Архитектура программного обеспечения

В строгом значении архитектура программного обеспечения (software architecture) – описание подсистем и компонент программной системы, а также связей между ними. Архитектура пытается определить внутреннюю структуру получаемой системы, задавая способ, которым система организована или конструируется.

В середине 90-х, на волне распространения клиент-серверного подхода и начала его трансформации в “многозвенный клиент-сервер”, призванный обеспечить централизованное развертывание и управление общей (для клиентских приложений) бизнес-логикой, вопросы организации архитектуры программного обеспечения стали складываться в самостоятельную и достаточно обширную дисциплину. В результате, сформировалась точка зрения на архитектуру не только в приложении к конкретной программной системе, но и развился взгляд на архитектуру, как на приложение общих (generic) принципов организации программных компонент. В итоге, уже на сегодняшний день, на фоне такого развития понимания архитектуры, накоплен целый комплекс подходов и созданы (и продолжают создаваться и развиваться!) различные архитектурные “фреймворки”, то есть систематизированные комплексы методов, практик и инструментов, призванные в той или иной степени формализовать имеющийся в индустрии опыт (как положительный – например, design patterns, так и отрицательный – например, anti-patterns).

Примеры такой систематизации в форме фреймворков:

Архитектурные структуры и точки зрения (Architectural Structures and Viewpoints)

Любая система может рассматриваться с разных точек зрения – например, поведенческой (динамической), структурной (статической), логической (удовлетворение функциональным требованиям), физической (распределенность), реализации (как детали архитектуры представляются в коде) и т.п. В результате, мы получаем различные архитектурные представления (view). Архитектурное представление может быть определено, как частные аспекты программной архитектуры, рассматривающие специфические свойства программной системы. В свою очередь, дизайн системы – комплекс архитектурных представлений, достаточный для реализации системы и удовлетворения требований, предъявляемых к системе.

SWEBOK (Software Engineering Body of Knowledge) не дает явного определения, что такое “архитектурная структура”. В то же время это понятие достаточно важно. Я хотел бы предложить его толкование как применение архитектурной точки зрения и представления к конкретной системе и описания тех деталей, которые необходимы для реализации системы, но отсутствуют (в силу достаточно общего взгляда) в используемом представлении. Таким образом, представление (view), концентрируясь на заданном подмножестве свойств является составной частью и/или результатом точки зрения, а архитектурная структура – дальнейшей детализацией в отношении проектируемой системы.

Модель Захмана [Zachman] является великолепным и, кстати, классическим источником комплекса архитектурных точек зрения и представлений, построенных в системе координат “вопрос-уровень детализации”. Каждое архитектурное представление является результатом ответа на вопрос (Как? Что? Где? и т.п.) в контексте необходимого уровня абстракции (содержание, то есть концепция: бизнес-модель, то есть функциональность и т.д.). Например, физическая модель данных (Physical Data Model) является ответом на вопрос “что?” в контексте технологической модели, а логическая модель данных, отвечая на тот же вопрос, находится на один уровень абстракции выше – в контексте системной или логической модели.

Архитектурные стили (Architectural Styles)

Архитектурный стиль, по своей сути, шаблон проектирования макро-архитектуры - на уровне модулей, “крупноблочного” взгляда. Например, архитектура распределенной сервисно-ориентированной системы может строится в стиле обмена сообщениями через соответствующие очереди сообщений, может проектироваться на основе идеи взаимодействия между компонентами и приложениями через общую объектную шину, а может использовать концепцию брокера как единого узла пересылки запросов. В то же время, на более концептуальном уровне, мы можем говорить о выборе клиент-серверного стиля или распределенного стиля архитектуры системы. Таким образом, архитектурный стиль – набор ограничений, определяющих семейство архитектур, которые удовлетворяют этим ограничениям.

Шаблоны проектирования (Design Patterns)

Наиболее краткая формулировка того, что такое шаблон проектирования, может звучать так – “общее решение общей проблемы в заданном контексте”. Что это значит в реальной жизни? Если мы хотим организовать системы таким образом, чтобы существовал один и только один экземпляр заданного ее компонента в процессе работы с данной системой – мы можем использовать шаблон проектирования “Singleton”, описывающий такое общее поведение.

В то время, как архитектурный стиль определяет макро-архитектуру системы, шаблоны проектирования задают микро-архитектуру, то есть определяют частные аспекты деталей архитектуры.

Чаще всего говорят о следующих группах шаблонов проектирования:

Семейства программ и фреймворков (Families of Programs and Frameworks)

Один из возможных подходов к повторному использованию архитектурных решений и компонент заключается в формировании линий продуктов (product lines) на основе общего дизайна. В объектно-ориентированном программировании аналогичную смысловую нагрузку несут “фреймворки”, обеспечивающие решение одних и тех же задач – например, внутренней организации компонентов пользовательского интерфейса или общей логики работы распределенных систем.