Software Architecture Patterns

1. معماری لایه‌ای: بنیاد

الگوی معماری لایه‌ای به‌طور نزدیک با ساختارهای ارتباطی و سازمانی سنتی در اکثر شرکت‌ها مطابقت دارد و به همین دلیل انتخابی طبیعی برای اکثر تلاش‌های توسعه برنامه‌های تجاری است.

معمول و آشنا. معماری لایه‌ای، که به‌عنوان معماری n-tier نیز شناخته می‌شود، رایج‌ترین الگو است که به‌طور گسترده‌ای در برنامه‌های Java EE استفاده می‌شود. این الگو اجزا را به لایه‌های افقی تقسیم می‌کند که هر کدام نقش خاصی دارند، مانند ارائه، کسب‌وکار، پایداری و پایگاه داده. این ساختار منعکس‌کننده ساختارهای سازمانی سنتی IT است و به همین دلیل برای بسیاری از برنامه‌های تجاری مناسب است.

تفکیک نگرانی‌ها. هر لایه منطق خاصی را مدیریت می‌کند و این امر به ماژولار بودن کمک می‌کند و توسعه، آزمایش و نگهداری برنامه‌ها را آسان‌تر می‌سازد. به‌عنوان مثال، لایه ارائه با منطق رابط کاربری سر و کار دارد، در حالی که لایه کسب‌وکار قوانین تجاری را مدیریت می‌کند. این تفکیک به وضوح نقش‌ها و مسئولیت‌ها را مشخص می‌کند و توسعه و نگهداری را ساده‌تر می‌سازد.

• لایه‌های ایزوله: تغییرات در یک لایه معمولاً بر سایر لایه‌ها تأثیر نمی‌گذارد.
• لایه‌های بسته: درخواست‌ها باید به‌صورت ترتیبی از هر لایه عبور کنند.
• لایه‌های باز: اجازه می‌دهند برخی لایه‌ها برای کارایی بیشتر دور زده شوند.

تمایلات مونو لیتیک. در حالی که پیاده‌سازی آن ساده است، معماری لایه‌ای اغلب منجر به برنامه‌های مونو لیتیک می‌شود که مقیاس‌پذیری و استقرار آن‌ها دشوار است. این می‌تواند منجر به اجزای به‌هم‌پیوسته شود که تغییرات را دشوار کرده و نیاز به استقرار مجدد بخش‌های بزرگی از برنامه را ایجاد می‌کند. این الگو نقطه شروع خوبی است اما ممکن است برای نیازهای پیچیده و مقیاس‌پذیری بالا مناسب نباشد.

2. معماری مبتنی بر رویداد: چابکی ناهمزمان

الگوی معماری مبتنی بر رویداد یک الگوی توزیع‌شده و ناهمزمان است که برای تولید برنامه‌های بسیار مقیاس‌پذیر استفاده می‌شود.

غیرمتمرکز و مقیاس‌پذیر. معماری مبتنی بر رویداد یک الگوی توزیع‌شده و ناهمزمان است که برای برنامه‌های بسیار مقیاس‌پذیر ایده‌آل است. این الگو از اجزای پردازش رویداد با هدف واحد و غیرمتمرکز استفاده می‌کند که به رویدادها واکنش نشان می‌دهند. این الگو در دو توپولوژی اصلی وجود دارد: میانجی و کارگزار. توپولوژی میانجی از یک میانجی مرکزی برای هماهنگی رویدادها استفاده می‌کند، در حالی که توپولوژی کارگزار رویدادها را بدون میانجی مرکزی زنجیره‌ای می‌کند.

میانجی در مقابل کارگزار. توپولوژی میانجی برای رویدادهای پیچیده که نیاز به هماهنگی دارند مناسب است و از صف‌های رویداد، یک میانجی، کانال‌های رویداد و پردازش‌گرهای رویداد استفاده می‌کند. توپولوژی کارگزار برای جریان‌های رویداد ساده‌تر بهتر است و جریان پیام را از طریق یک کارگزار پیام بین پردازش‌گرهای رویداد توزیع می‌کند.

• میانجی: هماهنگی متمرکز، مناسب برای جریان‌های کاری پیچیده.
• کارگزار: غیرمتمرکز، مناسب برای زنجیره‌های رویداد ساده.
• ناهمزمان: عملکرد بالا را از طریق عملیات موازی امکان‌پذیر می‌سازد.

پیاده‌سازی پیچیده. پیاده‌سازی معماری مبتنی بر رویداد می‌تواند به دلیل ماهیت توزیع‌شده‌اش پیچیده باشد و نیاز به توجه دقیق به مسائلی مانند در دسترس بودن فرآیندهای از راه دور و مدیریت خطا دارد. همچنین، این الگو فاقد تراکنش‌های اتمی در بین پردازش‌گرهای رویداد است و نیاز به طراحی دقیق گرانولاریتۀ رویداد دارد. با وجود پیچیدگی، این الگو چابکی و مقیاس‌پذیری بالایی را ارائه می‌دهد.

3. معماری میکروکرنل: قابلیت گسترش محصول

الگوی معماری میکروکرنل (که گاهی به‌عنوان الگوی معماری افزونه‌ای نیز شناخته می‌شود) الگوی طبیعی برای پیاده‌سازی برنامه‌های مبتنی بر محصول است.

هسته و افزونه‌ها. معماری میکروکرنل، که به‌عنوان معماری افزونه‌ای نیز شناخته می‌شود، برای برنامه‌های مبتنی بر محصول ایده‌آل است. این الگو شامل یک سیستم هسته با عملکرد حداقلی و ماژول‌های افزونه‌ای است که ویژگی‌های تخصصی را اضافه می‌کنند. این الگو امکان گسترش، انعطاف‌پذیری و ایزوله‌سازی ویژگی‌های برنامه را فراهم می‌کند.

قابلیت گسترش و ایزوله‌سازی. سیستم هسته شامل منطق کسب‌وکار پایه است، در حالی که ماژول‌های افزونه‌ای کد سفارشی و ویژگی‌های اضافی را فراهم می‌کنند. افزونه‌ها مستقل هستند و امکان افزودن، حذف و تغییر آسان آن‌ها بدون تأثیر بر سیستم هسته را فراهم می‌کنند.

• سیستم هسته: عملکرد حداقلی، منطق کسب‌وکار عمومی.
• ماژول‌های افزونه: پردازش تخصصی، کد سفارشی.
• ثبت‌نام افزونه: مدیریت افزونه‌های موجود.

طراحی تکاملی. این الگو از طراحی تکاملی و توسعه تدریجی پشتیبانی می‌کند و امکان افزودن ویژگی‌ها را در طول زمان بدون تغییرات قابل توجه در سیستم هسته فراهم می‌آورد. این الگو نقطه شروع خوبی برای برنامه‌های مبتنی بر محصول است و کنترل بر روی اینکه کدام کاربران کدام ویژگی‌ها را دریافت می‌کنند، ارائه می‌دهد. با این حال، به دلیل حاکمیت قرارداد و انتخاب‌های اتصال افزونه، پیاده‌سازی آن می‌تواند پیچیده باشد.

4. معماری میکروسرویس‌ها: مقیاس‌پذیری مستقل

الگوی معماری میکروسرویس‌ها به سرعت در صنعت به‌عنوان یک جایگزین قابل قبول برای برنامه‌های مونو لیتیک و معماری‌های مبتنی بر خدمات در حال گسترش است.

واحدهای جداگانه مستقر. معماری میکروسرویس‌ها با اجزای خدماتی که به‌طور جداگانه مستقر می‌شوند، مشخص می‌شود و این امر استقرار آسان‌تر، مقیاس‌پذیری بیشتر و جداسازی بالایی را امکان‌پذیر می‌سازد. اجزای خدمات می‌توانند در گرانولاریتی متفاوت باشند، از توابع با هدف واحد تا بخش‌های مستقل از یک برنامه بزرگ. این الگو از مشکلات برنامه‌های مونو لیتیک و SOA ناشی شده است.

API، برنامه و پیام‌رسانی. سه توپولوژی اصلی وجود دارد: مبتنی بر API REST، مبتنی بر برنامه REST و پیام‌رسانی متمرکز. توپولوژی API از خدمات با گرانولاریتی بالا که از طریق یک API وب دسترسی دارند، استفاده می‌کند، در حالی که توپولوژی برنامه از خدمات بزرگ‌تر که از طریق یک برنامه وب دسترسی دارند، استفاده می‌کند. توپولوژی پیام‌رسانی از یک کارگزار پیام برای دسترسی از راه دور استفاده می‌کند.

• API REST: خدمات با گرانولاریتی بالا، دسترسی از طریق API وب.
• برنامه REST: خدمات با گرانولاریتی پایین‌تر، دسترسی از طریق برنامه وب.
• پیام‌رسانی متمرکز: کارگزار پیام برای دسترسی از راه دور.

اجتناب از هماهنگی. یک چالش کلیدی تعیین گرانولاریتی صحیح اجزای خدمات برای اجتناب از هماهنگی است. ارتباط بین خدمات باید به حداقل برسد و عملکرد مشترک می‌تواند در بین خدمات تکرار شود. این الگو چابکی، مقیاس‌پذیری و قابلیت آزمایش بالایی را ارائه می‌دهد، اما به دلیل ماهیت توزیع‌شده‌اش می‌تواند پیچیده باشد.

5. معماری مبتنی بر فضا: مقیاس‌پذیری فوق‌العاده

الگوی معماری مبتنی بر فضا به‌طور خاص برای حل مسائل مقیاس‌پذیری و همزمانی طراحی شده است.

شبکه‌های داده در حافظه. معماری مبتنی بر فضا، که به‌عنوان معماری ابری نیز شناخته می‌شود، برای مقیاس‌پذیری و همزمانی فوق‌العاده طراحی شده است. این الگو با استفاده از شبکه‌های داده در حافظه که به‌طور تکراری ایجاد می‌شوند، گلوگاه پایگاه داده مرکزی را حذف می‌کند. واحدهای پردازش می‌توانند بر اساس بار کاربر به‌طور دینامیک شروع و متوقف شوند و مقیاس‌پذیری متغیری را فراهم می‌آورند.

واحدهای پردازش و میانه‌افزار. این معماری شامل واحدهای پردازش است که شامل اجزای برنامه، شبکه‌های داده در حافظه و یک موتور تکرار است. میانه‌افزار مجازی مدیریت کارهای روزمره و ارتباطات، از جمله پیام‌رسانی، داده و شبکه‌های پردازش و یک مدیر استقرار را بر عهده دارد.

• واحد پردازش: اجزای برنامه، شبکه داده در حافظه.
• میانه‌افزار مجازی: مدیریت درخواست‌ها، تکرار داده و استقرار.
• شبکه پیام‌رسانی: مدیریت درخواست‌های ورودی و اطلاعات جلسه.

مقیاس‌پذیری و همزمانی. شبکه داده، داده‌ها را بین واحدهای پردازش تکرار می‌کند و اطمینان حاصل می‌کند که هر واحد داده‌های یکسانی دارد. شبکه پیام‌رسانی درخواست‌ها را به واحدهای پردازش در دسترس ارسال می‌کند. این الگو برای برنامه‌های با حجم بالا و بارهای کاربری متغیر ایده‌آل است و با حذف گلوگاه پایگاه داده، مقیاس‌پذیری نزدیک به بی‌نهایت را فراهم می‌آورد.

6. انتخاب الگوی مناسب: زمینه کلید است

شناخت ویژگی‌ها، نقاط قوت و ضعف هر الگوی معماری برای انتخاب الگوی مناسب که نیازها و اهداف خاص کسب‌وکار شما را برآورده کند، ضروری است.

هیچ الگوی یکسانی وجود ندارد. هیچ الگوی معماری بهتری وجود ندارد؛ انتخاب صحیح بستگی به نیازها و اهداف خاص برنامه دارد. هر الگو نقاط قوت و ضعف خود را دارد و درک این موارد برای اتخاذ تصمیمات آگاهانه ضروری است. عواملی مانند مقیاس‌پذیری، چابکی، عملکرد و سهولت توسعه را در نظر بگیرید.

عوامل زمینه‌ای. معماری لایه‌ای نقطه شروع خوبی است اما ممکن است برای نیازهای مقیاس‌پذیری بالا مناسب نباشد. معماری مبتنی بر رویداد برای برنامه‌های ناهمزمان و مقیاس‌پذیر ایده‌آل است. معماری میکروکرنل برای برنامه‌های مبتنی بر محصول بهترین است. معماری میکروسرویس‌ها برای مقیاس‌پذیری مستقل مناسب است و معماری مبتنی بر فضا برای مقیاس‌پذیری فوق‌العاده طراحی شده است.

• لایه‌ای: نقطه شروع خوب، اما ممکن است مونو لیتیک باشد.
• مبتنی بر رویداد: ناهمزمان، مقیاس‌پذیر، پیچیده.
• میکروکرنل: مبتنی بر محصول، قابل گسترش، پیچیده.
• میکروسرویس‌ها: مقیاس‌پذیری مستقل، توزیع‌شده.
• مبتنی بر فضا: مقیاس‌پذیری فوق‌العاده، داده در حافظه.

توجیه تصمیمات. به‌عنوان یک معمار، باید تصمیمات معماری خود را توجیه کنید، به‌ویژه هنگام انتخاب یک الگوی خاص. هدف انتخاب الگوی است که بهترین تطابق را با نیازها و اهداف کسب‌وکار شما داشته باشد و با در نظر گرفتن مزایا و معایب هر گزینه، تصمیم‌گیری کنید. درک ویژگی‌های هر الگو برای انتخاب صحیح ضروری است.

7. ضد الگوهای معماری: دام‌هایی که باید از آن‌ها اجتناب کرد

برنامه‌هایی که فاقد معماری رسمی هستند، معمولاً به‌هم‌پیوسته، شکننده، دشوار برای تغییر و بدون دیدگاه یا جهت‌گیری واضح هستند.

توده بزرگ گل و لای. ضد الگوی "توده بزرگ گل و لای" زمانی رخ می‌دهد که برنامه‌ها فاقد معماری رسمی باشند و منجر به کد منبع نامنظم با نقش‌ها و مسئولیت‌های نامشخص شود. این امر منجر به برنامه‌های به‌هم‌پیوسته و شکننده می‌شود که تغییر و نگهداری آن‌ها دشوار است.

چاه معماری. ضد الگوی "چاه معماری" زمانی رخ می‌دهد که درخواست‌ها از طریق چندین لایه با منطق کم یا بدون منطق عبور کنند. این امر منجر به پردازش ناکارآمد می‌شود و می‌تواند نشان‌دهنده این باشد که معماری لایه‌ای به‌طور مؤثر استفاده نمی‌شود.

• توده بزرگ گل و لای: عدم وجود معماری رسمی، کد نامنظم.
• چاه معماری: پردازش عبوری، لایه‌های ناکارآمد.
• به‌هم‌پیوسته: وابستگی‌های بین اجزا، دشوار برای تغییر.

عواقب معماری ضعیف. انتخاب‌های ضعیف معماری منجر به برنامه‌هایی می‌شود که مقیاس‌پذیری، آزمایش و استقرار آن‌ها دشوار است. درک مزایا و معایب هر الگوی معماری و انتخاب الگوی مناسب برای نیازهای خاص برنامه بسیار مهم است. اجتناب از این ضد الگوها برای ساخت سیستم‌های مقاوم و قابل نگهداری ضروری است.

آخرین به‌روزرسانی:: January 27, 2025