Архітектура програмного забезпечення: все що треба знати

Під час розробки додатка важливо враховувати, як він обслуговуватиметься надалі. Слід продумати особливості додавання змін та редагування функціональності. Крім того, важливо розуміти, як зовнішні елементи інтерфейсу взаємодіють із внутрішніми процесами, і за якими принципами користувачі взаємодіятимуть з додатком. У цьому допомагає архітектура програмного забезпечення. Давайте розберемо, що це таке, як працює, й навіщо вона потрібна.

Що таке архітектура ПЗ

Архітектура розробки програмного забезпечення — це розроблена структура додатка, яка включає визначення взаємодії компонентів інтерфейсу з внутрішніми процесами програми. Простіше кажучи, це своєрідний підхід, який визначає які функції за що відповідають та як вони взаємодіють між собою.

Точного розуміння та чіткого формулювання цього процесу немає. Основним завданням є створення логічної структури додатка та спрощення взаємодії між розробниками. Це дає можливість надалі вносити зміни до програми, опрацьовуючи конкретні аспекти, а не переробляючи все програмне забезпечення. Архітектура та проектування ПЗ забезпечують гарантію того, що додаток виконуватиме завдання та слідувати своєму призначенню, визначеному під час початкових етапів розробки.

Головна ідея архітектури полягає у тому, щоб знизити складність сприйняття системи внаслідок розмежування повноважень та створення чіткої структури. Архітектура та дизайн програмного забезпечення дозволяють створити чітку структуру, за якою зручно працювати програмістам. Від її якості залежить, наскільки просто проходитиме обслуговування ПЗ, його зміни, доповнення та підтримка.

Навіщо потрібна архітектура ПЗ

Архітектура програмного рішення виконує низку важливих завдань:

• визначає структуру додатка та дозволяє зрозуміти, як вона влаштована, на яких рівнях виконуються ті чи інші завдання та функції;

• визначає поведінку та взаємодію елементів, завдяки чому стає зрозуміло, що відбувається, якщо виконується певна дія;

• визначає значні та другорядні елементи, що дозволяє оцінити вартість розробки, зрозуміти, які елементи обов'язково впроваджувати, а від яких можна відмовитися з міркувань економії;

• допомагає зрозуміти, наскільки додаток масштабується, як складно буде впроваджувати нові функції та який стек технологій використовувати;

• дозволяє задовольнити потреби клієнта та адаптувати додаток під взаємовиключні вимоги, наприклад, високий рівень функціональності та визначення меж часу, у такому випадку стає зрозуміло, як це реалізувати;

• дозволяє зрозуміти логічні взаємозв'язки у додатку;

• дає можливість коректно вести документацію та чітко розписувати функціонал, що суттєво спрощує подальше обслуговування додатка, внесення змін та роботу з існуючим функціоналом.

Це основні завдання, які виконує архітектура програмного забезпечення. Її використання дозволяє значно спростити розробку, чітко розуміти, що вийде в результаті, та як працюватимуть всі функції. Архітектура програмного проекту дозволяє створювати якісне ПЗ й надалі зменшує витрати на його утримання та обслуговування.

Архітектурні шаблони

Для безлічі завдань розробки архітектури застосовуються патерни чи, як їх ще називають, шаблони. Вони дозволяють вирішувати однотипні завдання швидшим способом, що позитивно впливає на час розробки та спрощує багато процесів. Паттерн описує певне завдання, і коли воно знову виникає у певному контексті, його застосування дозволяє "не винаходити велосипед", а скористатися готовим рішенням.

Шаблон – це певний опис взаємодії різних елементів та класів, з яких складається архітектура програмного рішення, адаптована під контекст конкретного завдання та вимоги проектування. Завдяки тому, що патерн дозволяє ідентифікувати ключові об'єкти структури та використовувати їх повторно, спрощується процес побудови архітектури.

Кожен шаблон має низку переваг та недоліків. Ось кілька прикладів готових архітектурних шаблонів та короткий опис принципів їхньої роботи.

Багаторівневий шаблон

Принцип його полягає в тому, що вся система додатка розбивається на рівні, які відображаються на діаграмі. При цьому кожен рівень може викликати лише один інший рівень, що знаходиться нижче за нього. Це дає можливість вносити зміни до певних компонентів додатка, не зачіпаючи інші області. Але це ускладнює структуру архітектури та робить її досить навантаженою, що впливає на продуктивність.

Шаблон посередника

Якщо додаток складається з великої кількості модулів, пряма взаємодія виглядає досить складною та заплутаною. Щоб полегшити її, впроваджується посередник, який дозволяє модулям налагодити просту взаємодію. Функціональна сумісність компонентів одразу зростає, але посередник – слабка ланка системи. У разі виходу його з ладу може перестати працювати вся система.

Модель – Подання – Контролер (MVC)

Суть шаблону полягає в тому, що інтерфейс відокремлюється від даних. Це дозволяє змінювати його, не порушуючи принципи роботи системи додатка. Використовується у програмах, де необхідно регулярно змінювати інтерфейс.

Клієнт-серверний патерн

Архітектура програмного забезпечення з використанням клієнт-серверного шаблону досить затребувана в тих додатках, в яких необхідно обмежити права доступу споживачів до певної кількості ресурсів. Подібний підхід дозволяє масштабувати додаток та робить систему доступною та зрозумілою.

Патерн «Фабричний метод»

Дозволяє додавати нові об'єкти різних типів. Якщо використовувати стандартні методи додавання, код зростатиме, що зменшить швидкість роботи додатка, крім того, компоненти будуть розкидані по всьому коду. Даний шаблон дозволяє полегшити процеси додавання нових об'єктів та зберігає систему незалежною.

Існує досить багато шаблонів, які використовуються в архітектурі розробки програмного забезпечення. Це не означає, що всі вони працюють за єдиною структурою та дублюються. За основу береться концепція, а сама архітектура вибудовується індивідуально, залежно від контексту.

Стилі та моделі архітектури ПЗ

Архітектура та проектування може мати атрибут, іменований стилем. Він дозволяє надати певну однаковість. Він визначається якраз за допомогою вищеописаних шаблонів, а також конкретних з'єднувачів та компонентів. Ключова роль стилю – створити зрозумілу та цілісну архітектуру.

Стиль – це певний набір принципів, який дозволяє використовувати шаблони та зводити структуру до єдиного та простого для сприйняття виду. Це шлях до спільного розуміння та мови. Зокрема, якщо архітектуру розробляє одна команда розробників, а надалі зміни до функціоналу вносить інша команда фахівців, стиль – це зв'язуюча їх ланка, яка дозволяє зрозуміти структуру. Ось кілька прикладів стилів, що використовуються при архітектурі програмного проекту.

Клієнт/сервер

Стиль, за якого вся система програми поділяється на дві програми, де клієнт може виконати запит до сервера.

Компонентна архітектура

Весь дизайн повністю розкладається на логічні та функціональні компоненти. Їх можна використовувати повторно, а інтерфейси зв'язку ретельно опрацьовуються.

Проблемно-орієнтований дизайн

Це стиль, що дозволяє опрацювати бізнес-процеси, та орієнтований створення моделей ділової активності програми.

Багатошарова архітектура 

Кожна функціональна область поділяється на шари, що дозволяє окремо працювати з кожним із них.

Шина повідомлень

Стиль, що дозволяє надсилати повідомлення кількома каналами, що дозволяє взаємодії модулів, у своїй конкретні дані модулям не надаються.

3-рівнева архітектура

Функціональність поділяється на певні сегменти, стиль схожий за своєю структурою з багатошаровою архітектурою. Різниця лише в тому, що сегменти фізично знаходяться на різних комп'ютерах.

Об'єктно-орієнтований стиль

Кожен об'єкт є самостійним та може багаторазово використовуватися, він містить набір даних та поведінки, а відповідальність системи розподіляється між цими об'єктами.

Сервісно-орієнтований стиль

У ньому використовуються окремі послуги, що забезпечують функціональність програми. Вони обмінюються між собою повідомленнями та утворюють єдине середовище, при цьому є незалежними одна від одної.

Архітектура та дизайн програмного забезпечення рідко обмежуються одним стилем. Як правило, використовується поєднання, яке створює повноцінну систему. Кожен стиль описується у технічній документації, щоб команда розробників змогла передати дані. Крім того, вимоги до системи безпеки зобов'язують використовувати різні стилі, зокрема із застосуванням багаторівневої архітектури.

На вибір архітектурного стилю впливає безліч факторів, включно з обмеженням інфраструктури середовища розробки, стеком технологій, досвідченістю розробників. У компанії Wezom підбирають оптимальне рішення, спираючись на поставлені завдання під час розробки. Насамперед стиль визначається шляхом опрацювання виконуваних процесів. Ми враховуємо можливість подальшого масштабування додатків та особливості впровадження її на підприємство клієнта. Тому, якщо вам потрібна архітектура програмного забезпечення, зателефонуйте нам або завітайте до офісу, щоб обговорити деталі.

Безпека архітектури ПЗ

Безпека в архітектурі ПЗ безпосередньо впливає на всі аспекти розробки, використання та підтримки програмного забезпечення. Сучасна архітектура програмного забезпечення повинна мати захищені дані, функції та ресурси від несанкціонованого доступу, зміни або знищення. Водночас саме програмне забезпечення не повинно створювати загрози для інших систем або користувачів.

Розгляньмо основні аспекти безпеки в архітектурі ПЗ.

Конфіденційність

Програмне забезпечення забезпечує доступ до своїх даних та функцій тільки тим особам або системам, які мають на це право. Конфіденційність може бути забезпечена за допомогою різних механізмів, таких як аутентифікація, авторизація, шифрування, аудит та контроль.

Цілісність

ПЗ зберігає та обробляє дані та функції без помилок, збоїв або втручання з боку зовнішніх або внутрішніх агентів. Забезпечується цілісність завдяки наступним механізмам: валідація, перевірка, резервне копіювання, відновлення, хешування, цифровий підпис та інші.

Доступність

Програмне забезпечення здатне надавати дані та функції своїм користувачам або системам у потрібний час та з потрібною продуктивністю. Доступність забезпечується за допомогою наступних інструментів: масштабування, розподіл навантаження, кешування, моніторинг, виявлення та виправлення помилок, реплікація та інші.

Непорушність

Програмне забезпечення здатне виявляти, запобігати та реагувати на будь-які спроби порушити його безпеку або порушити політики безпеки. Для забезпечення непорушності використовуються брендволи, антивіруси, шлюзи, детектори вторгнень, аналізатори, журнали, сповіщення тощо.

Відповідність

ПЗ відповідає всім вимогам та стандартам регуляторів, законів та контрактів, які стосуються його безпеки. Відповідність може бути забезпечена та зафіксована відповідною документацією, сертифікацією, аудитом, перевірками та регулярною звітністю.

Це дійсно важливі принципи архітектури ПЗ, але перелік насправді може бути набагато більшим. Все залежить від масштабів самої архітектури, складності програмного забезпечення, особливості його використання та інших факторів. Тому до цього питання завжди варто підходити індивідуально.

Роль архітектури програмного забезпечення

Головне завдання та роль архітектури полягає в тому, щоб запобігти негативним наслідкам після розробки додатка. Якщо необхідно вносити редагування до функціоналу або інтерфейсу, зробити це без чіткої та зрозумілої архітектури вкрай важко. Імовірність зачепити пов'язані функції – вкрай висока.

Попри те, що архітектура та дизайн програмного забезпечення коштують компанії недешево, набагато дорожче коштуватиме подальше обслуговування програми та забезпечення працездатності функцій. Розробка архітектури ПЗ надає наступні переваги:

• повністю описує організацію програмного забезпечення та дозволяє бачити структуру кожного процесу;

• стає єдиним та загальним базисом у разі розробки серії продуктів;

• знижує ризики та ймовірність помилок під час розробки;

• є формою першорядного виду готового робочого програмного забезпечення, яке можна відчувати як єдиний цілісний організм, тобто, ще на етапі розробки архітектури стає зрозуміло, чи працюватимуть ті чи інші функції;

• дозволяє повторно використовувати модулі, що значно прискорює процес розробки, знижує навантаження на код й робить застосунок швидшим;

• є єдиною системою для роботи в команді, ведення документації, містить термінологію, дозволяє команді розробників розуміти один одного й набагато швидше та ефективніше розробляти програмне забезпечення;

• дозволяє бачити можливості додатка, оцінювати рівень масштабованості та методи подальшого розвитку системи.

Архітектура розробки програмного забезпечення виконує одну з ключових ролей під час розробки. У компанії Wezom ви можете замовити не лише послугу розробки архітектури, а й комплексне створення продукту для вашого бізнесу. Зателефонуйте нам, і ми домовимося про зустріч, обговоримо ваші ідеї та запропонуємо інструменти, які допоможуть покращити бізнес. Давайте разом створюватимемо якісні бізнес-продукти.

Сучасні тенденції в архітектурі ПЗ

Зараз існує безліч тенденцій у сфері архітектури ПЗ й постійно з’являються нові, котрі відповідають сучасним викликам та потребам ринку. Ми ж розглянемо ті з них, які вважаємо найголовнішими.

Мікросервісна архітектура

Це підхід до розробки програмного забезпечення, при якому застосунок складається з набору невеликих, слабко пов’язаних сервісів. Кожен такий сервіс відповідає за окрему бізнес-функцію і може розроблятися та розгортатися незалежно. Мікросервісна архітектура дозволяє забезпечити високу модульність, гнучкість, масштабованість, відмовостійкість, швидкість розробки та доставки програмного забезпечення. Мікросервісна архітектура також сприяє розподілу роботи між різними командами, які можуть використовувати різні технології та методології.

Serverless архітектура

Це модель хмарних обчислень, при якій розробники не мають необхідності керувати серверами, а повинні лише писати та запускати код, який виконується на платформі провайдера хмарних послуг. Така платформа динамічно керує виділенням ресурсів, масштабуванням, білінгом та іншими аспектами виконання коду. Serverless архітектура дозволяє зосередитися на бізнес-логіці, знизити витрати на інфраструктуру, підвищити продуктивність та гнучкість програмного забезпечення. Serverless архітектура також називається «Функція як послуга» (Function as a Service, FaaS), оскільки одиницею коду є функція, яка викликається за певної події або запиту.

Контейнеризація

Це технологія, яка дозволяє запускати додатки ізольовано від основної операційної системи. Додаток упаковується в спеціальну оболонку-контейнер, всередині якої є середовище, необхідне для роботи. Контейнери можуть бути легко переносними, масштабованими та контрольованими. Контейнеризація забезпечує високу ефективність, швидкість, консистентність та безпеку програмного забезпечення. Вона також сприяє стандартизації, інтеграції, розподілу та автоматизації процесів розробки й експлуатації програмного забезпечення.

Ми готові допомогти вам з розробкою програмного забезпечення

Компанія Wezom спеціалізується на розробці програмного забезпечення для різних галузей та сфер діяльності. Ми маємо багаторічний досвід та кваліфіковану команду розробників, використовуємо сучасні технології й методології, щоб створювати для клієнтів високоякісне програмне забезпечення:

• Корпоративні IT-рішення

• Програми для електронної комерції

• Системи та сервіси (CRM, ERP, WMS, TMS)

• Програми та рішення для мобільних платформ

Якщо хочете дізнатися більше про наші послуги, отримати безкоштовну консультацію та індивідуальну пропозицію щодо розробки програмного забезпечення, звертайтеся до нас будь-яким зручним способом. Наші експерти до ваших послуг!

Висновки

Отже, архітектура ПЗ простими словами — це загальна структура та організація системи, котра описує, як різні компоненти програми взаємодіють один з одним. Архітектура розподіляє систему на різні частини, які називаються компонентами. А компоненти своєю чергою взаємодіють між собою через інтерфейси.

Підбиваючи підсумки того, що таке архітектура ПЗ та чому вона важлива, підкреслимо що вона:

• Визначає структуру системи, встановлює логічну структуру, розбиваючи її на компоненти. Це полегшує розуміння і розробку.

• Сприяє модульності, робить можливим розбиття системи на незалежні модулі та полегшує повторне використання компонентів.

• Ізолює компоненти, визначає чіткі інтерфейси між ними, що дозволяє їх ізолювати та змінювати незалежно.

• Полегшує розробку в команді та дає уявлення про те, над чим працює кожен учасник.

• Суттєво полегшує інтеграцію різних частин системи.

• Дає змогу фокусувати тестування ПЗ на окремих модулях завдяки їх ізоляції.

• Спрощує розгортання та чітко визначає компоненти, які можна розгортати окремо.

• Забезпечує масштабованість й дозволяє легше масштабувати окремі частини системи.

І це насправді лише мінімальний перелік можливостей, які надає сучасна та якісна архітектура ПЗ. Їх насправді набагато більше. А їхня актуальність залежить від особливостей саме вашого проєкту.

FAQ

Для чого потрібна архітектура програмного забезпечення?

Архітектура ПЗ визначає загальну структуру та організацію системи. Вона допомагає розробникам створювати структуровані, масштабовані та надійні програмні системи. Архітектура сприяє модульності, полегшує розробку та тестування в команді.

Що таке архітектура в програмуванні?

Архітектура ПЗ — це високорівнева структура програмної системи. Вона визначає основні компоненти системи та їх взаємодію. Архітектура описує, як система розбита на модулі та яким чином ці модулі взаємодіють.

Що включає в себе архітектура ПЗ?

Архітектура ПЗ зазвичай включає наступні елементи: структуру системи, основні компоненти та їх функції, інтерфейси та взаємодію між компонентами, дані та їх потоки, протоколи комунікації, вимоги до масштабованості та надійності.