Пайплайны в разработке

Применение пайплайнов помогает компаниям быстрее и качественнее разрабатывать программные продукты. Давайте поближе познакомимся с основными характеристиками и преимуществами пайплайнов для IT мира.

Пайплайн (от англ. pipeline — трубопровод) — это последовательность действий или процессов, которые выполняются для достижения заданной цели. Такой метод управления проектом состоит из этапов, на каждом из которых выполняется определенная задача или набор задач. Каждый этап имеет свои входные и выходные данные, условия запуска и завершения, зависимости от других этапов. Пайплайны бывают разными по сложности и длительности, в зависимости от типа и масштаба проекта, используемых технологий и инструментов, требований к качеству и безопасности продукта.

Общая цель пайплайна в программировании — автоматизировать, ускорить и упростить процесс разработки, повысить ее надежность и прозрачность, снизить риски ошибок и сбоев.

Основные характеристики

• Непрерывность процесса. Пайплайн обеспечивает потоковый характер работы — сотрудники последовательно выполняют свои задачи, передавая результат друг другу. Это повышает скорость и эффективность разработки.
• Гибкость. Пайплайн легко адаптируется к изменениям — новые задачи добавляются в общий конвейер работ. Это помогает оперативно реагировать на меняющиеся требования.
• Контроль качества. На каждой стадии происходит проверка результатов предыдущего этапа. Это позволяет сразу выявлять и устранять ошибки, не допуская их накопления.
• Масштабируемость. Пайплайн одинаково эффективен как для небольших, так и для крупных проектов с участием многих команд. Его легко масштабировать при росте задач.
• Широкие возможности мониторинга. Они появляются за счет отслеживания прогресса каждого этапа разработки по конкретным метрикам. Это облегчает анализ эффективности процесса.

Сферы применения

Кроме бизнес-задач, пайплайны широко используются в различных сферах IT, включая обработку данных и Data Science, при машинном обучении и при создании искусственного интеллекта, в сетевой инфраструктуре, а также в Gamedev, DevOps, разработке ПО и веб-сайтов. Подробнее мы рассмотрим только последние 4 пункта.

DevOps

DevOps — это методология разработки программного обеспечения, которая объединяет процессы разработки (Dev) и эксплуатации (Ops) в единую цепочку. Цель DevOps — обеспечить непрерывную поставку (Continuous Delivery) качественного и безопасного продукта с минимальными затратами времени и ресурсов.

1. Планирование: определяются требования к продукту, его функциональность и архитектура. Затем формируются задачи для команды разработчиков и определяются сроки и приоритеты.
2. Кодирование: написание кода для продукта с использованием различных языков программирования и инструментов. На этом этапе осуществляется контроль версий кода с помощью систем управления версиями (например, Git).
3. Сборка: компиляция кода в исполняемый формат (.exe или .apk) с помощью инструментов сборки (Maven или Gradle). Далее код проходит проверку качества с помощью инструментов анализа.

Разработка ПО

Процесс создания программного обеспечения включает в себя такие этапы, как анализ требований, проектирование, кодирование, тестирование, документирование и последующее сопровождение продукта.

Пайплайны для разработки ПО могут быть разными в зависимости от типа и масштаба проекта, используемых языков программирования и фреймворков, методологий разработки. Но существуют и общие принципы:

• Непрерывная интеграция (Continuous Integration, CI) — это процесс постоянного слияния кода из разных источников в единую базу кода и его проверки на ошибки и несоответствия стандартам. Цель CI — обеспечить консистентность и качество кода, а также уменьшить конфликты при слиянии кода.
• Непрерывная доставка (Continuous Delivery, CD) — процесс постоянного готовности кода к развертыванию в целевой среде. Задача CD — обеспечить быстрое и безопасное доставление кода до конечных пользователей или клиентов.
• Непрерывное тестирование (Continuous Testing, CT) — постоянное тестирование кода на разных уровнях: модульном, интеграционном, функциональном и нагрузочном. Цель CT — обеспечить работоспособность и соответствие требованиям кода, а также выявить и исправить ошибки на ранних стадиях разработки.
• Непрерывный мониторинг (Continuous Monitoring, CM) — отслеживание состояния и производительности кода в целевой среде. На этом этапе обеспечивается стабильность и безопасность кода, а также собирается обратная связь от пользователей или клиентов.
• Системы контроля версий (например, Git)
• Серверы непрерывной интеграции и доставки (Jenkins)
• Среды разработки (Visual Studio Code)
• Фреймворки или платформы для разработки (Spring Boot)
• Библиотеки или плагины для упрощения решения определенных задач или добавления дополнительной функциональности (Lombok)
• Инструменты для тестирования (JUnit), развертывания (Docker) и мониторинга (Prometheus).

Веб-сайты и приложения

Веб-сайты и приложения — это программные продукты, которые работают в интернете и предоставляют пользователям различные сервисы. Они требуют разработки как на стороне сервера, так и на стороне клиента, однако они имеют такие же принципы построения пайплайнов, как и при разработке программного обеспечения.

• Системы контроля версий
• Серверы непрерывной интеграции и доставки
• Среды разработки
• Фреймворки или платформы для разработки (например, React или Angular для фронтенда, Node.js или Django для бэкенда)
• Библиотеки или плагины для упрощения решения определенных задач или добавления дополнительной функциональности (Bootstrap или Material UI для дизайна интерфейса)
• Для тестирования (Jest или Selenium), развертывания (Docker или Heroku) и мониторинга (Google Analytics или New Relic).

Gamedev

Игры — это сложные и многофункциональные программные продукты, которые требуют большого объема ресурсов, таких как графика, звук, анимация, физика и логика. Чтобы игра прошла путь от идеи до релиза успешно — необходимо использовать пайплайн-подход.

Пример пайплайна для Gamedev на Unity

Для того, чтобы показать, как выглядит пайплайн для Gamedev на практике, давайте рассмотрим пример одного из популярных игровых движков — Unity. Unity — это кроссплатформенный движок для разработки игр для разных устройств и платформ, таких как ПК, мобильные телефоны, консоли, VR и AR. Unity предоставляет разработчикам инструменты и ресурсы для создания игр, например: графический редактор, физический движок, анимационная система, звуковая система и скриптовый язык C#.

1. Препродакшн: определяется концепция игры, ее жанр, сюжет, персонажи, локации, механики и создаются дизайн-документы, прототипы и референсы для игры.
2. Продакшн: идет процесс производства игры, то есть создание всех необходимых ресурсов: моделей, текстур, звуков и скриптов. Также на этом этапе проходит тестирование и отладка игры на разных платформах и устройствах.
3. Постпродакшн: добавляются финальные штрихи, исправляются ошибки, делается оптимизация производительности и дальше на этом этапе подключается маркетинг, продвижение игры, а также сбор обратной связи от пользователей.

• Система контроля версий (VCS) позволяет хранить, отслеживать и совместно использовать исходный код и ресурсы игры (Git или Perforce).
• Сервер непрерывной интеграции и доставки (CI/CD) для автоматизирования процесса сборки, тестирования и развертывания игры (Jenkins или Unity Cloud Build).
• Среда разработки (IDE) предоставляет удобный интерфейс для написания, отладки и запуска кода игры. Например, Visual Studio или Visual Studio Code.
• Фреймворк или платформа для разработки игры выбирается в соответствии с выбранным жанром и стилем (Unity или Unreal Engine).
• Библиотеки/плагины для упрощения решения определенных задач или добавления дополнительной функциональности к игре (Cinemachine или ProBuilder для Unity).
• Инструменты для тестирования игры на разных уровнях: модульном, интеграционном, функциональном и нагрузочном (NUnit или Unity Test Framework для Unity).
• Инструментарий для развертывания игры в целевой среде: локальной, тестовой или продуктовой (Steam или Google Play для публикации игры).
• Инструменты для мониторинга работы игры в целевой среде: отслеживание состояния, производительности и ошибок (Unity Analytics или Firebase для аналитики игры).

Контроль выполнения

Для того, чтобы обеспечить эффективность и надежность пайплайнов, необходимо контролировать их выполнение на разных этапах. Для этого нужно следить за:

• Статусом выполнения пайплайна. То есть в каком состоянии находится пайплайн в данный момент: запущен, остановлен, завершен или имеет ошибки. Мониторинг статуса помогает вовремя идентифицировать проблемы в работе пайплайна и подскажет какие действия нужно предпринять для их устранения.
• Прогрессом выполнения пайплайна. Нужно отслеживать сколько времени занимает выполнение каждого этапа и какова его общая длительность. Прогресс помогает оценить, насколько быстро и эффективно работает пайплайн и какие факторы влияют на его скорость и производительность.
• Результатами выполнения пайплайна. Проверка на соответствие данных ожиданиям и требованиям также помогает вовремя выявить и исправить ошибки или несоответствия в данных.
• Логами выполнения пайплайна. Логи выполнения пайплайна помогают отслеживать и анализировать ход работы пайплайна, а также выявлять и решать проблемы.

Преимущества перед традиционными методами разработки

Давайте сначала обозначим, что мы понимаем под традиционными методами обработки  — старые и морально устаревшие методы (но, к сожалению, еще использующиеся), которые имеют общие черты:

• Ручная сборка и развертывание: разработчики выполняют все операции сборки и развертывания вручную, включая скачивание зависимостей, компиляцию программного кода и копирование файлов на необходимые серверы.
• Монолитное развертывание: развертывание целого приложения целиком без декомпозиции на более мелкие части. При обновлении или добавлении новой функциональности в приложение требуется его полное перестроение, что займет много времени и затруднит обслуживание и масштабирование приложения.
• Отсутствие автоматизированных тестов: разработчикам приходится тратить больше времени на ручное тестирование и отладку кода, что может замедлить процесс разработки и повысить риск ошибок.
• Неэффективное управление зависимостями: в традиционных методах разработки затруднительно управление зависимостями между компонентами, библиотеками и другими ресурсами. Разработчики постоянно сталкиваются с проблемами несовместимости версий, конфликтами зависимостей и неэффективным использованием ресурсов.

• Повышение производительности и эффективности работы команды разработчиков. Это происходит за счет автоматизирования рутинных и повторяющихся задач и приводит к сокращению времени на их выполнение, а также устраняет ошибки «человеческого фактора» при ручном запуске операций.
• Улучшение качества и безопасности продукта. Пайплайны обеспечивают постоянный контроль за состоянием кода, его соответствием стандартам и требованиям, а также регулярное тестирование на разных уровнях. Такой подход помогает выявлять и исправлять ошибки на ранних стадиях разработки, а также предотвращать утечку или потерю данных.
• Ускорение доставки продукта до конечных пользователей. Пайплайны позволяют быстро и безболезненно переносить код из одной среды в другую, например, из локальной в тестовую или из тестовой в продуктовую. Также они облегчают процесс обновления продукта, добавления новых функций или исправления ошибок.
• Увеличение удовлетворенности клиентов и пользователей. Когда создается качественный, безопасный продукт с быстрой и стабильной доставкой, то автоматически повышается уровень доверия и лояльности целевой аудитории, а также их удовлетворенность от использования продукта.