3

Архитектурные шаблоны и стили

Обзор

В данной главе описываются и обсуждаются обобщенные шаблоны и принципы, применяемые при проектировании приложений сегодня. Часто их называют архитектурными стилями или парадигмами. К ним относят такие шаблоны как клиент/сервер, многоуровневая архитектура, компонентная архитектура, архитектура, основанная на шине сообщений, и сервисноориентированная архитектура (service-oriented architecture, SOA). Для каждого стиля предлагается обзор, основные принципы, основные преимущества и сведения, которые помогут выбрать подходящие для приложения архитектурные стили. Важно понимать, что стили описывают разные аспекты приложений. Некоторые архитектурные стили описывают схемы развертывания, некоторые – вопросы структуры и дизайна, другие – аспекты связи. Таким образом, типовое приложение, как правило, использует сочетание нескольких рассматриваемых в данной главе стилей.

Что такое архитектурный стиль?

Архитектурный стиль, иногда называемый архитектурным шаблоном – это набор принципов, высокоуровневая схема, обеспечивающая абстрактную инфраструктуру для семейства систем. Архитектурный стиль улучшает секционирование и способствует повторному использованию дизайна благодаря обеспечению решений часто встречающихся проблем. Архитектурные стили и шаблоны можно рассматривать как набор принципов, формирующих приложение. Гарлан (Garlan) и Шоу (Shaw) определяют архитектурный стиль как:

«… семейство систем с точки зрения схемы организации структуры. Точнее говоря, архитектурный стиль определяет набор компонентов и соединений, которые могут использоваться в экземплярах этого стиля, а также ряд ограничений по их возможным сочетаниям. Сюда могут относиться топологические ограничения на архитектурные решения (например, не использовать циклы). Описание стиля также может включать и другие ограничения, такие как, скажем, необходимость обработки семантики выполнения.»

[Девид Гарлан (David Garlan) и Мери Шоу (Mary Shaw), январь 1994, CMU-CS-94-166, «An Introduction to Software Architecture» (Введение в архитектуру ПО) по адресу http://www.cs.cmu.edu/afs/cs/project/able/ftp/intro_softarch/intro_softarch.pdf]

Понимание архитектурных стилей обеспечивает несколько преимуществ. Самое главное из них – общий язык. Также они дают возможность вести диалог, не касаясь технологий, т.е. обсуждать схемы и принципы, не вдаваясь в детали. Например, архитектурные стили позволяют сравнивать схему клиент/сервер с n-уровневой схемой приложения. Архитектурные стили можно организовать по их фокусу. В следующей таблице перечислены основные фокусные области и соответствующие архитектурные стили.

Категория	Архитектурные стили
Связь	Сервисно-ориентированная архитектура (SOA), шина сообщений
Развертывание	Клиент/сервер, N-уровневая, 3-уровневая
Предметная	Дизайн на основе предметной области (Domain Driven Design)
область
Структура	Компонентная, объектно-ориентированная, многоуровневая архитектура

Обзор основных архитектурных стилей

В следующей таблице приводится список типовых архитектурных стилей, рассматриваемых в данной главе, и дается краткое описание каждого из них. В последующих разделах главы все эти стили обсуждаются подробно, а также даются рекомендации по выбору соответствующих стилей для конкретного приложения.

	Архитектурный				Описание
	стиль/парадигма
Клиент/сервер					Система разделяется на два приложения, где клиент
					выполняет запросы к серверу. Во многих случаях в роли
					сервера выступает база данных, а логика приложения
					представлена процедурами хранения.
Компонентная архитектура					Дизайн приложения разлагается на функциональные или
					логические компоненты с возможностью повторного
					использования, предоставляющие тщательно
					проработанные интерфейсы связи.
Дизайн на основе предметной					Объектно-ориентированный архитектурный стиль,
области4					ориентированный на моделирование сферы деловой
					активности и определяющий бизнес-объекты на основании
					сущностей этой сферы.
Многослойная архитектура					Функциональные области приложения разделяются на
					многослойные группы (уровни).
Шина сообщений					Архитектурный стиль, предписывающий использование

4 В некоторых источниках его так же называют проблемно-ориентированным проектированием (прим. научного редактора).

	программной системы, которая может принимать и
	отправлять сообщения по одному или более каналам
	связи, так что приложения получают возможность
	взаимодействовать, не располагая конкретными
	сведениями друг о друге.
N-уровневая / 3-уровневая	Функциональность выделяется в отдельные сегменты, во
	многом аналогично многослойному стилю, но в данном
	случае сегменты физически располагаются на разных
	компьютерах.
Объектно-ориентированная	Парадигма проектирования, основанная на распределении
	ответственности приложения или системы между
	отдельными многократно используемыми и
	самостоятельными объектами, содержащими данные и
	поведение.
Сервисно-оринетрированная	Описывает приложения, предоставляющие и
архитектура (SOA)	потребляющие функциональность в виде сервисов с
	помощью контрактов и сообщений.

Сочетание архитектурных стилей

Архитектура программной системы практически никогда не ограничена лишь одним архитектурным стилем, зачастую она является сочетанием архитектурных стилей, образующих полную систему. Например, может существовать SOA-дизайн, состоящий из сервисов, при разработке которых использовалась многослойная архитектура и объектно-ориентированный архитектурный стиль.

Сочетание архитектурных стилей также полезно при построении Интернет Веб-приложений, где можно достичь эффективного разделения функциональности за счет применения многослойного архитектурного стиля. Таким образом можно отделить логику представления от бизнес-логики и логики доступа к данным. Требования безопасности организации могут обусловливать либо 3-уровневое развертывание приложения, либо развертывание с более чем тремя уровнями. Уровень представления может развертываться в пограничной сети, располагающейся между внутренней сетью организации и внешней сетью. В качестве модели взаимодействия на уровне представления может применяться шаблон представления с отделением (разновидность многослойного стиля), такая как Model-View-Controller (MVC)5. Также можно выбрать архитектурный стиль SOA и реализовать связь между Веб-сервером и сервером приложений посредством обмена сообщениями.

Создавая настольное приложение, можно реализовать клиент, который будет отправлять запросы к программе на сервере. В этом случае развертывание клиента и сервера можно выполнить с помощью архитектурного стиля клиент/сервер и использовать компонентную архитектуру для дальнейшего разложения дизайна на независимые компоненты, предоставляющие соответствующие интерфейсы. Применение объектно-ориентированного подхода к этим компонентам повысит возможности повторного использования, тестирования и гибкость.

5 Модель-представление-контроллер (прим. переводчика).

На выбор архитектурных стилей оказывает влияние множество факторов. Сюда входят способность организации к проектированию и реализации, возможности и опыт разработчиков, а также ограничения инфраструктуры и организации. Информация, приведенная в следующих разделах, поможет при выборе соответствующих стилей для приложений.

Архитектура клиент/сервер

Клиент/серверная архитектура описывает распределенные системы, состоящие из отдельных клиента и сервера и соединяющей их сети. Простейшая форма системы клиент/сервер, называемая 2-уровневой архитектурой – это серверное приложение, к которому напрямую обращаются множество клиентов.

Исторически архитектура клиент/сервер представляет собой настольное приложение с графическим UI, обменивающееся данными с сервером базы данных, на котором в форме хранимых процедур располагается основная часть бизнес-логики, или с выделенным файловым сервером. Если рассматривать более обобщенно, архитектурный стиль клиент/сервер описывает отношения между клиентом и одним или более серверами, где клиент инициирует один или более запросов (возможно, с использованием графического UI), ожидает ответы и обрабатывает их при получении. Обычно сервер авторизует пользователя и затем проводит обработку, необходимую для получения результата. Для связи с клиентом сервер может использовать широкий диапазон протоколов и форматов данных.

На сегодняшний день примерами архитектурного стиля клиент/сервер могут служить Вебприложения, выполняющиеся в Интернете или внутренних сетях организаций; настольные приложения для операционной системы Microsoft Windows®, выполняющие доступ к сетевым сервисам данных; приложения, выполняющие доступ к удаленным хранилищам данных (такие как программы чтения электронной почты, FTP-клиенты и средства доступа к базам данных); инструменты и утилиты для работы с удаленными системами (такие как средства управления системой и средства мониторинга сети).

Кдругим разновидностям стиля клиент/сервер относятся:

Системы клиент-очередь-клиент. Этот подход позволяет клиентам обмениваться данными с другими клиентами через очередь на сервере. Клиенты могут читать данные с и отправлять данные на сервер, который выступает в роли простой очереди для хранения данных. Благодаря этому клиенты могут распределять и синхронизировать файлы и сведения. Иногда такую архитектуру называют пассивной очередью.

Одноранговые (Peer-to-Peer, P2P) приложения. Созданный на базе клиент-очередь- клиент, стиль P2P позволяет клиенту и серверу обмениваться ролями с целью распределения и синхронизации файлов и данных между множеством клиентов. Эта схема расширяет стиль клиент/сервер, добавляя множественные ответы на запросы, совместно используемые данные, обнаружение ресурсов и устойчивость при удалении участников сети.

Серверы приложений. Специализированный архитектурный стиль, при котором приложения и сервисы размещаются и выполняются на сервере, и тонкий клиент