Фото від tonodiaz на Freepik
Вступ 2
Минулого разу ми обговорювали всі переваги та причини, чому шаблони проектування важливі. Сьогодні ми зануримося в різні типи та принципи шаблонів проектування та їх використання у ваших проєктах.
Аспекти програмної архітектури
1. Модульність
Модульність — це практика розподілу системи на менші, незалежні модулі, кожен з яких відповідає за певну функціональність. Ці модулі можуть бути розроблені, протестовані та підтримувані незалежно.
- Підвищує підтримуваність, оскільки легше знаходити та виправляти помилки.
- Збільшує повторне використання, дозволяючи модулям використовуватися в різних застосунках.
- Спрощує паралельну розробку, дозволяючи різним командам працювати над окремими модулями.
Архітектура мікросервісів є прикладом модульності, де кожен мікросервіс є незалежним модулем, який обробляє конкретну бізнес-функцію, таку як аутентифікація, обробка платежів або управління інвентарем.
2. Розділення обов'язків (SoC)
Розділення обов'язків (Separation of Concerns, SoC) — це принцип проєктування, який забезпечує, щоб різні частини системи обробляли окремі функціональності без зайвих залежностей.
- Спрощує розробку та відлагодження, ізолюючи функціональність.
- Зменшує складність коду та покращує масштабованість.
- Дозволяє командам працювати над різними аспектами системи незалежно.
Шаблон Model-View-Controller (MVC) демонструє SoC, розділяючи програмне забезпечення на:
- Model: Обробляє дані та бізнес-логіку.
- View: Керує користувацьким інтерфейсом та відображенням.
- Controller: Обробляє введення користувача та відповідно оновлює модель або подання.
3. Принцип єдиної відповідальності (SRP)
SRP стверджує, що кожен клас, модуль чи функція повинні мати лише одну причину для зміни, відповідаючи за одну задачу чи функціональність.
- Зменшує складність системи.
- Покращує підтримуваність та гнучкість коду.
- Запобігає непередбачуваним побічним ефектам під час модифікації коду.
Клас UserAuthenticationService повинен відповідати лише за аутентифікацію користувачів, тоді як DatabaseService має керувати операціями з базою даних. Це забезпечує, що кожен сервіс має одну відповідальність.
4. Масштабованість
Масштабованість — це здатність системи ефективно обробляти зростаючі навантаження, додаючи більше ресурсів (горизонтальне масштабування) або оновлюючи наявні ресурси (вертикальне масштабування).
- Забезпечує стабільність продуктивності системи в умовах зростання попиту.
- Знижує час простоїв і покращує користувацький досвід.
- Підтримує зростання бізнесу без значних змін в архітектурі.
Балансувальник навантаження розподіляє запити між кількома серверами для досягнення горизонтального масштабування, запобігаючи перевантаженню одного сервера.
5. Оптимізація продуктивності
Оптимізація продуктивності передбачає проєктування системи для максимізації ефективності при мінімізації споживання ресурсів.
- Покращує користувацький досвід шляхом зменшення затримок.
- Підвищує ефективність системи та знижує операційні витрати.
- Забезпечує безперервну обробку високих навантажень.
- Впровадження механізмів кешування (наприклад, Redis, Memcached).
- Використання ефективних алгоритмів і структур даних.
- Оптимізація запитів до бази даних за допомогою індексації та правильного проєктування схеми.
Використання мережі доставки контенту (CDN) для кешування та надання статичних ресурсів ближче до користувачів значно покращує час завантаження сторінок.
6. Висока доступність та відмовостійкість
Висока доступність забезпечує, щоб система залишалась працездатною, незважаючи на збої, в той час як відмовостійкість дозволяє системі продовжувати функціонувати з мінімальними перервами.
- Запобігає втраті доходів і зберігає довіру клієнтів.
- Забезпечує безперервність бізнесу.
- Зменшує час простоїв і операційні ризики.
- Надмірність серверів та реплікація баз даних.
- Автоматичні механізми перемикання.
- Розподілені системи з балансуванням навантаження.
Хмарні архітектури з автоматичним відновленням компонентів виявляють збої та автоматично замінюють несправні елементи.
7.
Безпека
Безпека в програмній архітектурі захищає від несанкціонованого доступу, витоків даних та вразливостей.
- Забезпечує цілісність і конфіденційність даних.
- Будує довіру користувачів і відповідає вимогам регулюючих органів (наприклад, GDPR, HIPAA).
- Запобігає фінансовим і репутаційним збиткам.
- Впроваджуйте механізми аутентифікації та авторизації (OAuth, JWT).
- Використовуйте шифрування (TLS для комунікацій, AES для зберігання даних).
- Дотримуйтесь принципів безпечного програмування (наприклад, валідація введених даних, уникання SQL-ін'єкцій).
Контроль доступу на основі ролей (RBAC) забезпечує, щоб лише авторизовані користувачі могли отримувати доступ до певних ресурсів.
8. Слабка зв'язаність і висока когезія
Слабка зв'язаність мінімізує залежності між компонентами, тоді як висока когезія забезпечує, щоб кожен модуль зосереджувався на чітко визначеній меті.
- Підвищує гнучкість і підтримуваність.
- Спрощує відлагодження та тестування.
- Заохочує до модульних і багаторазових компонентів.
Через черги повідомлень (наприклад, RabbitMQ, Kafka) здійснюється асинхронна комунікація між мікросервісами, що зменшує прямі залежності.
9. Підтримуваність та розширюваність
Підтримуваність гарантує легкість модифікації та відлагодження, а розширюваність дозволяє додавати нові функції без порушення існуючої функціональності.
- Зменшує технічний борг та довгострокові витрати.
- Дозволяє безперервну еволюцію системи.
- Покращує продуктивність розробників.
- Написання модульного та добре задокументованого коду.
- Використання шаблонів проектування, таких як Factory, Singleton, і Dependency Injection.
Архітектура плагінів дозволяє розробникам розширювати функціональність системи без змін основної кодової бази.
10. Узгодженість і цілісність даних
Забезпечення точності та узгодженості даних в різних частинах системи.
- Запобігає пошкодженню даних та аномаліям.
- Підтримує надійність та довіру до системи.
- Сильна узгодженість: негайна синхронізація даних (ACID транзакції в SQL базах даних).
- Затримана узгодженість: незначне затримка в поширенні даних (NoSQL бази даних, такі як DynamoDB).
Використання транзакцій бази даних гарантує, що замовлення не буде оброблене, поки не буде успішно отримано платіж.
11. Спостережуваність і моніторинг
Спостережуваність дозволяє відстежувати продуктивність системи та виявляти проблеми.
- Допомагає в проактивному усуненні неполадок.
- Покращує надійність системи та час безперервної роботи.
- Логування (ELK Stack, Grafana).
- Моніторинг (Prometheus, Datadog).
Структуроване логування дозволяє швидко усунути неполадки, надаючи змістовні повідомлення про помилки.
12. Проєктування API на першому місці
Проєктування API до розробки компонентів системи для забезпечення безперешкодних інтеграцій.
- Спрощує інтеграцію з третіми сторонами.
- Забезпечує узгодженість між мікросервісами.
- Використання RESTful або GraphQL API.
- Впровадження версіонування API.
Проєктування контракту API за допомогою OpenAPI до впровадження логіки на сервері.
13. Архітектура, орієнтована на події
Створення систем, які реагують на події в реальному часі замість синхронних викликів.
- Покращує відгук.
- Підтримує масштабовані, слабко зв'язані компоненти.
Apache Kafka забезпечує обробку користувацьких взаємодій в реальному часі в застосунках.
14. Управління залежностями
Ефективне керування бібліотеками та зовнішніми залежностями.
- Запобігає блоату програмного забезпечення та вразливостям.
- Забезпечує сумісність і безпеку.
- Використання впровадження залежностей.
- Оновлення бібліотек.
Використання Maven або npm для управління залежностями.
15. Ефективність витрат
Оптимізація ресурсів для збалансування продуктивності та витрат.
- Зменшує операційні витрати.
- Забезпечує стійкість.
AWS Lambda дозволяє безсерверні обчислення, знижуючи витрати на інфраструктуру.
Висновок
Програмна архітектура охоплює різні аспекти, від модульності та масштабованості до безпеки та оптимізації продуктивності.
Дотримуючись архітектурних принципів та шаблонів проектування, розробники можуть створювати надійні, підтримувані та масштабовані системи, які відповідають вимогам бізнесу та очікуванням користувачів.
У наступній частині ми розглянемо різні типи шаблонів проектування та те, як їх можна застосовувати для вирішення типових проблем програмного проектування.
Читати цю статтю та інше на fzeba.com.
Перекладено з: Part 2/3 Basics of Software Architecture and Design Patterns