Об архитектуре приложений

Архитектура приложения – это план его структуры и организации. Она определяет, как различные компоненты приложения будут взаимодействовать друг с другом, и играет ключевую роль в его производительности, масштабируемости и удобстве обслуживания.

Не стоит путать архитектуру приложения с дизайном программного кода. Архитектура – это более высокий уровень проектирования, который фокусируется на общих компонентах и их взаимодействии, в то время как дизайн кода – это процесс разработки деталей и конкретной реализации этих компонентов.

Сегодня вместе с компанией FoxmindED разбираемся, как разработать архитектуру приложения с нуля и какие тенденции и будущее архитектуры приложений.

Компоненты 

Архитектура приложения состоит из нескольких ключевых компонентов, которые взаимодействуют друг с другом, и тем самым, обеспечивают его работу как единого целого:

• Пользовательский интерфейс (UI): это то, как пользователь взаимодействует с приложением через элементы интерфейса, такие как кнопки и поля ввода.
• Бизнес-логика: здесь определены правила и процессы, управляющие работой приложения и обработкой данных.
• Модель данных: определяет структуру данных, используемых в приложении, включая сущности, атрибуты и их взаимосвязи.
• Инфраструктурные аспекты: включают серверы, базы данных, инструменты разработки и другие ресурсы, необходимые для работы и поддержки приложения.

Популярные архитектурные паттерны

Архитектурные паттерны – это готовые решения для проектирования архитектуры приложения.  Среди наиболее распространенных следует выделить:

• MVC (Model-View-Controller): разделяет приложение на три компонента: модель (хранение данных), представление (отображение данных пользователю) и контроллер (управление взаимодействием между моделью и представлением).
• MVP (Model-View-Presenter): похож на MVC, но с более активной ролью презентера, который управляет взаимодействием между моделью и представлением.
• MVVM (Model-View-ViewModel): основан на разделении интерфейса пользователя и бизнес-логики с использованием промежуточного слоя ViewModel, который предоставляет данные и методы для их обработки.

Микросервисная архитектура приложения

Микросервисная архитектура — это подход к разработке приложений, при котором приложение разбивается на небольшие и независимые сервисы. Каждый из них отвечает за определенную функциональность или бизнес-задачу и может быть разработан, развернут и масштабирован отдельно от других сервисов.

Преимущества микросервисной архитектуры — это улучшенная масштабируемость, гибкость развертывания и обновления, а также легкость в понимании и поддержке кода.

Однако также есть недостатки: сложности в управлении распределенными системами (что требует дополнительных инструментов для мониторинга и обеспечения надежности), сетевые задержки, а также сложность разработки и тестирования.

Приведем примеры использования микросервисной архитектуры в современных приложениях:

• Платформы электронной коммерции: микросервисы могут разделять функциональность онлайн-магазинов, такую, как управление товарами, обработка заказов и оплаты, для повышения эффективности и гибкости.
• Социальные сети: микросервисы здесь используются для управления данными пользователей, контентом, аутентификации и обработки уведомлений, обеспечивая быструю и масштабируемую работу платформы.
• Финансовые приложения:  здесь микросервисы обеспечивают обработку транзакций, управление счетами, предоставление отчетности и аналитики, что гарантирует безопасность и надежность операций.

Монолитная архитектура приложения

Монолитная архитектура — это классический подход к разработке приложений, при котором весь его функционал размещается в едином кодовом хранилище.

Какие еще характеристики?

• Единый кодовый базис, который включающий в себя всю функциональность приложения.
• Все компоненты приложения (бизнес-логика, пользовательский интерфейс, модель данных) интегрированы в одну систему.
• Масштабирование происходит вертикально, увеличивая ресурсы сервера.
• Одна база данных для всего приложения.
• Монолиты могут быть развернуты на одном сервере или виртуальной машине.

Какие могут быть сценарии применения?

• Маленькие и средние проекты, где отсутствует необходимость в сложной масштабируемости.
• Проекты с ограниченными ресурсами, где стоимость разработки и поддержки микросервисной архитектуры слишком высока.
• Прототипирование и начальная стадия разработки приложения для быстрого запуска.

Для сравнения посмотрим, чем отличается монолитная архитектура от микросервисной:

Что это означает? Что микросервисная архитектура обладает большей гибкостью и масштабируемостью, но требует более сложного управления зависимостями между сервисами. В то время как монолитная — проще в разработке и управлении, но ограничена в своей способности масштабироваться и адаптироваться к изменяющимся требованиям.

Многоуровневая архитектура приложения

Многоуровневая архитектура, также известная как n-уровневая архитектура, — это структура приложения, в которой функциональность разделяется на несколько уровней или слоев.

Каждый уровень выполняет определенные задачи и имеет свою сферу ответственности. Такое разделение ответственности между различными слоями приложения позволяет достичь таких преимуществ:

• Четкость и модульность: каждый уровень выполняет определенные функции, что делает код более структурированным и легким для понимания и поддержки.
• Гибкость и масштабируемость: происходит изменение или замена каждого уровня независимо от других. Благодаря этому вносить изменения и адаптировать приложения под новые требования становится проще.
• Повторное использование кода: отдельные слои могут быть повторно использованы в разных частях приложения или в других проектах, что экономит время и усилия при разработке.
• Улучшенная безопасность: хорошо определенные границы между слоями позволяют контролировать доступ к данным и функциям, что повышает безопасность приложения.

Разработка архитектуры приложения с нуля

Рассмотрим практические советы, которые помогут вам создать эффективную архитектуру приложения с нуля:

• Изучите и определите основные цели, функции и потребности пользователей вашего приложения.
• Исследуйте различные технологии и инструменты, учитывая требования к производительности, масштабируемости и безопасности вашего проекта.
• Разделите функциональность на небольшие, независимые модули для увеличения гибкости и поддерживаемости.
• Определите структуру и отношения в базе данных, учитывая требования к хранению и обработке данных.
• Проведите исследование рынка и изучите детали проекта, чтобы лучше понять потребности пользователей.
• Используйте принципы SOLID для создания гибкой и расширяемой архитектуры.
• Проведите функциональное, модульное и интеграционное тестирование, чтобы убедиться в корректности работы всех компонентов.
• Разрабатывайте архитектуру приложения и добавляйте новые функции с использованием итеративного подхода для постепенного улучшения.

FoxmindEd — это учебный центр с большим выбором направлений курсов для новичков и программистов с опытом!

Начинаете свой путь в IТ? Попробуйте курсы Start

Имеете базовые навыки программирования? Тогда вам на курсы Junior

Хотите углубить свои знания в IТ? У нас есть курсы Middle/Senior

Анализ и документирование

Анализ архитектуры и документирование приложения играют важную роль в улучшении его производительности и обеспечении удобства поддержки. Они помогают обнаружить проблемные места в производительности, а также проблемы с масштабируемостью и расширяемостью приложения. 

Какие при этом используются методы анализа архитектуры? Перечислим:

• Обзор кода: проверка кода другими членами команды для выявления проблем и улучшений в архитектуре приложения.
• Статический анализ кода: применение специальных инструментов, которые автоматически проверяют код на наличие возможных проблем и ошибок.
• Профилирование: использование специальных инструментов для анализа того, насколько быстро и эффективно работает ваше приложение, и выявления мест, где оно может быть улучшено.

Как итог — создается более эффективное и легко поддерживаемое приложение.

Что можно рекомендовать по документированию? Во-первых, важно описать основные концепции и принципы архитектуры, чтобы члены команды имели общее представление о структуре и целях проекта. Во-вторых, следует создать архитектурные диаграммы, которые наглядно представят взаимосвязи и взаимодействие компонентов приложения. В третьих, описать важные компоненты и интерфейсы также необходимо для лучшего понимания их работы. Помимо этого, важно регулярно обновлять документацию в соответствии с изменениями в коде и требованиями проекта, чтобы информация была актуальной. 

Выбор архитектуры для мобильного приложения

Напомним несколько особенностей, которые следует учитывать при выборе архитектуры мобильного приложения…

Во-первых, мобильные устройства имеют ограниченные ресурсы, поэтому архитектура должна быть оптимизирована для эффективного использования ресурсов. Во-вторых, приложение должно быть переносимым и масштабируемым для работы на разных платформах. Важно также обеспечить быстрый и отзывчивый пользовательский интерфейс, поддержку оффлайн-режима и высокий уровень безопасности данных.

Кроме того, разработчики должны учитывать возможность обновления и обслуживание приложения без потери данных пользователя. В зависимости от конкретных требований проекта, можно выбрать подходящую архитектуру, такую как MVP (Model-View-Presenter), MVVM (Model-View-ViewModel) или Clean Architecture, которая наилучшим образом соответствует потребностям и целям их проекта.

Тенденции и будущее

Одной из ключевых тенденций в архитектуре приложений является рост популярности микросервисной архитектуры. Однако, вероятно, потребуется более сложное управление и оркестрация, а также развитие методологий DevOps для автоматизации процессов развертывания и управления микросервисами.

В будущем, также ожидается дальнейшее развитие платформ для serverless вычислений и расширение его возможностей.

Вместе с этим, использование искусственного интеллекта и машинного обучения становится все более распространенным в различных типах приложений. Прогнозируется развитие архитектур, оптимизированных для работы с моделями ИИ и МО, а также расширение возможностей автоматизации и интеграции этих технологий в приложения.

Ожидается также усиленное внедрение методов шифрования, аутентификации и авторизации, а также развитие новых подходов к обеспечению безопасности и защите данных.

Заключение

Выбор правильной архитектуры является ключевым в создании успешного ПО. Соответственно, качественное понимание архитектурных паттернов и их применение помогают создавать устойчивые, масштабируемые и эффективные приложения.  

А, поскольку будущее архитектуры приложений отличается постоянным развитием технологий и изменением требований пользователей, то и разработчики вынуждены будут постоянно адаптироваться к этим изменениям (экспериментировать с новыми подходами и инструментами, и учитывать влияние технологических тенденций на будущее архитектуры приложений).