در دنیای امروز، همانطور که میدانید، معماری نرمافزار به یکی از رکنهای اساسی برای ساخت سیستمهای پیچیده و مقیاسپذیر تبدیل شده است. مفاهیمی که در ادامه به آنها اشاره میشود، بهطور مستقیم با عملکرد، مقیاسپذیری و کارایی سیستمها در ارتباط هستند. اگر مثل من، به دنبال درک عمیقتر و جامعتر از اصول معماری نرمافزار هستید، این مقاله به معرفی و بررسی 15 مفهوم کلیدی پرداخته و میتواند به شما در این راستا کمک کند. چراکه، سعی من بر این بوده که شما را با ابزارها و الگوهای مفید در این حوزه آشنا کنم.
مفهوم IaC به معنای مدیریت زیرساختهای فناوری اطلاعات (مثل سرورها، شبکهها و دیتابیسها) با استفاده از فایلهای متنی قابل نسخهبندی و به صورت کد به جای تنظیمات دستی است. در این صورت، بهجای تنظیم دستی منابع و سختافزارها، کافیست شما این منابع رو با استفاده از زبانهای برنامهنویسی مشخصی (مثل YAML یا JSON) تعریف کنید. ابزارهایی مانند Terraform، Ansible و AWS CloudFormation مورد استفاده قرار گرفته تا زیرساخت بهشکل خودکار و نسخهپذیر مستقر شود. از سری مزیتهای این رویکرد میتوان به مواردی نظیر تکرارپذیری بالا ، کاهش خطاهای انسانی ، دقت بیشتر و افزایش سرعت استقرار اشاره کرد. با IaC، میتوانید زیرساختها را بهراحتی در محیطهای مختلف بازسازی کنید و در DevOps، پروژههای ابری (Cloud)، و استقرار خودکار سیستمها کاربرد آن را مشاهده کنید.
دو مفهوم مهم و کلیدی در معماری میکروسرویسها تحت عنوان API Gateway و Service Mesh وجود دارد. API Gateway همانند یک دروازه ورودی ایفای نقش میکند و تمام درخواستها از طریق آن عبور کرده و سپس از طریق آن به سرویس مناسب هدایت میشود. همچنین، Service Mesh یه لایه ارتباطی بین سرویسهاست که بهطور خودکار عملکرد سرویسها را نظارت کرده و باعث حل مشکلاتی مثل کشف سرویسها و امنیت ارتباطات میگردد. این دو ابزار بهطور هماهنگ عمل میکنند و باعث بهبود سیستمهای میکروسرویسی میشوند. API Gateway از سوی دیگر مواردی نظیر احراز هویت و تجزیه و تحلیل ترافیک را نیز انجام میدهد. در حالی که Service Mesh یک لایه اضافی است که مدیریت ارتباطات بین میکروسرویسها را بر عهده دارد. این لایه وظایفی چون load balancingو مانیتورینگ را نیز انجام میدهد. مزیتهایی مانند بهبود قابلیت مشاهده نیز وجود دارد. البته در این حین افزایش پیچیدگی سیستم به عنوان یک مشکل اصلی و اساسی است. به دلیل وجود دو لایه (API Gateway و Service Mesh)، ممکن است زمان بیشتری برای تنظیم و نگهداری سیستم صرف شود و از سوی دیگر بهکارگیری همزمان این دو معماری میتواند سبب ایجاد سربار پردازشی در شبکه شود.
یک الگوی طراحی به نام CQRS در معماری نرم افزار وجود دارد که بهطور خاص برای جداسازی وظایف فرمانها (Command) و پرسوجوها (Query) طراحی شده است. این الگو به جای استفاده از یک مدل داده برای همه عملیات ها، دو مدل جدا و مجزا برای دو عملیات خواندن و نوشتن تعریف میکند. این موضوع به عبارت سادهتر میتواند به جداسازی عملیاتهایی که سبب تغییر دادهها (مثل افزودن، حذف یا ویرایش) از عملیاتهایی که فقط اطلاعات رو میخوانند، بشوند. از همینرو این روش در سیستمهای پیچیده و مقیاسپذیر کاربرد فراوانی دارد. این کار باعث افزایش کارایی و مقیاسپذیری میگردد، بهویژه در سیستمهایی که بار خواندن بسیار بیشتر از نوشتن است. از دیگر فواید این مدل طراحی میتوان به کمک شایان این مدل به توسعهدهندگان برای طراحی مدلهای پیچیدهتر برای نوشتن و مدلهای سادهتر برای خواندن اشاره نمود. رویکرد ذکر شده باعث میشود تا بتوانیم عملکرد سیستم رو بهینهتر کنیم. زیرا عملیاتهای نوشتن و خواندن بهطور جداگانه مدیریت شده و به همین دلیل سبب سادهتر شدن کدها میشود. یکی از معایب CQRS ، پیچیدگی پیادهسازی و نگهداری این الگو است. همچنین، به هماهنگی دقیق بین دو مدل نیاز است چراکه در صورت عدم پرداختن به این موضوع ، ممکن است منجر به مشکلاتی در همگامسازی دادهها شود.
یک رویکرد طراحی نرمافزاری به نام Event-Driven Architecture (EDA) وجود دارد که همانطور که از نام آن پیداست در آن، سیستمها بر اساس رویدادهایی که در محیط رخ میدهند، واکنش نشان میدهند. به عبارت دیگر، معماری رویدادمحور بر پایه منتشر شدن رویدادها میان اجزای سیستم هاست. هر جز بهصورت مستقل به رخدادها واکنش نشان میدهد. بهجای اینکه درخواستهای همزمان بهطور مستقیم به سرویسها ارسال شود، سیستمهای EDAبهصورت غیرهمزمان و به تفکیک به رویدادهای خاص واکنش نشان میدهند. سرویسها بهطور مستقل و با به حداقل رساندن وابستگی مستقیم (coupling) به هم کار میکنند. به همین خاطر می توان گفت، یکی از مزایای اصلی معماری EDA مقیاسپذیری و انعطافپذیری بالای آن است. البته این مدل معماری ، چالش هایی نیز به همراه دارد. یکی از چالشهای اصلی مدیریت رویدادها و اطمینان از پردازش صحیح آنها میباشد. در صورت نداشتن طراحی مناسب، ممکن است با مشکلاتی مثل دوبارهکاری یا از دست دادن دادهها مواجه شوید.
در معماری Serverless، شما هیچ نگرانیای برای مدیریت سرورها ندارید. در عوض، هر تابع یا کدی که نوشته میشود، در یک محیط ابری بهطور خودکار اجرا میشود. بهعنوان مثال، در AWS Lambda، شما فقط هزینه پردازش بر اساس تعداد دفعات اجرای تابع را پرداخت میکنید، نه برای خود سرورها. این معماری بهویژه برای اپلیکیشنهایی که نیاز به پردازشهای کوتاهمدت و غیرمداوم دارند، مناسب است. همانطور که واضح است این معماری هزینهها را بر اساس مصرف واقعی کاهش میدهد. همچنین مقیاسپذیری بالایی نیز در این مدل معماری دیده میشود که علت آن وجود توابع بهطور خودکار به تعداد مورد نیاز است. از دیگر مزایای اصلی آن می توان به توسعه سریع و عدم نیاز به نگهداری زیرساخت اشاره نمود. در مقابل، محدودیت زمانی اجرای توابع، اشکالزدایی دشوار و vendor lock-in از جمله معایب آن محسوب میشوند.
مفهوم API-first Approach به معنای طراحی و توسعه API ها به عنوان اولین گام در فرآیند توسعه نرمافزار است. در این روش، همانطور که پیش تر به آن اشاره شد، ابتدا API ها طراحی میشوند و تمام سرویسها و قابلیتها روی این API ها ساخته میشوند. یعنی بهجای اینکه ابتدا برنامه و رابط کاربری توسعه پیدا کند، همه چیز بر اساس API های مورد نیاز شکل میگیرد. این روش به تیمها این امکان را میدهد که بهطور مستقل و موازی در توسعه سرویسها کار کنند. بهطور مثال، توسعهدهندگان میتوانند APIها را بهطور جداگانه بسازند و بعد از آن با سایر تیمها ادغام کنند. این رویکرد بهویژه در معماری میکروسرویسی بسیار مهم تلقی میگردد، چون تمامی میکروسرویسها باید با هم ارتباط داشته باشند و API ها نقش اصلی در این ارتباط رو دارند. یکی از مهمترین مزایای این رویکرد این است که توسعهدهندگان میتوانند از ابتدا بر روی APIها تمرکز لازم و کافی را داشته و با طراحی دقیق و مدون API ها، احتمال بروز مشکلات در آینده کاهش پیدا میکند. همچنین این رویکرد به توسعهدهندگان این امکان رو میدهد که رابط کاربری و سرویسها رو بهطور جداگانه توسعه یابند، چراکه، API ها از ابتدا مشخص شده اند. ولی این موضوع بسیار حساس است. زیرا درصورتی که طراحی اولیه APIها دقیق نباشد یا نیازهای پروژه بهطور کامل در نظر گرفته نشده باشد، ممکن است مشکلاتی در هماهنگی بین سرویسها رخ دهد. همچنین ممکن است در پروژههای بزرگ، مدیریت و تغییرات در API ها پیچیده باشد و دشواری در تغییرات پس از شروع توسعه وجود دارد.
رویکرد Domain Driven Design (DDD) یک رویکرد طراحی نرمافزاری است که تاکید زیادی بر مدلسازی دقیق و نزدیک به دنیای واقعی دامنه ی مورد نظر دارد. در DDD، تیمهای توسعهدهنده باید از اصطلاحات و مفاهیم خاص دامنهی مورد نظر استفاده کنند تا مدلهای نرمافزاری بهطور دقیقتری با نیازهای واقعی منطبق باشند. پس به همین منظور باید نیاز های دامنه ی کسب و کار به درستی شناسایی شود. این روش کمک میکند که پیچیدگیهای یک سیستم بزرگ و پیچیده به بخشهای کوچکتر و قابل فهم تقسیم شده و از سوی دیگر طراحی بر اساس دامنه (Domain) باعث شکلگیری موثرتر ارتباطات بین تیمها و ذینفعان پروژه میشود. همچنین، DDD میتواند به کاهش گسستگیهای اطلاعاتی و بهبود کیفیت مدلها کمک کند. قطع به یقین، این رویکرد نیاز به درک عمیق و جامع از دامنه پروژه و تعاملات پیچیده بین تیمها دارد. پس نیازمند به تمرکز بالا، داشتن تجربه و درک کافی از تمام ابعاد دامنه ی مورد نظر میباشد. چرا که بدون موارد ذکر شده، ممکن است پیچیدگیهای اضافی به سیستم وارد شود که همین موضوع سبب عملکرد ضعیف در ادامه میگردد. همچنین، ممکن است بهطور اولیه زمان زیادی برای طراحی مدلها و توافق روی مفاهیم دامنه صرف شود.
در معماری نرم افزار ، مفهومی به نام Hexagonal Architecture یا Ports and Adapters، وجود دارد که هدف آن جدا کردن لایههای مختلف یک سیستم از هم و برقراری ارتباط میان آنها از طریق درگاهها (Ports) و مبدلها (Adapters) است. در این معماری، سیستم بهطور مرکزی در یک هسته قرار گرفته و تمام تعاملات با آن از طریق درگاهها و مبدلها انجام میشود. این کار به توسعهدهندگان این امکان رو میدهد که اجزای مختلف سیستم (مثل دیتابیس، سرویسهای خارجی، یا رابطهای کاربری) را بهراحتی تغییر یا بهروزرسانی کنند بدون اینکه بر روی هسته اصلی سیستم تاثیر گذاشته شود. پس یکی از اصلیترین مزایای این مدل معماری، انعطافپذیری بالای آن است. در این مدل شما بهراحتی میتوانید اجزای مختلف سیستم رو تغییر داده یا حتی جایگزین کنید، بدون اینکه به هسته اصلی کد آسیب برسانید. این ویژگی باعث شده که سیستمها بهراحتی مقیاسپذیر بوده و با تغییرات بیرونی بهخوبی سازگار شوند.
رویکرد Event Sourcing رویکردی است که در آن تغییرات سیستم بهطور مستقیم بهعنوان رویدادها (Events) بهجای وضعیت نهایی دادهها ذخیره می شوند، در این معماری، هر تغییری که در سیستم ایجاد شود، بهصورت یک رویداد ثبت شده و بهطور دائم نگهداری میشود. برای بازسازی وضعیت سیستم در هر لحظه از زمان، فقط کافیست شما رویدادهای مربوطه رو دوباره پردازش کنید. این رویکرد معمولا در سیستمهای پیچیده و نیازمند بهدقت بالا استفاده میگردد که باید تمام تغییرات و تاریخچهی آنها رو برای پیگیری یا بازیابی اطلاعات داشته باشیم. یکی از بزرگترین مزایای Event Sourcing اینه که بهراحتی میتونید تاریخچه کامل تغییرات سیستم رو داشته باشید و در صورت نیاز، بهراحتی سیستم رو به هر نقطهای از زمان برگردانیم و اطلاعات را از آن لحظه مورد پیگیری قرار دهیم. به همین خاطر میتوان گفت، این رویکرد میتواند به کاهش خطاها و بهبود شفافیت سیستم کمک شایانی بنماید. در مقابل، نگهداری تعداد زیادی رویداد ممکن است در طولانی مدت باعث بروز مشکلاتی در کارایی سیستم شده و همچنین برای تیمهای توسعه، مدیریت و نگهداری این رویدادها میتواند پیچیده باشد و باعث ایجاد دشواری در گزارشگیری مستقیم شود.
پلتفرم Low-code/No-code به پلتفرمهایی اطلاق میگردد که به کاربران اجازه میدهند بدون نیاز به نوشتن کد پیچیده، برنامههای کاربردی را بسازند. در این پلتفرمها، بیشتر کارها با استفاده از رابطهای گرافیکی انجام شده و کاربران میتوانند از بلوکهای آماده برای ساخت اپلیکیشنهای مختلف استفاده کنند. این پلتفرمها بهویژه برای کسانی که تجربه کدنویسی ندارند، مثل افراد کسبوکار یا طراحان، مناسب هستند. همانطور که از نام آنها پیداست، بسته به میزان بهرهمندی کاربر از کدنویسی، پلتفرم مربوطه تغییر میکند. ساختن اپلیکیشنهای نرمافزاری با حداقل میزان کدنویسی تحت پلتفرمی به نام (Low-code) شناخته میشود و درصورتی عدم استفاده از هرگونه کدنویسی ، از پلتفرم ذکر شده به عنوان (No-code) نام برده میشود. مهمترین مزیت این پلتفرمها، سرعت بالا در توسعه و دسترسی به افراد غیرتخصصی است. با این پلتفرمها، تیمهای مختلف میتوانند بهراحتی اپلیکیشنها رو بسازند و تغییرات رو پیادهسازی کنند، بدون اینکه نیاز به توسعهدهندگان حرفهای داشته باشند. در مقایسه با کدنویسی سنتی، این پلتفرمها ممکن است محدودیتهایی از نظر انعطافپذیری و قابلیتهای پیچیده داشته باشند. پس اگر پروژه نیاز به ویژگیهای خاص یا مقیاسپذیری بالا داشته باشد، این پلتفرمها ممکن است کارایی لازم رو نداشته باشند.
سیتسم های Business Process Management Systems (BPMS) به سیستم هایی گفته میشود که برای مدلسازی، پیادهسازی، نظارت و بهینهسازی فرایندهای کسبوکار استفاده میشوند. این سیستمها به سازمانها کمک میکنند تا فرایندهای داخلی خود را بهطور کارآمدتر مدیریت کرده، خطاها رو کاهش و از منابع بهینه استفاده نمایند. یکی از بزرگترین مزایای BPMSاین است که به سازمانها کمک میکند تا فرایندهای پیچیده بهطور خودکار و بهینه انجام داده شود. این سیستمها باعث افزایش بهرهوری و کاهش زمان چرخه کاری میشوند. همچنین، توانایی نظارت بر وضعیت و عملکرد فرایندها، تصمیمگیری بهتر و سریعتر را فراهم میکند. بهعنوان مثال، در صنعت بانکداری، BPMSمیتوان برای مدیریت فرایندهای مربوط به وامدهی یا درخواستهای مشتریان مورد استفاده قرار بگیرد و سبب انجام اتومات و کارآمد فعالیت های مورد نظر گردد. ولی نکتهی بسیار مهم در این زمینه امکان زمانبر و هزینهبر بودن آنهاست. علاوه بر این، برای موفقیت در استفاده از این سیستمها، سازمانها باید فرهنگ و فرآیندهای داخلی خود رو بهطور جدی تغییر دهند، که در بسیاری از موارد شاهد مقاومت افراد سازمان بوده ایم.
سیستم هایی تحت عنوانMessage Queue هستند که برای انتقال پیامها بین اجزای مختلف نرمافزار یا سیستمهای توزیعشده استفاده میشوند. پیامها بهطور asynchronous در این سیستمها ذخیره شده و بعد توسط گیرندهها مصرف میشوند. دو نمونه معروف از این سیستمها Kafkaو RabbitMQ هستند. این سیستمها برای مدیریت بارهای کاری سنگین، مقیاسپذیری، و ارتباطات asynchronousمیان سیستمها به کار میروند. برای مثال، در یک سیستم وبسایت با حجم ترافیک بالا، پیامها میتونند برای پردازشهای بعدی در صف قرار بگیرند.این سیستمها برای پردازشهای مقیاسپذیر بسیار مفید بوده و میتوانند درخواستها رو بهطور غیرهمزمان پردازش کنند. همچنین باعث کاهش وابستگی میان سیستمها میشوند. یکی از معایب این سیستمها این است که گاها پیچیدگیهایی در مدیریت صفها و خطاهای احتمالی بوجود میآید. همچنین برای استفاده صحیح از این سیستمها، نیاز به پیکربندی و نگهداری دقیقتری وجود دارد.
مفهومContainer Orchestration به فرایند مدیریت و خودکارسازی استقرار، مقیاسپذیری و مدیریت کانتینرها در محیطهای توزیعشده اشاره دارد. یکی از ابزارهای معروف در این زمینه Kubernetesاست که برای مدیریت کانتینرهای Docker و برنامههای میکروسرویسها استفاده میشود. Kubernetesبه شما این امکان رو میدهد که بهراحتی کانتینرها رو استقرار، مقیاسپذیر، مانیتور و نگهداری کنید. بهعنوان مثال، در یک اپلیکیشن که تعداد زیادی سرویس میکروسرویسی وجود دارد، از همینرو Kubernetesبهطور خودکار تعداد کانتینرهای هر سرویس رو بر اساس نیاز بارگذاری تنظیم میکند. Kubernetesو سایر ابزارهای اورکستراسیون کانتینر میتوانند باعث کاهش پیچیدگیهای استقرار و مقیاسپذیری شوند. این ابزارها همچنین امکان مدیریت موثر کانتینرها رو در سطح کلان فراهم میکنند. البته موضوع زمانبر بودن ، یادگیری Kubernetesو پیکربندی آن از معایب آن به حساب می آید و نیاز به مهارتهای تخصصی دارد. همین موضوع سبب می شود که برای پروژههای کوچکتر، این ابزارها بیش از حد پیچیده باشد.
این مفهوم به طراحی سیستمهایی اشاره دارد که از یک پایگاهداده یا منابع مشترک برای چندین کاربر یا مشتری استفاده میکند. در این معماری، هر مشتری بهطور جداگانه دادهها و تنظیمات منحصر به فرد خود رو دارد، اما منابع سختافزاری و نرمافزاری بهطور مشترک به تمامی کاربران تخصیص داده میشود. این معماری معمولا در نرمافزارهای ابری، بهویژه در نرمافزارهای SaaS (نرمافزار بهعنوان سرویس) کاربرد دارد. بهعنوان مثال، در یک اپلیکیشن SaaS، هر شرکت میتواند بهطور جداگانه از اپلیکیشن استفاده کند، در حالی که همه بر روی همان زیرساخت اجرا میشوند. یکی از مهمترین مزایای این معماری، کاهش هزینهها و استفاده بهینه از منابع تلقی میشود. همچنین، این معماری به راحتی مقیاسپذیر بوده و میتواند تعداد زیادی مشتری رو پشتیبانی کند. ولی در این میان مدیریت و امنیت دادهها نکته ای چالشزا است، بهخصوص در صورتی که اطلاعات مشتریها بهطور مناسب ایزوله نشده باشد. همچنین، ممکن است برای مدیریت منابع مشترک در مقیاس بزرگ، نیاز به ابزارهای پیچیدهتری باشد.
مجموعهای از الگوهای طراحی نرمافزاری تحت عنوان Enterprise Integration Patterns وجود دارد که برای یکپارچهسازی سیستمهای مختلف در یک سازمان بزرگ استفاده میشوند. این الگوها به توسعهدهندگان کمک میکنند تا مشکلات ارتباطی بین سیستمهای مختلف، از جمله پایگاهدادهها، سیستمهای ERP و سایر نرمافزارهای سازمانی رو حل کنند. یکی از معروفترین این الگوها ESB است که بهعنوان یک لایه میانه برای ارتباط و هماهنگی سیستمها عمل میکند.
این الگوها بهطور عمده به یکپارچهسازی و همراستایی سیستمهای مختلف کمک میکنند و از ایجاد اتصالات مستقیم و پیچیده جلوگیری مینمایند. همچنین، این الگوها بهراحتی مقیاسپذیر بوده و میتونند حجم بالای دادهها رو مدیریت کنند. پیادهسازی و نگهداری EIP ها زمانبر و پیچیده است. همچنین، در صورتی که بهدرستی طراحی و پیادهسازی نشوند، امکان بروز مشکلات مقیاسپذیری و کارایی را تشدید مینمایند.
منابع و مآخذ :
منابعی نظیر موارد زیر :
