NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG FRAMEWORK HỖ TRỢ PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG QUY MÔ LỚN DỰA TRÊN KIẾN TRÚC MICROSERVICES

Abstract

Đề tài “Nghiên cứu và xây dựng framework hỗ trợ phát triển ứng dụng quy mô lớn dựa trên kiến trúc microservices” tập trung vào việc xây dựng một framework dùng chung cho tầng backend nhằm chuẩn hóa các mối quan tâm kỹ thuật thường lặp lại trong quá trình phát triển ứng dụng quy mô lớn dựa trên kiến trúc microservices. Thay vì để từng dịch vụ tự hiện thực riêng lẻ các cơ chế kỹ thuật nền tảng, đề tài đề xuất framework LSF theo hướng đa mô-đun để hỗ trợ tái sử dụng, tăng tính nhất quán và tạo thuận lợi cho quá trình phát triển, kiểm thử và vận hành hệ thống. Trên cơ sở nghiên cứu các lý thuyết liên quan đến kiến trúc microservices, kiến trúc hướng sự kiện và các mẫu thiết kế trong hệ phân tán, đề tài lựa chọn chuẩn hóa thành framework các cơ chế như cấu trúc bao gói sự kiện, mẫu thiết kế outbox, cơ chế giữ chỗ và hạn mức tài nguyên, điều phối phân tán theo chuỗi bước, khả năng quan sát hệ thống và một phần các thành phần nền tảng liên quan. Framework được hiện thực bằng Java, Spring Boot và Maven theo mô hình đa mô-đun, đồng thời được tích hợp vào một hệ kiểm chứng thương mại điện tử để đánh giá khả năng áp dụng trong thực tế đối với ứng dụng quy mô lớn có xử lý phân tán và cạnh tranh tài nguyên. Phần thực nghiệm tập trung vào các kịch bản tiêu biểu gồm luồng đặt hàng thành công, luồng thất bại có bù trừ, quá thời gian chờ dưới tải lớn, phục hồi sau khi khởi động lại dịch vụ, ngăn bán vượt số lượng tồn kho dưới tải đồng thời và lưu lượng tăng đột biến kết hợp xử lý hết các bản ghi outbox. Kết quả cho thấy framework hỗ trợ tốt việc điều phối quy trình xử lý phân tán, phát sự kiện tin cậy, kiểm soát tài nguyên hữu hạn và cung cấp các bằng chứng thời gian chạy phục vụ quan sát và kiểm chứng hệ thống. Từ các kết quả đạt được, đề tài cho thấy hướng tiếp cận xây dựng framework hỗ trợ phát triển tầng backend cho ứng dụng quy mô lớn dựa trên kiến trúc microservices là phù hợp và có tiềm năng mở rộng sang các miền bài toán khác có đặc trưng xử lý phân tán và cạnh tranh tài nguyên tương tự. Từ khóa: ứng dụng quy mô lớn, kiến trúc microservices, khung hỗ trợ phát triển, kiến trúc hướng sự kiện, mẫu thiết kế outbox, giữ chỗ và hạn mức tài nguyên, điều phối phân tán theo chuỗi bước, khả năng quan sát hệ thống. The thesis “Design and Development of a Framework for Building Large-Scale Applications Using Microservices Architecture” focuses on building a reusable backend framework to standardize technical concerns that frequently recur in the development of large-scale applications based on microservices architecture. Instead of implementing these mechanisms separately in each service, the proposed LSF framework organizes them into reusable modules in order to improve consistency, reduce duplication, and better support development, testing, and system operations. Based on theoretical foundations of microservices, event-driven architecture, and distributed system patterns, the study identifies a set of concerns suitable for frameworkization, including event envelope, outbox, reservation and quota, saga, observability, and several supporting infrastructure-related components. The framework is implemented in Java, Spring Boot, and Maven using a multi-module structure, and is then integrated into an e-commerce verification system to evaluate its practical applicability for large-scale applications involving distributed processing and resource contention. The experimental section focuses on representative scenarios, including successful order processing, failure with compensation, timeout under heavy load, recovery after service restart, anti-oversell under concurrent load, and burst traffic combined with draining pending outbox records. The results show that the framework effectively supports distributed workflow coordination, reliable event publishing, limited-resource protection, and runtime evidence collection for system observation and validation. Overall, the thesis demonstrates that building a reusable framework layer for backend development of large-scale applications based on microservices architecture is a feasible and practical approach. The proposed framework also shows potential for adaptation to other domains that involve distributed processing and resource contention. Keywords: large-scale applications, microservices architecture, framework, event-driven architecture, outbox pattern, reservation and quota, saga, observability.