1. Infrastructure as Code (IaC)
زیرساخت بهعنوان کد (IaC) یک روش مدرن در مدیریت زیرساخت های آیتی است که بهجای مدیریت دستی منابع زیرساخت مانند سرورها، دیتابیسها، شبکه و تنظیمات امنیتی، این منابع را بهصورت کد تعریف و مدیریت میکند. این کدها معمولاً با زبانهایی مانند YAML، JSON یا HCL نوشته میشوند و در سیستمهای کنترل نسخه (مثل Git) نگهداری میشوند.
از مهمترین مزایای IaC میتوان به کاهش هزینهها، افزایش بهرهوری تیمهای DevOps، سازگاری بیشتر محیطها، امنیت بالا و کاهش ریسک اشاره کرد. این مزایا مخصوصاً در مقیاسهای بزرگ و در پروژههایی که از رایانش ابری (Cloud Computing) استفاده میکنند، بسیار قابل توجه است.
ابزارهایی مثل Terraform، Ansible، Puppet و AWS CloudFormation از شناختهشدهترین ابزارهای پیادهسازی IaC هستند که هر کدام با رویکردها و قابلیتهای خاصی، امکان تعریف، استقرار و مدیریت منابع را در محیطهای مختلف فراهم میکنند.
2. API Gateway & Service Mesh
در معماریهای مدرن، بهویژه معماری میکروسرویس، مدیریت ارتباطات داخلی و خارجی بین سرویسها اهمیت بالایی دارد. API Gateway و Service Mesh نقش خاصی را در این زمینه ایفا میکنند.
مدلسازی: در این مرحله، فرایندهای طراحیشده بهصورت گرافیکی و دقیقتر مدلسازی میشوند. معمولاً از ابزارهای BPMS برای ایجاد مدل استفاده میشود. مدلسازی باید منعطف باشد تا تغییرات و بهبودهای آینده را بهراحتی بتوان اعمال کرد.یس مناسب هدایت میکند.
از جمله نقشهای کلیدی API Gateway میتوان به احراز هویت و کنترل دسترسی، تجمیع پاسخها از چند سرویس، ثبت گزارش و مانیتورینگ درخواستها، تبدیل پروتکلها و فرمت دادهها و مدیریت نرخ درخواستها اشاره کرد.
؛API Gateway پیچیدگی ارتباط با میکروسرویسها را از دید کلاینت پنهان میکند و نقطهای مرکزی برای سیاستهای امنیتی و مدیریت ترافیک ارائه میدهد.
بر خلاف API Gateway که بیشترروی ارتباطات بیرونی سیستم تمرکز دارد، Service Mesh زیرساختی است که برای مدیریت ارتباط داخلی بین میکروسرویسها طراحی شده است. در واقع، زمانی که یک سرویس میخواهد با سرویس دیگر ارتباط بگیرد، Service Mesh مسئول هدایت، نظارت و ایمنسازی این ارتباط است. از جمله نقش های Service Mesh میتوان به توزیع ترافیک هوشمند بین نسخههای مختلف سرویسها، مانیتورینگ با جمعآوری لاگها، مدیریت خطمشیهای ارتباطی، مانند تعیین اینکه چه سرویسی با چه سرویسی میتواند صحبت کند و رمزنگاری ارتباطات (mTLS) بین سرویسها برای افزایش امنیت اشاره کرد.
3. CQRS (Command Query Responsibility Segregation)
در معماریهای سنتی، معمولاً از یک مدل داده و یک پایگاه داده برای انجام عملیات خواندن و نوشتن استفاده میشود. اما با افزایش پیچیدگی سیستمها، این رویکرد میتواند منجر به مشکلاتی مانند کاهش عملکرد و دشواری در نگهداری شود.
الگوی CQRS با تفکیک مسئولیتهای خواندن و نوشتن به مدلها و مسیرهای جداگانه، این مشکلات را برطرف میکند. در این الگو، فرمانها (Commands) عملیاتهایی هستند که وضعیت سیستم را تغییر میدهند، مانند ایجاد، بهروزرسانی یا حذف دادهها و پرسوجوها (Queries) عملیاتهایی هستند که فقط دادهها را بازیابی میکنند و هیچ تغییری در وضعیت سیستم ایجاد نمیکنند.
با این تفکیک، میتوان مدلهای دادهای مجزا برای هر یک از این عملیات طراحی کرد که بهینهسازی و مقیاسپذیری بهتری را فراهم میآورد.
از مزایای استفاده از CQRS میتوان به مقیاسپذیری مستقل، بهبود عملکرد، افزایش امنیت و سادگی در نگهداری اشاره کرد.
4. Event-Driven Architecture (EDA)
معماری مبتنی بر رویداد یا EDA یک الگوی طراحی در معماری نرمافزار است که تعاملات و پردازشها بر اساس وقوع رویدادها (Events) سازماندهی میشوند. در این مدل، اجزای مختلف سیستم بهصورت غیرهمزمان و مستقل از هم عمل میکنند؛ یعنی وقتی یک رخداد در سیستم اتفاق میافتد، نیازی به فراخوانی مستقیم اجزای دیگر وجود ندارد، بلکه یک رویداد به سیستم اطلاع داده میشود و سایر اجزا در صورت نیاز به آن واکنش نشان میدهند.
این الگو متشکل از Event Producer ، Event Broker و Event Consumer است.
مزایای استفاده از EDA: انعطافپذیری بالا، مقیاسپذیری، پاسخگویی در زمان واقعی و کاهش وابستگی بین اجزا.
از این معماری در سامانه های بانکی و مالی، اینترنت اشیا، فروشگاه های اینترنتی، سیستمهای هشدار و مانیتورینگ استفاده میشود.
5. Serverless Architecture
معماری serverless یک نوع روش طراحی سیستمهای نرمافزاری است که در آن توسعهدهنده نیازی به مدیریت مستقیم سرورها ندارد. برخلاف روشهای سنتی که برنامهنویس باید زیرساختهایی مانند سرور، فضای ذخیرهسازی و شبکه را راهاندازی و نگهداری کند، در این معماری همه این مسئولیتها بر عهدهٔ ارائهدهندهٔ خدمات ابری (مثل Amazon AWS ، Microsoft Azure یا Google Cloud) قرار دارد.
در این معماری، کد برنامه به صورت تابع های کوچک نوشته میشود که فقط زمانی اجرا میشوند که یک رویداد خاص رخ دهد. به این روش FaaS یا Function as a Service هم گفته میشود. مثلاً وقتی کاربر فایلی را آپلود میکند یا روی یک دکمه کلیک میکند، یک تابع serverless فعال میشود و کاری را انجام میدهد.
یکی از مزایای مهم معماری serverless این است که هزینهها فقط بر اساس میزان استفاده محاسبه میشود، یعنی اگر برنامه استفاده نشود، هزینهای هم پرداخت نمیشود. همچنین، مقیاسپذیری خودکار دارد؛ یعنی اگر صدها یا هزاران کاربر به سیستم وصل شوند، خدمات ابری به طور خودکار منابع بیشتری فراهم میکند.
این روش چالشهایی هم دارد. از جمله اینکه کنترل مستقیم بر روی زیرساخت وجود ندارد، گاهی تأخیر در اجرای اولین تابع رخ میدهد (اصطلاحاً Cold Start ) و دیباگ کردن سیستمهای پیچیده ممکن است سختتر باشد.
به طور کلی، معماری serverless برای پروژههایی که بار کاری ناپایدار یا پراکنده دارند، مثل اپلیکیشنهای موبایل، API های ساده یا وظایف زمانبندیشده، یک انتخاب هوشمندانه محسوب میشود.
6. API-first Approach
رویکرد API محور به این صورت است که در فرآیند طراحی و توسعهٔ نرمافزار، اول API طراحی میشود و سپس سایر بخشهای سیستم مثل رابط کاربری (UI) و منطق داخلی برنامه بر اساس آن توسعه مییابد. این روش در مقابل مدلهای سنتی است که در آن ابتدا رابط کاربری یا پایگاه داده طراحی میشود و API در انتها برای پشتیبانی از آنها ساخته میشود.
در رویکرد API محور، تیم توسعه در ابتدا مشخص میکند که اپلیکیشن قرار است چه سرویسهایی ارائه دهد، چه دادههایی را منتقل کند و چه نوع درخواستهایی دریافت کند یا پاسخ دهد. این API معمولاً به صورت مستند با ابزارهایی مثل ( Swagger/OpenAPI) طراحی میشود و تمام تیمهای فنی میتوانند با استفاده از آن توسعه را شروعکنند.
از مزایای این روش میتوان به توسعه موازی، هماهنگی بیشتر، افزایش سرعت و کیفیت توسعه، قابلیت اتصال راحت به سرویسهای دیگر اشاره کرد.
با افزایش گرایش به میکروسرویسها، اپلیکیشنهای موبایل و خدمات ابری، رویکرد API-first به یک روش متداول در توسعهٔ نرمافزار تبدیل شده است.
7. Domain Driven Design
طراحی دامنهمحور یک رویکرد در توسعه نرمافزار است که تمرکز اصلی آن بر درک دقیق از منطق کسبوکار است و هدف آن این است که نرمافزار طوری طراحی شود که بازتاب دقیقی از واقعیتهای کسبوکار مد نظر باشد.
در DDD ، قبل از کدنویسی، توسعهدهندگان، طراحان سیستم و متخصصان کسبوکار با هم همکاری میکنند تا اول دامنهٔ اصلی (مثلاً بانکداری، فروشگاه آنلاین یا بیمه) را درک کنند و مفاهیم کلیدی آن را شناسایی نمایند. سپس این مفاهیم به صورت مدلهای نرمافزاری پیادهسازی میشوند.
در این رویکرد سیستم به بخشهای مستقل و جدا از هم تقسیم میشود که هر کدام مدل مخصوص خود را دارند.
پیادهسازی DDD در پروژههای ساده یا کوتاهمدت معمولاً توصیه نمیشود، چون نیازمند تحلیلهای زمانبر است.
8. Hexagonal architecture
معماری ششضلعی که با نامهای دیگری مثل Ports and Adapters Architecture نیز شناخته میشود، یک الگوی طراحی نرمافزار است که هدف آن جدا کردن منطق اصلی برنامه از وابستگیهای بیرونی (مثل دیتابیس، رابط کاربری یا سرویسهای خارجی) است.
در معماری ششضلعی، منطق اصلی برنامه در مرکز قرار دارد و تمام ارتباطات با دنیای بیرون از طریق درگاهها (Ports) و آداپتورها (Adapters) صورت میگیرد. این درگاهها مانند رابطهایی هستند که میگویند نرمافزار چه نوع عملکردهایی را پشتیبانی میکند و آداپتورها ابزارهایی هستند که این عملکردها را به نیازهای بیرونی متصل میکنند.
از مزایای اصلی معماری ششضلعی میتوان به قابلیت تست آسانتر، قابلیت جایگزینی اجزای بیرونی، افزایش انعطاف و قابلیت نگهداری اشاره کرد.
ساختار ششضلعی معمولاً در طراحی نرمافزارهایی که به مرور زمان گسترش پیدا میکنند یا نیاز به انعطاف پذیری بالا دارند، بسیار کاربردی است.
9. Event Sourcing
؛Event Sourcing یا منبع رویداد یک الگوی طراحی در توسعه نرمافزار است که بهجای ذخیره کردن فقط آخرین وضعیت دادهها، تمام رویدادهایی را که باعث تغییر وضعیت شدهاند ذخیره میکند. یعنی تاریخچهٔ کامل همهٔ تغییرات حفظ میشود و وضعیت فعلی سیستم از روی این رویدادها محاسبه میگردد.
ساختار Event Sourcing شامل سه بخش کلیدی است:
؛Event: بیانگر یک اتفاق است که قبلاً رخ داده، مثل "ثبت سفارش" یا " ثبتنام کاربر".
؛Event Store: یک نوع پایگاه داده مخصوص برای ذخیرهٔ رویدادها.
؛Event Replay: برای بهدستآوردن وضعیت فعلی، سیستم رویدادها را به ترتیب اجرا میکند.
از مزایای این رویکرد میتوان به ردیابی دقیق تغییرات، قابلیت بازسازی سیستم، تحلیل بهتر رفتار کاربران و سیستم اشاره کرد.
10. Low-code/No-code platforms
پلتفرمهای Low-code و No-code ابزارهایی هستند که به افراد این امکان را میدهند تا بدون نیاز به مهارتهای برنامهنویسی پیشرفته، نرمافزار، وب اپلیکیشن و برنامه موبایل بسازند. این پلتفرمها از رابطهای گرافیکی و تمپلیتها برای تسهیل فرآیند توسعه استفاده میکنند.
در Low-code ، کاربر نیاز به نوشتن کد دارد، اما این کد به میزان بسیار کمتری نسبت به روشهای سنتی است. این پلتفرمها برای کسانی که آشنایی کمی با برنامهنویسی دارند، مناسب است.
در No-code ، کاربر حتی نیاز به نوشتن یک خط کد هم ندارد. تمام فرآیند ساخت اپلیکیشنها از طریق واسطهای بصری انجام میشود و این روش برای کسانی که هیچ آشنایی با برنامهنویسی ندارند مناسب است.
افزایش سرعت توسعه، کاهش هزینهها، قابل استفاده برای افراد غیر فنی، مقیاسپذیری از مزایای این پلتفرمها هستند.
11. Business Process Management Systems (BPMS)
سیستمهای مدیریت فرایند کسبوکار (BPMS) نرمافزارهایی هستند که برای مدیریت و بهینهسازی فرایندهای کسبوکار طراحی شدهاند. این سیستمها به سازمانها کمک میکنند تا فرایندهای کاری خود را مدیریت کنند و بهبود بخشند. هدف اصلی BPMS افزایش بهرهوری، کاهش هزینهها و تسهیل نظارت و کنترل بر فرایندهای مختلف در یک سازمان است.
اجزای اصلی BPMS :
تجزیه و تحلیل: در این مرحله، هدف شناسایی و درک دقیق فرایندهای موجود در سازمان است. نیازهای کسبوکار، مشکلات موجود و اهداف تعریف میشوند. این تجزیه و تحلیل شامل جمعآوری دادهها و مصاحبه با ذینفعان مختلف سازمان است تا نقاط ضعف و فرصتهای بهبود شناسایی شود.
طراحی: در این مرحله، فرایندهای کسبوکار بهطور دقیق طراحی میشوند. بر اساس تجزیه و تحلیلهای انجامشده، نقشههای اجرایی و مدلهای اولیه فرایندها ایجاد میشود. این مدلها باید بهگونهای طراحی شوند که با اهداف کسبوکار هماهنگ باشند و همچنین فرآیندهای جدیدی که نیاز به پیادهسازی دارند، مشخص شوند.
مدلسازی: در این مرحله، فرایندهای طراحیشده بهصورت گرافیکی و دقیقتر مدلسازی میشوند. معمولاً از ابزارهای BPMS برای ایجاد مدل استفاده میشود. مدلسازی باید منعطف باشد تا تغییرات و بهبودهای آینده را بهراحتی بتوان اعمال کرد.
توسعه: پس از مدلسازی، مرحله توسعه آغاز میشود. در این مرحله، کدهای نرمافزاری و ابزارهای لازم برای اجرای فرایندهای طراحیشده آماده میشوند. این مرحله شامل ایجاد و پیادهسازی رابطهای کاربری، اتصال به سیستمهای دیگر مثل پایگاهدادهها، ERPها و سیستمهای خارجی است.
بهینهسازی: پس از اجرای سیستم BPMS ، مرحله بهینهسازی شروع میشود. در این مرحله، سیستم بررسی میشود و بهطور مداوم فرایندها، کارایی و اثر بخشی آنها ارزیابی میشود. اطلاعات و دادههای جمعآوریشده از طریق سیستمBPMS بهمنظور شناسایی نقاط ضعف و بهبودهای احتمالی تحلیل میشود. بهروزرسانیهای منظم و بهینهسازی فرایندها موجب افزایش بهرهوری و کارایی در سازمان خواهد شد.
این چرخه بهطور مداوم در سازمان تکرار میشود تا همیشه فرایندها به بهترین شکل ممکن اجرا شوند و نتایج بهبود یابند. با انجام این مراحل، سازمانها میتوانند به صورت مداوم و در مقیاس وسیعتری بهرهوری را افزایش دهند و منابع را بهتر مدیریت کنند.
کاهش خطاها و بهبود دقت، افزایش شفافیت و نظارت، افزایش کارایی، انعطافپذیری و سازگاری از مزایای استفاده از BPMS است.
12. Message Queue (such as Kafka and RabbitMQ)
صف پیام یا Message Queue یک ساختار نرمافزاری است که به سیستمها این امکان را میدهد تا پیامها یا دادهها را بهصورت آسان و ایمن از یک بخش به بخش دیگر منتقل کنند. این سیستمها معمولاً برای ارسال پیام بین اپلیکیشنها یا بخشهای مختلف یک سیستم استفاده میشوند و کمک میکنند تا ارتباطات غیرهمزمان و مقیاسپذیر بین سیستمها ایجاد شود.
در صف پیام، پیامها در یک صف ذخیره میشوند تا در زمانی مناسب توسط گیرنده، خوانده و پردازش شوند. به این ترتیب، گیرنده میتواند پیامها را بدون نیاز به برقراری ارتباط مستقیم و آنی با فرستنده دریافت کند. از این رو، صف پیام در معماریهایی که نیاز به مقیاسپذیری بالا یا پردازشهای غیرهمزمان دارند، بسیار کاربردی است.
غیرهمزمان بودن، مقیاسپذیری و انعطافپذیری از ویژگیهای صف پیام هستند.
؛Apache Kafka یک سیستم توزیعشده و مقیاسپذیر برای مدیریت صف پیام است. این ابزار معمولاً برای پردازش و ذخیرهسازی دادههای جریان بالا استفاده میشوند. Kafka بهویژه در سیستمهایی که نیاز به پردازش مقادیر زیادی داده بهصورتreal-time دارند، مفید است. Kafka میتواند پیامها را برای مدت زمان طولانی ذخیره کند و از آنها در پردازشهای بعدی استفاده کند.
؛RabbitMQ یک صف پیام قابل اعتماد است که از پروتکلAMQP (Advanced Message Queuing Protocol) برای ارسال پیامها بین سرویسها استفاده میکند. RabbitMQ بیشتر برای انتقال پیامها بین بخشهای مختلف یک برنامه و مدیریت صفهای پیچیده استفاده میشود. این ابزار معمولاً در سیستمهایی با حجم پایین تا متوسط داده، مانند وبسایتها و اپلیکیشنهای تجاری، به کار میرود.
از مزایای استفاده از صف پیام میتوان به کاهش وابستگیها، افزایش قابلیت اطمینان، مقیاسپذیری و کارایی بهتر اشاره کرد.
13. Container orchestration (such as Kubernetes)
؛Container Orchestration به مجموعهای از ابزارها و فرآیندها گفته میشود که بهطور خودکار مدیریت، استقرار، مقیاسپذیری و هماهنگی کانتینرها را در محیطهای پیچیده و توزیعشده انجام میدهند. هدف اصلی این است که بتوان کانتینرهای نرمافزاری را بهصورت کارآمد و بدون دخالت دستی مدیریت کرد. این فرآیند برای سیستمهایی که از کانتینرهای متعدد استفاده میکنند، ضروری است.
در معماریهای مدرن نرمافزاری که از میکروسرویسها استفاده میکنند، سیستم به تعداد زیادی کانتینر نیاز دارد که هر کدام وظیفه خاصی را انجام میدهند. اگر این کانتینرها بهطور دستی و بدون ابزار Orchestration مدیریت شوند، مشکلاتی مانند ترافیک زیاد، خرابیهای سیستم و پیچیدگیهایی در هماهنگی به وجود میآید. ابزارهای Orchestration بهطور خودکار این مسائل را حل میکنند.
؛Kubernetes یکی از قدرتمندترین ابزارهای Container Orchestration است که توسط Google توسعه داده شد. این ابزار بهطور خودکار کانتینرها را مستقر کرده، مدیریت میکند و در صورت لزوم مقیاسپذیری را بهبود میبخشد. ویژگیهای مهم Kubernetes شامل مدیریت بار ترافیکی، خودکارسازی توزیع کانتینرها، تنظیم خودکار منابع و نظارت و بررسی سلامت کانتینرها است. همچنین Kubernetes بهطور کامل قابل تنظیم است و میتوان آن را در هر محیطی مثل خدمات ابری استفاده کرد.
مقیاسپذیری خودکار، مدیریت آسان، پایداری بیشتر، ایزولهسازی منابع از مزایای استفاده از این ابزارها هستند.
14. Multi-Tenancy Architecture
معماری چندمستأجره یک الگوی طراحی در توسعه نرمافزار است که به یک برنامه واحد یا سیستم واحد اجازه میدهد تا به طور همزمان از تعداد زیادی مستأجر (tenant) پشتیبانی کند. هر مستأجر میتواند یک مشتری یا سازمان باشد که دادهها و تنظیمات خاص خود را در سیستم نگهداری میکند. به عبارت دیگر، یک سیستم چندمستأجره به گونهای طراحی میشود که منابع و دادهها را بهطور مؤثر بین مستأجرهای مختلف به اشتراک بگذارد، در حالی که هر یک از آنها بهطور جداگانه مدیریت و ایزوله میشوند.
معماری چندمستأجره بهویژه در SaaS (نرمافزار به عنوان سرویس) رایج است. این نوع معماری به ارائهدهندگان خدمات این امکان را میدهد که بدون نیاز به تخصیص منابع جداگانه به هر مشتری، به تعداد زیادی از کاربران سرویس دهند. به عنوان مثال، پلتفرمهای ابری مانند Salesforce، Google Cloud و Microsoft Azure از معماری چندمستأجره برای مدیریت و ارائه خدمات به کاربران مختلف استفاده میکنند.
15. Enterprise Integration Patterns
الگوهای یکپارچهسازی سازمانی (EIP) مجموعهای از بهترین شیوهها و الگوها برای طراحی و پیادهسازی یکپارچهسازی سیستمهای مختلف در یک سازمان است. هدف از این الگوها، ارتباط و تبادل دادهها بین سیستمها و سرویسهای مختلف بهصورت کارآمد، مقیاسپذیر و قابل نگهداری است. این الگوها در دنیای توسعه نرمافزار و معماری سازمانی برای حل مشکلات رایج در ارتباطات بین سیستمها، مانند پیچیدگیها، ناسازگاریها و عدم هماهنگی در دادهها استفاده میشوند.
انواع الگوهای یکپارچهسازی سازمانی:
پیامرسانی، تبدیل دادهها، مدیریت خطا، یکپارچهسازی مبتنی بر رویداد
کاربردها:
الگوهای یکپارچهسازی سازمانی بهویژه در سازمانهایی که چندین سیستم مختلف دارند مثل سیستمهای ERP، CRM، پایگاهدادهها و خدمات ابری استفاده میشود. این الگوها در شرکتهای بزرگ و سرویسدهندگان ابری بهطور گستردهای به کار میروند تا سیستمها و سرویسهای مختلف با هم تعامل داشته باشند.
استفاده از الگوهای EIP به سازمانها کمک میکند تا ارتباطات میان سیستمها را سادهتر و سریعتر انجام دهند و باعث میشود که فرآیندهای پیچیده تجاری بهطور مؤثری مدیریت شوند.
این مطلب بخشی از تمرین درس معماری نرم افزار دانشگاه شهید بهشتی است.