Архитектура программного обеспечения

Зачем нужна архитектура программного обеспечения?

Для разработки сложных или масштабных приложений требуется продуманное планирование. Важно заранее определить, как программа будет развиваться, изменяться, как устранять возможные сбои и обновлять устаревшие функции.

Что такое архитектура ПО

Архитектура ПО — это детально продуманный план его развития.

Небольшие программы можно создавать интуитивно, добавляя новые функции по мере необходимости. Однако с ростом проекта увеличивается риск, что изменения начнут влиять на уже существующий функционал: новые возможности могут вызывать сбои в старых.

В небольших проектах проблему часто можно решить переработкой кода. Но даже там поиск ошибок и анализ их причин способны занять много времени.

В крупных же проектах без архитектурного плана не обойтись. Когда над приложением работают команды разработчиков, важно учесть, чтобы сервис оставался работоспособным и через годы, даже при регулярных доработках. Именно поэтому создание архитектуры стало стандартным подходом в разработке крупных приложений.

Основные принципы архитектуры программного обеспечения

Универсального подхода к созданию архитектуры ПО не существует, так как каждый проект служит уникальным целям. Однако существуют базовые принципы, которые подходят большинству приложений и сервисов.

Исследование — основа проектирования

Создание архитектуры начинается с анализа. У любого приложения есть заказчик, даже если это разработчик самого себя. Помимо заказчика, нужно учитывать будущих пользователей, сценарии их взаимодействия с продуктом, предполагаемые нагрузки и доступные ресурсы. Исследование этих факторов помогает выбрать подходящий метод построения системы.

Разделение на модули

Идеально, если систему можно разделить на независимые части. Каждый модуль отвечает за отдельную задачу, а между ними минимальные связи. Это упрощает масштабирование, обновление и устранение неполадок. Для взаимодействия между модулями можно использовать API или другие стандартизированные интерфейсы.

Однако модульность необязательна, если систему можно эффективно контролировать и развивать другими способами.

Ослабление связей

Связь между компонентами программы должна быть минимальной, чтобы сбой в одной части не приводил к проблемам в других. Например, серверная часть приложения не должна зависеть от интерфейса авторизации. Такое разделение делает систему устойчивее и упрощает её понимание.

Возможность масштабирования

Приложение должно быть готово к увеличению нагрузки. Например, если популярность сервиса растёт, необходимо предусмотреть возможность добавления серверов или перераспределения нагрузки без значительных трудностей.

Устойчивость к сбоям и защита данных

Хорошая архитектура учитывает вероятность ошибок. Это включает ограничение пользовательских прав, чтобы предотвратить случайный доступ к важным функциям, и разработку алгоритмов для устранения последствий сбоев.

Мониторинг и наблюдаемость

Для крупных систем важно внедрить инструменты мониторинга. Это позволяет отслеживать метрики работы, выявлять сбои заранее и устранять их до того, как они начнут влиять на пользователей.

Типы архитектурных стилей

Исследования, проведённые на этапе планирования, помогают выбрать наиболее подходящий стиль архитектуры для конкретного проекта. Со временем разработчики выделили несколько подходов, которые стали основой для различных архитектурных решений.

Монолитная архитектура

Этот стиль используется для небольших приложений. Вся кодовая база хранится в одном месте без деления на отдельные модули.

Преимущества:

• Простота реализации и тестирования.
• Разработчики имеют целостное представление о взаимодействии всех частей приложения.

Недостатки:

• Трудности с масштабированием и поддержкой по мере роста проекта.
• Любые изменения в одной части системы могут повлиять на другие.

Микросервисная архитектура

Этот стиль предполагает разделение приложения на небольшие независимые модули — микросервисы. Каждый из них выполняет определённую задачу и может быть разработан отдельной командой.

Преимущества:

• Лёгкость обновления и изменения отдельных частей системы без влияния на другие.
• Возможность распределить разработку между разными командами.

Недостатки:

• Увеличение сложности настройки взаимодействия между микросервисами.
• Более высокие затраты на разработку и тестирование.

Обе архитектуры могут комбинироваться, чтобы максимально эффективно решать задачи проекта.

Архитектурные паттерны: готовые решения для проектирования

Архитектурные паттерны — это шаблоны, которые помогают решать распространённые задачи при проектировании систем. Их значительно больше, чем архитектурных стилей, поскольку они направлены на решение конкретных проблем внутри уже выбранного подхода.

Примеры паттернов

• Слои (Layers): Подходит для монолитной архитектуры. Проект делится на уровни, каждый из которых отвечает за отдельную задачу.
• Реестр сервисов (Service Registry): Используется в микросервисах. Все модули регистрируются в одном реестре, чтобы легко находить друг друга.
• Источник событий (Event Sourcing): Все состояния системы сохраняются, что позволяет восстановить её состояние на любой момент времени.
• Отдельная база данных для каждого сервиса (Database per Service): Изолирует данные микросервисов, минимизируя их зависимость.
• API-композиция (API Composition): Объединяет данные из нескольких микросервисов для более удобной работы системы.
• Предохранитель (Circuit Breaker): Отключает сбойные модули, предотвращая их влияние на остальную систему.

Проектирование архитектуры программного обеспечения

Карьерный путь архитектора

1. Джун: Выполняет простые задачи, осваивает инструменты.
2. Мидл: Разрабатывает небольшие части системы.
3. Сеньор: Управляет проектированием крупных элементов системы.
4. Архитектор: Разрабатывает общую структуру и взаимодействие всех модулей.

Основы профессии

Навыки проектирования приходят с опытом, но знакомство с базовыми принципами полезно уже на начальных этапах.

Заключение

Правильная архитектура обеспечивает предсказуемость и стабильность работы приложения. Инструменты мониторинга помогают отслеживать состояние системы и быстро устранять сбои. Успех в проектировании требует внимания к базовым принципам, грамотного планирования и готовности решать сложные задачи.