عبارات، الگوها و معماری های مهم در توسعه نرم افزارها

Infrastructure as Code (IaC)

زیرساخت به‌عنوان کد (IaC) یک روش خودکار برای مدیریت و تهیه زیرساخت‌ها با استفاده از فایل‌های متنی و به کمک ابزارهایی مانند Terraform یا Ansible یا فایل‌های JSON است. در این روش، به جای پیکربندی دستی سرورها، شبکه‌ها و سرویس‌ها، کد یا اسکریپت‌های مشخصی نوشته می‌شود که زیرساخت موردنیاز را ایجاد، تنظیم و مدیریت کند. این روش امکان استقرار سریع‌تر، سازگاری بیشتر، و قابلیت نسخه‌برداری از زیرساخت‌ها را فراهم می‌کند. همچنین می‌توان تغییرات زیرساخت را با استفاده از سیستم‌های مدیریت نسخه (Git) ردیابی کرد. در این روش می‌توان زیرساخت تعریف شده را بارها و بارها تکرار کرد و در محیط‌های مختلف (Development Testing، Production) بدون هیچ تفاوتی اجرا کرد. از جمله مزایای این روش می‌توان به موارد زیر اشاره کرد: کاهش خطای انسانی در پیکربندی دستی. امکان استقرار سریع‌تر و ساده‌تر. مدیریت نسخه زیرساخت و بازگشت به نسخه‌های قبلی در صورت لزوم و مقیاس‌پذیری بیشتر در مدیریت سیستم‌های بزرگ.

API Gateway & Service Mesh

این دو مفهوم ارتباط مستقیم با معماری‌های مدرن میکروسرویس دارند.

API Gateway: در معماری‌های مدرن میکروسرویس، دروازه API یک نقطه کنترل مرکزی است که درخواست‌های کاربران را دریافت کرده و آن‌ها را به سرویس‌های مناسب هدایت می‌کند. این ابزار قابلیت‌های امنیتی، مدیریت نرخ درخواست (Rate Limiting)، ثبت خطا، احراز هویت و امکانات دیگری را نیز ارائه می‌دهد.

Service Mesh: یک لایه ارتباطی مستقل است که مدیریت ارتباطات بین سرویس‌های مختلف را (معمولا در معماری میکروسرویس) انجام می‌دهد. ابزارهایی مانند Istio برای اضافه کردن قابلیت‌هایی مثل مانیتورینگ، امنیت، و مسیریابی به سرویس‌ها استفاده می‌شوند. Service Mesh اجازه می‌دهد تعاملات بین سرویس‌ها بدون تغییر در کد آن‌ها بهینه شود.

CQRS (Command Query Responsibility Segregation)

CQRS یک الگوی معماری است که در آن عملیات‌های مربوط به دستورات (نوشتن اطلاعات) و پرس‌وجوها (خواندن اطلاعات) از هم جدا می‌شوند. تفکیک مسئولیت دستورات و پرس‌وجوها (CQRS) یک الگوی طراحی است که در آن عملیات‌های نوشتن (Command: ثبت، حذف، به‌روزرسانی) از عملیات‌های خواندن (Query: دریافت اطلاعات) جدا می‌شوند. این معماری مقیاس‌پذیری دیتابیس را افزایش می‌دهد و همچنین امکان داشتن مدل‌های داده متفاوت برای خواندن و نوشتن را فراهم می‌کند. کاربرد اصلی CQRS در سیستم‌هایی است که بار زیادی از عملیات خواندن دارند و نیاز به عملکرد بالا در کنار مقیاس پذيری پیچیده دارند.

Event-Driven Architecture (EDA)

EDA یک معماری نرم‌افزار است که تعاملات بین اجزای سیستم را بر اساس رویدادها مدیریت می‌کند. درواقع معماری رویدادمحور به سیستمی اشاره دارد که تعامل‌ها و ارتباطات بین اجزایش بر اساس رویدادها صورت می‌گیرد. در این معماری، به‌جای درخواست مستقیم، اجزا رویدادهایی را تولید کرده و به یک Event Bus ارسال می‌کنند (انتشار) و در نهایت واکنش توسط مصرف کننده صورت می‌گیرد . این معماری برای سیستم‌هایی که نیاز به پاسخگویی سریع و پردازش غیرهم‌زمان دارند، بسیار مناسب است.

از جمله مزایای این معماری:

پردازش غیرهم‌زمان: بخش‌های مختلف سیستم می‌توانند مستقل از یکدیگر عمل کنند.

مقیاس‌پذیری بالا: افزایش کاربران یا سرویس‌ها به‌راحتی قابل مدیریت است .

انعطاف‌پذیری سیستم‌ها: سامانه‌ها بدون وابستگی مستقیم تعامل دارند.

Serverless Architecture

معماری بدون سرور به ساختار نرم‌افزاری اشاره دارد که در آن توسعه‌دهنده نیازی به مدیریت مستقیم سرورها ندارد. طرز کار این مدل به اینصورت می‌باشد که، کد تنها زمانی اجرا می‌شود که درخواست برای اجرای آن داده شود. ارائه‌دهندگان خدمات (مانند AWS Lambda یا Google Cloud Functions) این فرآیندها را مدیریت می‌کنند. در این مدل از خدماتی مانند AWS Lambda، Azure Functions یا Google Cloud Functions استفاده می‌شود که کد تنها زمانی اجرا می‌شود که درخواست داده شود. این مدل باعث کاهش هزینه‌ها (از جمله تمرکز بیشتر تیم توسعه روی منطق کدنویسی به‌جای زیرساخت)، مقیاس‌پذیری بالا (مقیاس‌پذیری خودکار براساس تعداد درخواست‌ها) و مدیریت آسانتر (مسئولیت نظارت، نگهداری و مدیریت سرورها کاملاً بر عهده ارائه‌دهنده خدمات است) سیستم می‌شود.

API-first Approach

رویکرد API-اول به توسعه نرم‌افزاری اشاره دارد که در آن طراحی API به‌عنوان اولویت اصلی در نظر گرفته می‌شود و سایر قسمت‌های برنامه حول محور آن ساخته می‌شوند. تمرکز بر API به عنوان اولین مرحله توسعه:توسعه‌دهندگان و تیم طراحی ابتدا API را به عنوان قلب سیستم تعریف می‌کنند تا اجزای دیگر سیستم بتوانند به راحتی حول محور API ساخته شوند. استانداردهای جهانی در طراحی API: استفاده از استانداردهایی مثل Swagger و OpenAPI برای مستندسازی API و تعامل بهتر. این رویکرد تضمین می‌کند که API‌ ها از ابتدا قابل استفاده باشند و امکان ادغام آسان بین سیستم‌ها و پلتفرم‌های مختلف را فراهم می‌کنند.

Domain Driven Design (DDD)

طراحی دامنه محور یک رویکرد توسعه نرم‌افزاری است که تمرکز اصلی آن بر مدل کردن دقیق دامنه یا حوزه کسب‌وکار است. در این روش، همکاری نزدیک بین توسعه‌دهندگان و متخصصین دامنه کسب‌وکار برای ایجاد مدل‌هایی که مشکلات واقعی کسب‌وکار را حل کنند، انجام می‌شود. مفاهیم اصلی DDD شامل Entity، Value Object، Aggregate و Bounded Context می‌باشد. در ادامه توضیح مختصری از هرکدام داده می‌شود:

Entity(موجودیت) :موجودیت‌ها اشیایی هستند که خصوصیات و رفتارهای مشخصی دارند و قادر به شناسایی مستقل هستند. مثلا: یک کاربر یا محصول.

Aggregate: مجموعه‌ای از موجودیت‌ها و اشیاء ارزش که به عنوان یک واحد هماهنگ مدیریت می‌شوند.

Value Object(اشیاء ارزش): اشیائی که تنها بر اساس مقدارشان شناخته می‌شوند و وابسته به هویت نیستند (مثلا یک آدرس).

Bounded Context(محدوده‌های محدود): تقسیم دامنه به بخش‌های کوچکتر که هرکدام مستقل عمل می‌کنند و ارتباطات مشخصی با یکدیگر دارند.

این روش مخصوص پروژه‌هایی با دامنه‌های پیچیده مثل سیستم‌های مالی، بیمه یا مدیریت زنجیره تامین استفاده می‌شود.

Hexagonal Architecture

معماری شش‌ضلعی یک الگوی طراحی است که به نام پورت‌ها و آداپتورها نیز شناخته می‌شود. این معماری با هدف جدا کردن منطق کسب‌وکار از لایه‌های خارجی مانند پایگاه داده یا رابط کاربری ایجاد شده است.

ایده اصلی معماری شش‌ضلعی:

هسته مرکزی: لایه اصلی که شامل منطق کسب‌وکار و قوانین برنامه است.

پورت‌ها: رابط‌هایی برای اتصال هسته اصلی به اجزای خارجی مانند پایگاه‌داده یا سایر سرویس‌ها.

آداپتورها: اجزایی که رفتار موردنیاز را برای اتصال به اجزای خارجی فراهم می‌کنند.

لایه مرکزی (یا هسته) حاوی منطق اصلی برنامه است و از طریق پورت‌ها و آداپتورها با سیستم‌های خارجی تعامل می‌کند. این مدل باعث انعطاف‌پذیری در توسعه و تست آسان‌تر می‌شود.

Event Sourcing

ذخیره‌سازی رویداد (Event Sourcing) یک الگوی طراحی است که در آن تغییرات وضعیت سیستم به‌صورت توالی‌ای از رویدادها ذخیره می‌شود. به جای ذخیره وضعیت نهایی، تمام رویدادهایی که برای رسیدن به این وضعیت رخ داده‌اند، ثبت می‌شوند. این روش امکان بازسازی کامل وضعیت سیستم در هر لحظه را فراهم می‌آورد و برای سیستم‌هایی که نیاز به ثبت‌های دقیق و قابل ردیابی دارند مناسب است. طرز کار این معماری بدین صورت است که هر تغییر در سیستم (مانند ایجاد سفارش، پرداخت و …) به عنوان یک رویداد ذخیره می‌شود و بازسازی وضعیت فعلی سیستم از تجمیع رویدادهای گذشته به دست می‌آید.

Low-code/No-code Platforms

پلتفرم‌های کم‌کدنویسی/بدون‌کدنویسی ابزارهایی هستند که توسعه نرم‌افزار را با حداقل یا بدون نیاز به کدنویسی امکان‌پذیر می‌کنند. این پلتفرم‌ها با رابط‌های گرافیکی و قابلیت‌های کشیدن و رها کردن (Drag & Drop) توسعه‌دهندگان را قادر می‌سازند برنامه‌هایی با سرعت بالا بسازند. این مدل برای کسب‌وکارهایی که منابع و زمان محدود دارند مناسب است. از جمله میژکی های کلیدی این پلتفرم ها است که بعلت داشتن رابط کاربری ساده ، افراد غیره توسعه‌دهنده نیز میتوانند اپلیکیشن بسازند. دیگر ویژگی این پلتفرم ها امکان خودکارسازی برخی جنبه‌های توسعه مانند ساخت دیتابیس و مدیریت فرم‌ها می‌باشد. یکی از عیوب این پلتفرم ها عدم پشتیبانی مناسب از پروژه های بسیار پیچیده است.

Business Process Management Systems (BPMS)

سیستم‌های مدیریت فرآیند کسب‌وکار (BPMS) نرم‌افزارهایی هستند که طراحی، اجرا و بهینه‌سازی فرآیندهای کسب‌وکار را تسهیل می‌کنند و موجب افزایش چابکی سازمان ها می‌شوند. این ابزارها به سازمان‌ها کمک می‌کنند تا فرآیندهای کاری خود را خودکار کنند، کارایی را افزایش دهند و اهداف استراتژیک خود را بهتر محقق کنند. برخی از قابلیت‌ها و اجزای کلیدی شامل طراحی فرایند، اجزای فرایند، مدیریت قوانین کسب و کار و تحلیل و مانیتورینگ است.

Message Queue (مثل Kafka و RabbitMQ)

یک الگوی طراحی است که به منظور ارسال و دریافت پیام‌ها بین اجزای مختلف یک سیستم نرم‌افزاری استفاده می‌شود. این معماری برای سیستم‌های غیرهم‌زمان بسیار موثر است و به اجزای مختلف اجازه می‌دهد بدون نیاز به ارتباط مستقیم و زنده، با یکدیگر تعامل کنند. طرز کار این الگو به این صورت است: در این معماری، تولیدکننده پیام (Producer) پیامی را در صف قرار می‌دهد. مصرف‌کننده پیام (Consumer) این پیام را از صف خوانده و پردازش می‌کندو صف پیام، واسطی میان دو بخش از سیستم است که بر اساس اصل ارسال غیر هم‌زمان عمل می‌کند. یکی از مزایای اصلی این روش کاهش وابستگی‌های بین اجزا می‌باشد (decoupling).

Container Orchestration (مثل Kubernetes)

ارکستراسیون کانتینرهامجموعه‌ای از فرآیندها و ابزارهاست که به شما امکان مدیریت و هماهنگی کانتینرهای نرم‌افزاری در یک محیط توزیع‌شده را می‌دهد. کانتینرها واحد‌های مستقلی از نرم‌افزار هستند که همه اجزای مورد نیاز برای اجرا، مانند Dependency ها را در خود دارند. دلیل ضروری بودن به این علت است که در سیستم‌هایی با هزاران کانتینر که به صورت توزیع‌شده کار می‌کنند، هماهنگی و مدیریت آن‌ها بدون ابزارهای ارکستراسیون بسیار دشوار است. از جمله قابلیت‌های آن مقیاس پذیری، مانیتورینگ و خودکارسازی می‌باشد . از جمله ابزارهای پرکاربرد می‌توان به Kubernetes، Docker Swarm و OpenShift اشاره کرد.

Multi-Tenancy Architecture

در معماری چندمستاجرهیک نرم‌افزار به گونه‌ای طراحی می‌شود که بتواند به چندین مشتری (Tenant) خدمات ارائه دهد، با این حال هر مشتری محیط اختصاصی خود را داشته باشد. این نوع معماری در سیستم‌های مبتنی بر SaaS(نرم‌افزار به‌عنوان سرویس) بسیار رایج است. به جای نصب نرم‌افزار جداگانه برای هر مشتری، یک نرم‌افزار به همه مشتریان خدمات مشترک ارائه می‌دهد، ولی داده‌ها و تنظیمات هر مشتری از دیگری جدا هستند. دو مدل دیتابیس جداگانه (هر مشتری دارای پایگاه‌داده مستقل است) و مشترک (مشتری‌ها داده‌های خود را در یک پایگاه داده مشترک ذخیره می‌کنند ولی دسترسی‌ها جداست) دارد. موجب کاهش هزینه‌های استقرار و ارائه سریع‌تر خدمات به مشتری‌ها می‌شود اما در عین حال وابستگی به زیرساخت های مشترک و پیچیدگی در مدیریت ایزوله سازی داده‌ها رادارد.

Enterprise Integration Patterns

الگوهای یکپارچه‌سازی سازمانیمجموعه‌ای از اصول و الگوهای طراحی هستند که به سازمان‌ها کمک می‌کنند سیستم‌های مختلف خود را به صورت هماهنگ و یکپارچه با یکدیگر متصل کنند. در نتیجه، داده‌ها و فرآیندها به روان‌ترین شکل ممکن بین سیستم‌ها جریان پیدا می‌کنند.

مفاهیم کلیدی:

Message Broker: استفاده از یک واسطه برای مدیریت انتقال پیام‌ها بین سرویس‌ها.

Routing: هدایت پیام‌ها به مقصد مناسب.

Transformation: تبدیل فرمت پیام‌ها برای سازگاری با سیستم‌های مختلف.

از جمله مزایای این الگو همگام‌سازی سریع سیستم‌های قدیمی با فناوری‌های جدید، مدیریت جریان کاری بین سرویس‌ها و بهبود انعطاف‌پذیری سازمان در برابر تغییرات می‌باشد. یکی از ابزارهای پر کاربرد در این زمینه Camel(فریمورک تخصصی برای مدیریت الگوهای یکپارچه سازی) می‌باشد.