مبانی معماری نرم افزار - بخش اول

معماری نرم‌افزار: رویکرد طراحی کلان برای مدل‌سازی کیفیت و عملکرد سیستم‌های نرم‌افزاری

رویکرد طراحی کلان در این زمینه به معنای آن است که معماران نرم‌افزار به‌جای توجه به جزئیات پیاده‌سازی، بیشتر روی ساختار کلی و نحوه تعامل بخش‌های مختلف سیستم تمرکز دارند تا بتوانند سیستمی مقیاس‌پذیر، قابل اعتماد، و با عملکرد مناسب ارائه دهند.

در معماری نرم‌افزار، مفاهیم مختلفی برای به تصویر کشیدن و دستیابی به کیفیت و عملکرد مورد انتظار سیستم مطرح می‌شوند. از جمله مهم‌ترین این مفاهیم می‌توان به مشخصه‌های کیفی، سبک‌های معماری، الگوهای معماری، و تاکتیک‌های معماری اشاره کرد.

آشنایی با مفاهیم اساسی در معماری نرم‌افزار

مشخصه‌های کیفی (Quality Attributes / Characteristics)

معماری نرم‌افزار بر پایه مشخصه‌های کیفی بنا شده است که موفقیت سیستم را در کنار عملکرد آن تعریف می‌کنند. برخی از مشخصه‌های کیفی اصلی شامل عملکرد (Performance)، دسترسی‌پذیری (Availability)، مقیاس‌پذیری (Scalability)، قابلیت نگهداری (Maintainability)، و تست‌پذیری (Testability) هستند. این مشخصه‌ها با هدف ارتقای کیفیت سیستم در سطح معماری مطرح می‌شوند و معماری نرم‌افزار تأثیر مستقیمی بر آن‌ها دارد.

در بررسی و توصیف یک سیستم و معماری آن، اغلب از اصطلاح "مشخصه" یا "Characteristics" استفاده می‌شود. هنگامی که در مورد طراحی صحبت می‌کنیم، اصطلاح "مشخصه کیفی" یا "Quality Attribute" به کار می‌رود. به عنوان مثال، مقیاس‌پذیری (Scalability) یکی از مشخصه‌های کیفی است که در ذهن طراح نقش می‌بندد و هنگام توصیف سیستم، به مقیاس‌پذیری بالای آن اشاره می‌شود.

سبک‌های معماری (Architectural Styles)

سبک‌های معماری به عنوان مجموعه‌ای از اجزا (Componentها) و رابط‌ها (Connectorها) تعریف می‌شوند که ساختار کلی سیستم را شکل می‌دهند. در این سبک‌ها، رابط‌ها نحوه ارتباط بین اجزا را توصیف می‌کنند. یک سبک معماری به طور کلی واژگانی از انواع اجزا و رابط‌ها و مجموعه‌ای از محدودیت‌ها برای ترکیب آن‌ها فراهم می‌کند. برای مثال، معماری میکروسرویس‌ها (Microservices Architecture) از مجموعه‌ای از اجزا و روابطی تشکیل شده که مشخصه‌های خاصی را پوشش می‌دهند.

به طور کلی، سبک‌های معماری، راه‌حل‌های عمومی و تکرارپذیر در سطح ساختار معماری سیستم هستند. به عنوان نمونه، سبک (Pipes & Filters) مجموعه‌ای از اجزا و روابط آن‌ها را در قالب یک راه‌حل برای حل مسائل مختلف ارائه می‌دهد و شامل مشخصه‌های کیفی مرتبط می‌باشد.

الگوهای معماری (Architectural Patterns)

الگوها در تمام سطوح طراحی به کار می‌روند و برای حل مشکلات تکرارپذیر، هسته اصلی یک راه‌حل را ارائه می‌دهند. در طراحی معماری، الگوها نیز به عنوان راه‌حل‌های استاندارد شناخته می‌شوند. برای مثال، الگوی معماری MVC، به دلیل اینکه ساختار کلی سیستم را تعیین نمی‌کند و بیشتر به لایه‌ی ارائه (Presentation Layer) ساختار می‌بخشد، یک الگوی معماری محسوب می‌شود. الگوهای دیگری نظیر CQRS و API Gateway نیز نمونه‌هایی از الگوهای معماری هستند. هدف اصلی از الگوهای معماری، ایجاد یک زبان مشترک و استاندارد برای طراحی سیستم‌ها است.

تاکتیک‌های معماری (Architectural Tactics)

در بررسی مشخصه‌های کیفی، مبحث سناریوهای مشخصه‌های کیفی (Quality Attribute Scenarios) برای ارزیابی این مشخصه‌ها مطرح می‌شود. این سناریوها شامل پارامترهایی نظیر محرک (Stimulus)، منبع محرک (Stimulus Source)، و پاسخ (Response) سیستم می‌باشند. به عنوان مثال، در سناریوی دسترسی‌پذیری (Availability)، "خرابی" (Fault) می‌تواند یک محرک باشد که منجر به واکنش سیستم در قالب شناسایی یا رفع خرابی می‌شود.

یک تاکتیک در حقیقت یک تصمیم طراحی است که بر دستیابی به پاسخ مشخصه کیفی تاثیر می‌گذارد. برای مثال، در دستیابی به دسترسی‌پذیری بالا، راه‌حل‌هایی مانند ایجاد کلاستر، سیستم جایگزین، شناسایی خطا، چک سلامتی (Health Check)، و مانیتورینگ به عنوان تاکتیک‌های مناسب استفاده می‌شوند. یا برای رسیدن به پایداری (Resiliency)، از تکنیک Circuit Breaker می‌توان به عنوان یک تاکتیک استفاده کرد.

جمع‌بندی

معماری نرم‌افزار شامل تصمیمات طراحی کلیدی است که چارچوبی برای دستیابی به مشخصه‌های کیفی ایجاد می‌کند. این چارچوب‌ها به کمک سبک‌ها، الگوها، و تاکتیک‌ها شکل می‌گیرند و راهنمایی جامع برای طراحی سیستم‌های پایدار، کارآمد، و باکیفیت ارائه می‌دهند.