In der heutigen digitalen Landschaft gewinnt der Einsatz von serverlosen Architekturen und Edge-Computing zunehmend an Bedeutung. Unternehmen sowie Entwickler stehen vor der Herausforderung, Applikationen bereitzustellen, die nicht nur schnell reagieren, sondern auch skalierbar und wartbar sind. Kern dieser Entwicklung ist die Frage: Wie kann man Daten näher an den Code bringen, der sie verarbeitet, um Latenzzeiten zu reduzieren und die Nutzererfahrung zu verbessern? Die Antwort darauf ist weitreichend und beschäftigt sich mit der verteilten Datenverarbeitung in einer zunehmend globalisierten IT-Infrastruktur. Traditionell befinden sich Datenzentren oft an zentralen Standorten – beispielsweise an einem stark vernetzten, aber geografisch entfernten Ort. Diese geografische Distanz kann bei Serverless-Funktionen, die an verschiedenen Orten laufen, zu Verzögerungen führen.
Das bedeutet: Obwohl der Code selbst sehr nahe am Nutzer laufen kann, etwa auf einem CDN-Edge-Server in der Nähe des Anwenders, liegt das eigentliche Daten-Backend in einer entfernten Region. Somit entsteht eine Lücke, die als „Data Dilemma at the Edge“ bezeichnet werden könnte. Dieser Sachverhalt führt häufig zu einer spürbaren Latenz. Beispielsweise muss ein Serverless-Worker in Lissabon, Portugal, der Daten von einem zentralen Datenbankcluster in Irland abrufen möchte, 50 bis 100 Millisekunden oder mehr an Verzögerung hinnehmen. Diese Latenz lässt sich nur schwer kompensieren und führt oft dazu, dass der Performancegewinn des Edge-Computings verwässert.
Eine verbreitete Lösung in der Praxis sind stark gecachte oder sogar eventual konsistente Datendienste, wie beispielsweise Cloudflare Workers KV. Hier wird ein Teil der Daten nahe am Edge gespeichert und steht sofort zur Verfügung. Jedoch gibt es hier deutliche Einschränkungen: Änderungen an Daten benötigen manchmal bis zu einer Minute, um sich global zu verbreiten. Außerdem ist die Durchsatzrate limitiert. Für verschiedene Anwendungsszenarien kann das akzeptabel sein, etwa bei nicht zeitkritischen Informationen oder bestimmten Benutzerpräferenzen.
Für frische, hochaktuelle Daten oder Transaktionen, bei denen unbedingt Konsistenz notwendig ist, sind solche Modelle jedoch oft unzureichend. Vor diesem Hintergrund gewinnt das Konzept des Non-Uniform Data Access (NUDA) an Attraktivität – eine Architekturidee, die von der Computerarchitektur mit Non-Uniform Memory Access (NUMA) inspiriert ist. Dort hängt die Speicherzugriffszeit von der Nähe zwischen Prozessor und Speichergerät ab. Übertragen auf verteilte Datensysteme bedeutet NUDA, dass unterschiedliche Datenpartitionen je nach räumlicher Nähe zum ausführenden Code unterschiedlich schnell erreichbar sind. Dadurch kann eine Anwendung dynamisch entscheiden, welche Daten lokal, regional oder global abgefragt werden, je nach Konsistenzanforderung und Performancebedarf.
Ein wesentlicher Bestandteil dieser Vision ist die Partitionierung von Daten entlang logischer Grenzen wie Kundendaten, Organisationsbereichen oder Benutzergruppen. Eine solche strukturelle Trennung erleichtert nicht nur die Verwaltung und Skalierung, sondern hilft auch, Datenschutz- und Sicherheitsanforderungen besser umzusetzen. Wenn etwa Kundendaten einer Region oder sogar einem einzelnen Kunden isoliert gespeichert werden, lassen sich Zugriffsrechte zentral im Daten-Backend durchsetzen, ohne dass die Anwendung selbst diese Komplexität übernehmen muss. Die Verlagerung der Daten näher an die ausführenden Workers bietet enorme Vorteile. Im Idealfall befinden sich Daten sogar physisch auf demselben Server oder innerhalb desselben Prozesses, der den Code ausführt.
So entfallen Netzwerklatenzen komplett, was vor allem für leseintensive Anwendungen eine dramatische Performancesteigerung ermöglicht. Zudem entstehen neue Möglichkeiten, Daten effizient zu replizieren und synchron zu halten, indem nur die notwendig starken Konsistenzanforderungen global umgesetzt werden. Die Herausforderung in verteilten Systemen liegt auch in der Feinabstimmung der Konsistenzmodelle. Nicht alle Anwendungsfälle benötigen sofortige, strenge Konsistenz. Das Konzept hinter NUDA ermöglicht die differenzierte Einstellung von Lese- und Schreiboperationen.
Starke Konsistenzmechanismen warten etwa auf die Bestätigung einer Mehrheit der Replikate, bevor ein Schreibvorgang als erfolgreich gilt. Dadurch wird sichergestellt, dass alle beteiligten Knoten denselben Datenstand haben, was für kritische Geschäftsfälle unabdingbar ist. Auf der anderen Seite können eventual konsistente Zugriffe sofort beantwortet werden. Änderungen werden dann asynchron im Hintergrund verteilt und synchronisiert. Für viele Szenarien wie User Preferences, Analytics oder Statusmeldungen ist diese Variante perfekt geeignet.
Ein weiterer Meilenstein wäre die konsequente Unterstützung konfliktfreier Datenstrukturen (Conflict-Free Replicated Data Types, CRDTs). Diese ermöglichen es, dass konkurrierende Änderungen an denselben Daten intelligent zusammengeführt werden, sodass keine Information verloren geht. Die klassischen Beispiele sind automatisch inkrementierende Zähler oder „last-write-wins“-Modelle, bei denen die letzte Änderung zählt. Komplexere CRDTs erlauben sogar das Zusammenführen verschachtelter Datenobjekte. Technologie wie CRDTs schafft die Voraussetzung für eine robuste verteilte Datenhaltung, die trotz Asynchronität und Netzwerkpartitionen konsistente Zustände gewährleistet.
Betrachtet man den heutigen Stand der Technik, so sind viele wichtige Bausteine für eine NUDA-Architektur bereits vorhanden. Von serverlosen Funktionen auf CDN-Edge bis hin zu verteilten Datenbanken mit flexiblen Konsistenzmodellen, existiert ein breites Spektrum verfügbarer Lösungen. Was fehlt, ist ein integriertes Gesamtkonzept, das Datennähe, Partitionierung, Konsistenz und Sicherheit nahtlos verbindet. Die Realisierung einer verteilten, datenproximen Applikationsarchitektur bietet die Chance, bislang bestehende IT-Limitierungen zu überwinden. Entwickler können die Vorteile niedrigster Latenz mit sicherer Datenverwaltung und flexiblen Konsistenzstufen verbinden.
Nutzer profitieren von schnell reagierenden, zuverlässigen Anwendungen mit überzeugender User Experience. Datenschutz und Compliance lassen sich gezielter umsetzen, weil Daten physisch in Regionen oder Kundenpartitionen gebündelt sind. Die Zukunft des verteilten Rechnens dürfte somit stark geprägt sein von Konzepten, die Code und Daten nicht mehr voneinander trennen, sondern bewusst zusammenführen – ganz nach der Devise „Bring Data Closer to Your Code“. Solche Systemarchitekturen unterstützen eine Welt, in der digitale Dienste zwar global verfügbar sind, aber regional optimiert auf die Bedürfnisse und Regeln vor Ort reagieren. Die Vision einer verteilten Traumarchitektur ist keine ferne Zukunftsmusik.
Mit dem weiteren Fortschritt in verteilten Datenbanken, Technologien für Edge-Computing und intelligenter Konsistenzverwaltung sind wir auf dem besten Weg, die damals abstrakten Ideen in praxistaugliche Lösungen zu verwandeln. Unternehmen, Entwickler und Anwender können gemeinsam diesen Wandel gestalten und von den immensen Vorteilen einer daten- und code-nahen Infrastruktur profitieren. Die verteilte Datenarchitektur der Zukunft steht für schnellere, flexiblere und sicherere Anwendungen – ein Paradigmenwechsel, der die digitale Welt nachhaltig verändern wird.
