Архитектура программного обеспечения: все, что нужно знать

В ходе разработки приложений важно учитывать, как оно будет обслуживаться в дальнейшем. Следует продумать особенности добавления изменений и редактирования функциональности. Кроме того, важно понимать, как внешние элементы интерфейса взаимодействуют с внутренними процессами, и по каким принципам пользователи будут взаимодействовать с программой. В этом помогает архитектура программного обеспечения. Давайте разберем, что это такое, как работает и зачем она нужна.

Что такое архитектура ПО

Архитектура разработки программного обеспечения – это разработанная структура программы, которая включает в себя определение взаимодействия компонентов интерфейса с внутренними процессами программы. Проще говоря, это своеобразный подход, который определяет, какие функции за что отвечают и как они взаимодействуют между собой.

Точного понимания и четкой формулировки данного процесса нет. Основной задачей является создание логической структуры программы и упрощение взаимодействия между разработчиками. Это дает возможность в дальнейшем вносить изменения в программу, прорабатывая конкретные аспекты, а не переделывая все ПО. Архитектура и проектирование ПО обеспечивают гарантию того, что приложение будет выполнять задачи и следовать своему предназначению, определенному в ходе начальных этапов разработки.

Главная идея архитектуры заключается в том, чтобы снизить сложность восприятия системы за счет разграничения полномочий и создания четкой структуры. Архитектура и дизайн программного обеспечения позволяют создать четкую структуру, по которой удобно работать программистам. От ее качества зависит, насколько просто будет проходить обслуживание ПО, его изменения, дополнения и поддержка. 

Зачем нужна архитектура ПО

Архитектура программного решения выполняет ряд важных задач:

• определяет структуру программы и позволяет понять, как она устроена, на каких уровнях выполняются те или иные задачи и функции;

• определяет поведение и взаимодействие элементов, благодаря чему становится понятно, что происходит, если выполняется определенное действие;

• определяет значимые и второстепенные элементы, что позволяет оценить стоимость разработки, понять, какие элементы обязательно внедрять, а от каких можно отказаться в пользу экономического соображения;

• помогает понять, насколько программа масштабируемая, как сложно будет внедрять новые функции и какой стек технологий использовать;

• позволяет удовлетворить потребности клиента и адаптировать программу под взаимоисключающие требования, например, высокий уровень функциональности и определение границ времени, в таком случае становится понятно, как это реализовать;

• позволяет понять логические взаимосвязи в программе;

• дает возможность корректно вести документацию и четко расписывать функционал, что существенно упрощает дальнейшее обслуживание программы, внесение изменений и работу с существующим функционалом.

Это основные задачи, которые выполняет архитектура программного обеспечения. Ее внедрение позволяет существенно упростить разработку, четко понимать, что получится в итоге, и как будут работать все функции. Архитектура программного проекта позволяет делать качественное ПО и в дальнейшем уменьшает расходы на его содержание и обслуживание.

Архитектурные шаблоны

Для множества задач при разработке архитектуры применяются паттерны или, как их еще называют, шаблоны. Они позволяют решать однотипные задачи более быстрым способом, что положительно влияет на время разработки и упрощает многие процессы. Паттерн описывает определенную задачу, и когда она вновь возникает в определенном контексте, его применение позволяет «не изобретать велосипед», а воспользоваться готовым решением.

Шаблон – это определенное описание взаимодействия различных элементов и классов, из которых состоит архитектура программного решения, адаптированный под контекст конкретной задачи и требования проектирования. За счет того, что паттерн позволяет идентифицировать ключевые объекты структуры и использовать их повторно, упрощается процесс построения архитектуры.

Каждый шаблон имеет ряд преимуществ и недостатков. Вот несколько примеров готовых архитектурных шаблонов и краткое описание принципов их работы.

Многоуровневый шаблон

Принцип его работы заключается в том, что вся система программы разбивается на уровни, которые отображаются на диаграмме. При этом каждый уровень может вызывать только один другой уровень, находящийся ниже него. Это дает возможность вносить изменения в определенные компоненты программы, не затрагивая другие области. Но это усложняет структуру архитектуры и делает ее довольно нагруженной, что влияет на производительность.

Шаблон посредника

Если программа состоит из большого количества модулей, прямое взаимодействие выглядит довольно сложным и запутанным. Чтобы облегчить его, внедряется посредник, который позволяет модулям наладить простое взаимодействие. Функциональная совместимость компонентов сразу возрастает, но посредник – слабое звено системы. В случае выхода его из строя, может перестать работать вся система.

Модель – Представление – Контроллер (MVC)

Суть шаблона в том, что интерфейс отделяется от данных. Это позволяет менять его, не нарушая принципов работы системы программы. Используется в программах, где необходимо регулярно менять интерфейс.

Клиент-серверный паттерн

Архитектура программного обеспечения с использованием клиент-серверного шаблона является довольно востребованной в тех приложениях, в которых необходимо ограничить права доступа потребителей к определенному числу ресурсов. Подобный подход позволяет масштабировать программу и делает систему доступной и понятной.

Паттерн «Фабричный метод»

 Позволяет добавлять новые объекты разных типов. Если использовать стандартные методы добавления, код будет расти, что снизит скорость работы приложения, кроме того, компоненты будут разбросаны по всему коду. Данный шаблон позволяет облегчить процессы добавления новых объектов и сохраняет систему независимой.

Существует довольно большое количество шаблонов, которые используются в архитектуре разработки программного обеспечения. Это не значит, что все они работают по единой структуре и дублируются. За основу берется концепция, а сама архитектура выстраивается индивидуально, в зависимости от контекста.

Стили и модели архитектуры ПО

Архитектура и проектирование ПО может иметь атрибут, именуемый стилем. Он позволяет придать определенное единообразие. Он определяется как раз с помощью вышеописанных шаблонов, а также конкретных соединителей и компонентов. Ключевая роль стиля – создать понятную и целостную архитектуру.

Стиль – это определенный набор принципов, который позволяет использовать шаблоны и сводить структуру к единому и простому для восприятия виду. Это путь к общему пониманию и языку. Так, если архитектуру разрабатывает одна команда разработчиков, а в дальнейшем изменения в функционал вводит другая команда специалистов, стиль – это связующее их звено, которое позволяет понять структуру. Вот несколько примеров стилей, которые используются при архитектуре программного проекта.

Клиент/сервер

Стиль, при котором вся система программы разделяется на два приложения, где клиент может выполнить запрос к серверу.

Компонентная архитектура

Весь дизайн полностью раскладывается на логические компоненты и функциональные. Их можно использовать повторно, а интерфейсы связи тщательно прорабатываются.

Проблемно-ориентированный дизайн

Это стиль, позволяющий проработать бизнес-процессы, и ориентирован на создание моделей деловой активности приложения.

Многослойная архитектура

Каждая функциональная область разделяется на слои, что позволяет в отдельности работать с каждым из них.

Шина сообщений

Стиль, позволяющий отправлять сообщения по нескольким каналам, что дает возможность взаимодействия модулей, при этом конкретные сведения модулям не предоставляются.

3-уровневая архитектура

Функциональность разделяется на определенные сегменты, стиль схож по своей структуре с многослойной архитектурой. Разница только в том, что сегменты физически находятся на разных компьютерах.

Объектно-ориентированный стиль

Каждый объект является самостоятельным и может многократно использоваться, он содержит набор данных и поведения, а ответственность системы распределяется между этими объектами.

Сервисно-ориентированный стиль

В нем используются отдельные сервисы, обеспечивающие функциональность программы. Они обмениваются между собой сообщениями и образуют единую среду, при этом являются независимыми друг от друга.

Архитектура и дизайн программного обеспечения редко ограничиваются одним стилем. Как правило, используется сочетание, создающее полноценную систему. Каждый стиль описывается в технической документации, чтобы команда разработчиков смогла передать данные. Кроме того, требования к системе безопасности обязывают использовать разные стили, в частности, с применением многоуровневой архитектуры.

На выбор архитектурного стиля влияет множество факторов, включая ограничения инфраструктуры среды разработки, стек технологий, опытность разработчиков. В компании Wezom подбирают оптимальное решение, опираясь на поставленные задачи в ходе разработки. В первую очередь, стиль определяется за счет проработки выполняемых процессов. Мы учитываем возможность дальнейшего масштабирования программы и особенности внедрения ее на предприятие клиента. Поэтому, если вам нужна архитектура программного обеспечения, позвоните нам или приходите в офис, чтобы обсудить детали.

Безопасность архитектуры ПО

Безопасность в архитектуре ПО оказывает непосредственное влияние на все аспекты разработки, использования и поддержки программного обеспечения. Современная архитектура программного обеспечения должна иметь защищенные данные, функции и ресурсы от несанкционированного доступа, изменения или уничтожения. В то же время программное обеспечение не должно создавать угрозы для других систем или пользователей.

Рассмотрим основные аспекты безопасности архитектуры ПО.

Конфиденциальность

Программное обеспечение обеспечивает доступ к своим данным и функциям только тем лицам или системам, которые имеют на это право. Конфиденциальность может быть обеспечена с помощью различных механизмов, таких как аутентификация, авторизация, шифрование, аудит и контроль.

Цельность

ПО сохраняет и обрабатывает данные и функции без ошибок, сбоев или вмешательства внешних или внутренних агентов. Обеспечивается целостность благодаря следующим механизмам: валидация, проверка, резервное копирование, восстановление, хеширование, цифровая подпись и другие.

Доступность

Программное обеспечение способно предоставлять данные и функции своим пользователям или системам в нужное время и с необходимой производительностью. Доступность обеспечивается с помощью следующих инструментов: масштабирование, распределение нагрузки, кэширование, мониторинг, обнаружение и исправление ошибок, репликация и другие.

Незыблемость

Программное обеспечение способно выявлять, предотвращать и реагировать на любые попытки нарушить его безопасность или нарушить политику безопасности. Для обеспечения незыблемости используются брендволы, антивирусы, шлюзы, детекторы вторжений, анализаторы, журналы, оповещения и т. д.

Соответствие

ПО отвечает всем требованиям и стандартам регуляторов, законов и контрактов, касающихся его безопасности. Соответствие может быть обеспечено и зафиксировано соответствующей документацией, сертификацией, аудитом, проверками и регулярной отчетностью.

Это действительно важные принципы архитектуры ПО, но перечень на самом деле может быть гораздо больше. Все зависит от масштабов самой архитектуры, сложности программного обеспечения, особенностей его использования и других факторов. Поэтому к этому вопросу всегда следует подходить индивидуально.

Роль архитектуры программного обеспечения

Главная задача и роль архитектуры заключается в том, чтобы предотвратить негативные последствия после разработки приложения. Если необходимо вносить правки в функционал или интерфейс, сделать это без четкой и понятной архитектуры крайне тяжело. Вероятность затронуть связанные функции – очень высокая.

Несмотря на то, что архитектура и дизайн программного обеспечения обходятся компании недешево, гораздо дороже выйдет дальнейшее обслуживание программы и обеспечение работоспособности функций. Разработка архитектуры ПО дает следующие преимущества:

• полностью описывает организацию программного обеспечения и позволяет видеть структуру каждого процесса;

• является единым и общим базисом в случае разработки серии продуктов;

• снижает риски и вероятность ошибок в ходе разработки;

• является формой первостепенного вида готового рабочего программного обеспечения, которое можно испытывать, как единый целостный организм, то есть, еще на этапе разработки архитектуры становится понятно, будут ли работать те или иные функции;

• позволяет повторно использовать модули, что значительно ускоряет процесс разработки, снижает нагрузку на код и делает приложение более быстрым;

• является единой системой для работы в команде, ведение документации, включая терминологию, позволяет команде разработчиков понимать друг друга и гораздо быстрее и эффективнее разрабатывать программное обеспечение;

• позволяет видеть возможности приложения, оценивать уровень масштабируемости и методы дальнейшего развития системы.

Архитектура разработки программного обеспечения выполняет одну из ключевых ролей в ходе разработки. В компании Wezom вы можете заказать не только услугу разработки архитектуры, но и комплексное создание продукта для вашего бизнеса. Позвоните нам, и мы договоримся о встрече, обсудим ваши идеи и предложим инструменты, которые помогут улучшить бизнес. Давайте вместе создавать качественные бизнес-продукты.

Современные тенденции в архитектуре ПО

Сейчас существует множество тенденций в области архитектуры ПО и постоянно появляются новые, отвечающие современным вызовам и потребностям рынка. Мы рассмотрим те из них, которые считаем самыми главными.

Микросервисная архитектура

Это подход к разработке программного обеспечения, при котором приложение состоит из набора небольших, слабо связанных сервисов. Каждый такой сервис отвечает за отдельную бизнес-функцию и может разрабатываться и развиваться независимо. Микросервисная архитектура позволяет обеспечить высокую модульность, гибкость, масштабируемость, отказоустойчивость, быстроту разработки и доставки программного обеспечения. Микросервисная архитектура также способствует распределению работы между разными командами, которые могут использовать разные технологии и методологии.

Serverless архитектура

Это модель облачных вычислений, при которой разработчики не нуждаются в управлении серверами, а должны только писать и запускать код, выполняемый на платформе провайдера облачных услуг. Такая платформа динамически управляет выделением ресурсов, масштабированием, биллингом и другими аспектами выполнения кода. Serverless Architecture позволяет сосредоточиться на бизнес-логике, снизить затраты на инфраструктуру, повысить производительность и гибкость программного обеспечения. Serverless архитектура также называется «Функция как услуга» (Function as a Service, FaaS), поскольку единицей кода является функция, вызываемая при определенном событии или запросе.

Контейнеризация

Это технология, позволяющая запускать приложения изолированно от основной операционной системы. Приложение упаковывается в специальную оболочку-контейнер, внутри которой имеется среда, необходимая для работы. Контейнеры могут быть легко переносимыми, масштабируемыми и контролируемыми. Контейнеризация обеспечивает высокую эффективность, быстроту, консистентность и безопасность программного обеспечения. Она также способствует стандартизации, интеграции, распределению и автоматизации процессов разработки и эксплуатации программного обеспечения.

Мы готовы помочь вам с разработкой программного обеспечения

Компания Wezom специализируется на разработке программного обеспечения для разных отраслей и сфер деятельности. У нас есть многолетний опыт и квалифицированная команда разработчиков, мы используем современные технологии и методологии, чтобы создавать для клиентов высококачественное программное обеспечение:

• Корпоративные IT-решения

• Программы для электронной коммерции

• Системы и сервисы (CRM, ERP, WMS, TMS)

• Приложения и решения для мобильных платформ

Если вы хотите узнать больше о наших услугах, получить бесплатную консультацию и индивидуальное предложение по разработке программного обеспечения, обращайтесь к нам любым удобным способом. Наши эксперты к вашим услугам!

Выводы

Итак, архитектура ПО простыми словами — это общая структура и организация системы, описывающая, как разные компоненты программы взаимодействуют друг с другом. Архитектура распределяет систему на разные части, которые называются компонентами. А компоненты в свою очередь взаимодействуют между собой через интерфейсы.

Подводя итоги того, что такое архитектура ПО и почему она важна, подчеркнем что она:

• Определяет структуру системы, устанавливает логическую структуру, разбивая ее на компоненты. Это облегчает понимание и разработку.

• Способствует модульности, позволяет разбивать систему на независимые модули и облегчает повторное использование компонентов.

• Изолирует компоненты, определяет четкие интерфейсы между ними, что позволяет их изолировать и изменять независимо.

• Упрощает разработку в команде и дает представление о том, над чем работает каждый участник.

• Существенно облегчает интеграцию разных частей системы.

• Позволяет фокусировать тестирование ПО на отдельных модулях благодаря их изоляции.

• Упрощает развертывание и четко определяет компоненты, которые можно развернуть отдельно.

• Обеспечивает масштабируемость и позволяет легче масштабировать отдельные части системы.

И это действительно только минимальный перечень возможностей, которые предоставляет современная и качественная архитектура ПО. Их действительно гораздо больше. А их актуальность зависит от особенностей вашего проекта.

Часто задаваемые вопросы

Зачем нужна архитектура программного обеспечения?

Архитектура ПО определяет общую структуру и организацию системы. Она помогает разработчикам создавать структурированные, масштабируемые и надежные программные системы. Архитектура способствует модульности, облегчает разработку и тестирование в команде.

Что такое архитектура программирования?

Архитектура ПО — это высокоуровневая структура программной системы. Она описывает главные составляющие системы и их взаимодействие. Архитектура описывает, как система разбита на модули и как эти модули взаимодействуют.

Что включает в себя архитектура ПО?

Архитектура ПО обычно включает в себя следующие элементы: структуру системы, основные компоненты и их функции, интерфейсы и взаимодействие между компонентами, данные и их потоки, протоколы коммуникации, требования к масштабируемости и надежности.