigen Zugriff Tausender von Nutzern auf die App.

Two4Tea entschied sich für Back4app, um die Infrastrukturherausforderung zu lösen und verarbeitete mehr als 10.000 Anfragen pro Sekunde bei Spitzenauslastung. Hier ist, was Nicolas Boulch, Two4Tea’s CEO, über die Erfahrung sagte.

Zu diesem Zeitpunkt wurde uns klar, dass Back4App die richtige Wahl war, weil sie unsere App spezifisch analysieren und eine maßgeschneiderte Lösung für uns entwickeln konnten

Nicolas Boulch, CEO von Two4Tea

Um mehr über die Skalierungsherausforderungen von Fight List zu erfahren, lesen Sie bitte den Artikel Scaling a Game With Back4App.

Erstellen Sie ein benutzerdefiniertes Backend bei jedem großen Cloud-Anbieter

Die zweite Option zum Aufbau einer skalierbaren Infrastruktur für mobile Anwendungen ist der Aufbau des Backends mit Cloud-Anbietern wie AWS, Google Cloud, Azure, Digital Ocean usw.

Die Vorteile eines solchen Aufbaus liegen vor allem in der Flexibilität, der besseren Kontrolle über die Backend-Infrastruktur und der Transparenz der einzelnen Prozessschritte.

Die Nachteile liegen im technischen Aufwand für den Aufbau und die Wartung der Backend-Infrastruktur, die Entwicklung von Standard-Backend-Code und die Überwachung der Systeme rund um die Uhr.

AWS ist der weltweit meistgenutzte Cloud-Anbieter. Lassen Sie uns anhand dieses Anbieters die Schritte zur Erstellung eines skalierbaren Backends für mobile Anwendungen erläutern.

Der erste Schritt besteht darin, ein Konto bei AWS zu erstellen und zu aktivieren. Bitte folgen Sie der Anleitung Wie erstelle und aktiviere ich ein neues AWS-Konto, um weitere Einzelheiten zur Vorgehensweise zu erfahren.

Der nächste Schritt ist die Definition der Produkte, die die Backend-Implementierung unterstützen sollen. In diesem Beispiel werden wir die folgenden verwenden:

• EC2-Instanzen
• EBS – Elastischer Blockspeicher
• S3 – Einfaches Speichersystem
• Lastverteiler
• CDN – CloudFront

Gehen wir näher auf die einzelnen Schritte ein.

Erstellen von EC2-Instanzen

Für eine skalierbare Backend-Infrastruktur werden virtuelle Anwendungs- und Datenbankmaschinen benötigt. Der erste Schritt besteht darin, das Instanzmodell für den Cluster zu definieren.

AWS bietet mehrere Instance-Typen, die für viele Anwendungsfälle optimiert sind. Die Liste umfasst allgemeine, rechenoptimierte, speicheroptimierte, rechenbeschleunigte und speicheroptimierte Instances.

Für dieses Beispiel verwenden wir eine Instanz für allgemeine Zwecke. Beginnen wir mit einer t4g.medium-Instanz, die eine Arm-basierte Architektur bietet; sie eignet sich hervorragend für Burstable Workloads und bietet einen günstigen Preis pro Stunde.

Nachfolgend finden Sie die ersten Schritte, die zu befolgen sind:

• Anmeldung bei AWS

• Zu EC2 gehen
• Instanzen

• Eine neue Instanz starten

In diesem Schritt müssen das Betriebssystem, der Typ und die Größe der Instanz, die Netzwerkeinstellungen, das Hinzufügen von Blockspeicher zur Instanz, die Sicherheitseinstellungen usw. festgelegt werden.

Weitere Informationen zum Einrichten einer EC2-Instanz finden Sie in der Anleitung Erstellen und Starten einer EC2-Instanz.

Sobald der Server-Cluster bereit ist, besteht der nächste Schritt darin, die Skalierungsrichtlinien auf der Grundlage der Arbeitslast zu konfigurieren.

Es gibt zwei Möglichkeiten, einen Server-Cluster zu skalieren: horizontale Skalierung und vertikale Skalierung.

• Horizontale Skalierung – Hinzufügen weiterer Instanzen zum Cluster, um neue Arbeitslasten zu bewältigen.
• Vertikale Skalierung – Hinzufügen weiterer Ressourcen (CPU/RAM) zu einer Instanz, um die neue Arbeitslast zu bewältigen, d. h. Vergrößerung der Instanz.

Im Allgemeinen wird bei Anwendungsservern die horizontale Skalierung als bevorzugter Skalierungsmechanismus verwendet. Bei einem Datenbank-Cluster wird die vertikale Skalierung als bevorzugte Skalierungsmethode verwendet.

Die horizontale Skalierung eines Anwendungsclusters ist im Allgemeinen ein einfacher Prozess. Bei AWS können Sie dies tun, indem Sie das Menü “Auto Scaling” aufrufen und eine neue Konfiguration starten.

Die vertikale Skalierung von Datenbanken ist ein komplexerer Prozess, da es nicht möglich ist, die Instanz herunterzufahren und die Instanzgröße zu ändern. Auf diese Weise käme es zu Ausfallzeiten des Clusters.

Der richtige Weg ist, eine neue, größere Instanz zu erstellen, die Daten zu synchronisieren und die Arbeitslastverarbeitung auf die größere Instanz zu übertragen. Das ist keine Raketenwissenschaft, aber die Automatisierung dieses Prozesses ist zeitaufwändig.

Wenn die Arbeitslast der Anwendung so stark ansteigt, dass eine vertikale Skalierung der Datenbank nicht mehr möglich ist, ist die Verteilung der Arbeitslast auf mehrere Instanzen der einzige Ausweg. Dies ist eine komplizierte Implementierung und sollte nur als letzte Option genutzt werden.

Detaillierte Schritte zum Hinzufügen der automatischen Skalierung zu EC2 finden Sie im Tutorial Erste Schritte mit der automatischen Skalierung von Amazon EC2.

EBS – Elastischer Blockspeicher

Jede Instanz benötigt ein angeschlossenes EBS-Volume. Die Ausnahme sind ephemere Instanzen, bei denen der Speicher in die Hardware integriert ist.

Dies ist ein einfacher Schritt, der während der anfänglichen Konfiguration der virtuellen Maschine durchgeführt wird. Die Herausforderung besteht darin, die richtige EBS-Größe zu bestimmen, um unnötige Kosten zu vermeiden und eine ausreichende Kapazität für die Datenspeicherung zu gewährleisten.

Auch die Wahl des richtigen EBS-Typs ist wichtig. Es gibt viele EBS-Optionen, darunter SSD- und magnetische Festplatten. Die Auswahl des geeigneten EBS-Typs ist entscheidend, um ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Leistung und Kosten zu gewährleisten.

Weitere Informationen darüber, wie Sie ein EBS-Volume an eine virtuelle Maschine anhängen, finden Sie unter Anhängen eines Amazon EBS-Volumes an eine Instanz.

S3 – Einfacher Speicherdienst

Eine robuste und skalierbare Backend-Infrastruktur erfordert Objektspeicher. Mit AWS ist das eine einfache Aufgabe, und S3 ist das ideale Produkt, um dieses Ziel zu erreichen.

Der erste Schritt bei der Erstellung eines S3-Buckets ist die Festlegung der Region, in der die Dateien gespeichert werden sollen. Im Allgemeinen sollten Sie die gleiche Region wie die EC2-Instanz wählen.

Im Rahmen des Erstellungsprozesses müssen die Eigentumsverhältnisse an den Objekten, die Regeln für den öffentlichen Zugriff, die Versionierung der Buckets und die Verschlüsselungsanforderungen festgelegt werden.

AWS S3-Buckets sind standardmäßig skalierbar, und die Benutzer zahlen nur für die verwendeten Ressourcen. Weitere Informationen zum Erstellen eines S3-Buckets finden Sie in der Anleitung Erstellen eines S3-Buckets.

Lastverteiler

Eine skalierbare Infrastruktur erfordert eine korrekte Implementierung des Load Balancer. AWS bietet mehrere Load Balancer-Typen als Teil seiner Produkte an.

Die Application Load Balancer leiten die Anfragen an die richtigen EC2-Instanzen weiter und überwachen den Zustand dieser Instanzen.

Die Anbindung von Load Balancer an Instanzen ist kein komplexer Prozess und umfasst die folgenden Schritte:

• Gehen Sie zum EC2-Dashboard
• Lastausgleich
• Load Balancer erstellen
• Load Balancer-Typ auswählen

• Konfigurieren Sie den Load Balancer in Bezug auf den IP-Adresstyp, VPCs, Verfügbarkeitszonen und Zusatzdienste.

Ausführliche Informationen zum Einrichten eines Load Balancers finden Sie im Tutorial Erste Schritte mit Application Load Balancern.

Cloudfront CDN

Cloudfront ist ein integriertes Content Delivery Network, das bei AWS verfügbar ist und rund 300 Edge-Standorte weltweit unterstützt. Das Produkt beschleunigt die Verteilung statischer und dynamischer Inhalte, erhöht die Sicherheit und lässt sich leicht in andere AWS-Produkte integrieren.

Als Teil einer skalierbaren Backend-Architektur stellt Cloudfront eine Verbindung zu den S3-Buckets und zu den Load Balancern her.

Benutzer können Cloudfront über das EC2-Dashboard mit den Load Balancern verbinden, einen Load Balancer erstellen, Gruppen anvisieren und eine Cloudfront-Verteilung konfigurieren. Weitere Einzelheiten finden Sie unter Einrichten einer Cloudfront-Distribution für EC2.

Die Verbindung von Cloudfront mit einem S3-Bucket ist ebenfalls unkompliziert. Die Verbindung erfolgt über das Cloudfront-Dashboard, indem eine Cloudfront-Verteilung erstellt und die Ursprungsdomäne hinzugefügt wird. Weitere Informationen finden Sie im Blogbeitrag Erstellen einer AWS CloudFront-Verteilung mit S3 Origin.

Schlussfolgerung

Eine mobile Anwendung funktioniert auf Geräten wie Handys, Tablets und Uhren. Die gängigsten Implementierungen sind native, hybride und Webanwendungen.

Eine skalierbare Infrastruktur für mobile Anwendungen besteht aus einem System, das so konzipiert ist, dass es keine Ausfallzeiten und keine Abstürze gibt und das sehr schnell und sicher ist.

Zu den wesentlichen Elementen einer skalierbaren Infrastruktur gehören Plattformen für die Veröffentlichung von Anwendungen, SDKs, APIs, CDNs, Load Balancers sowie Anwendungs- und Datenbankserver.

Die beiden gängigsten Möglichkeiten, eine erstklassige skalierbare Infrastruktur für mobile Anwendungen zu schaffen, sind entweder die Verwendung fertiger Lösungen wie Backend as a Service oder die Einrichtung eines maßgeschneiderten Backends auf Cloud-Diensten wie AWS.

Backend-as-a-Service-Lösungen bieten eine schnellere Implementierung, sofort einsatzbereite Skalierungsfunktionen und vordefinierte Sicherheitsprotokolle. Auf der anderen Seite bietet ein maßgeschneidertes Backend eine flexiblere Umgebung und mehr Kontrolle.

Ich hoffe, dass Ihnen dieser Artikel gefallen hat und dass er Ihnen geholfen hat, die Grundlagen einer guten mobilen App-Architektur besser zu verstehen. Wenn Sie keine Lust haben, ein Backend zu erstellen, zu warten und zu skalieren, wenden Sie sich bitte an Back4App, um mehr darüber zu erfahren, wie wir Ihnen helfen können.

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