какое определение архитектурных паттернов architectural patterns правильно
Самые важные архитектурные шаблоны, которые нужно знать
Рассказываем о распространенных шаблонах в архитектуре ПО.
Архитектурный шаблон — это обобщенное часто используемое решение распространенной задачи в архитектуре ПО в заданном контексте.
Шаблон — это решение задачи в определенном контексте.
Часто разработчики не до конца понимают разницу между архитектурными шаблонами, а иногда вообще мало что о них знают.
Что ж, давайте разбираться!
Модель — представление — контроллер
Управляемая событиями архитектура
Архитектура на основе микросервисов
Многоуровневая архитектура
Самый распространенный архитектурный шаблон — многоуровневая архитектура (или «n-уровневая»). Она хороша известна большинству архитекторов, проектировщиков и разработчиков. Ограничений по количеству и типу уровней никаких нет, однако в большинстве случаев такая архитектура состоит из четырех уровней: представление данных, бизнес-логика, хранение данных и база данных.
Популярный пример n-уровневой архитектуры
Контекст
В любых сложных системах необходимо обеспечивать независимую разработку и развитие отдельных частей. Потому разработчикам необходимо понятное и хорошо задокументированное разделение задач, чтобы модули системы можно было разрабатывать и поддерживать независимым образом.
Задача
Программное обеспечение необходимо разделить так, чтобы модули можно было разрабатывать и развивать отдельно — с минимальным взаимодействием между частями, обеспечивая переносимость, модифицируемость и повторное использование.
Решение
Чтобы добиться такого разделения, при использовании многоуровневого шаблона программное обеспечение разделяется на сущности, называемые уровнями. Каждый уровень — группа модулей, предоставляющих взаимосвязанный набор сервисов. Их применение должно быть однонаправленным. Уровни полностью разделяют ПО, причем каждая часть доступна через публичный интерфейс.
Первая идея заключается в том, что у каждого из уровней есть определенные роль и ответственность. Например, уровень представления данных отвечает за обработку всего пользовательского интерфейса. Такое разделение задач в многоуровневой архитектуре упрощает формирование эффективных ролей и ответственности.
Вторая идея состоит в том, что шаблон многоуровневой архитектуры представляет собой техническое разделение — в отличие от разделения по доменам: то есть, это группы компонентов, а не домены.
И, наконец, третья идея: каждый уровень помечается как закрытый или открытый. Запрос, перемещаясь с уровня на уровень и минуя закрытый уровень, должен обязательно пройти через него — пропустить закрытый уровень нельзя.
Закрытые уровни и движение запроса
Недостатки
Наличие уровней снижает производительность. Этот шаблон не подходит для высокопроизводительных приложений: проходить несколько уровней архитектуры для выполнения бизнес-запроса — это неэффективно.
Кроме того, добавление уровней увеличивает полную стоимость и усложняет систему.
Применение
Использовать этот подход следует для небольших, простых приложений и веб-сайтов. Также этот шаблон хорошо подходит, если бюджет и время ограничены.
Многоярусный шаблон
Контекст
При распределенном развертывании часто необходимо разделить инфраструктуру системы на отдельные подмножества.
Задача
Как разделить систему на ряд независимых в вычислительном отношении исполнительных структур — групп программного и аппаратного обеспечения, объединенных каким-нибудь средством связи?
Решение
Исполнительные структуры многих систем организованы как набор логических групп компонентов. Каждая группа называется ярусом.
Недостатки
Значительные полная стоимость и сложность.
Применение
Используется в распределенных системах.
Каналы и фильтры
Один из часто используемых шаблонов в архитектуре ПО — шаблон каналов и фильтров.
Подход «каналы и фильтры»
Контекст
Часто в системах необходимо преобразовывать потоки дискретных элементов данных от ввода к выводу. На практике многие типы преобразований повторяются неоднократно, поэтому желательно сделать из них независимые, повторно используемые компоненты.
Задача
Такие системы необходимо разделять на повторно используемые слабо связанные компоненты с простыми обобщенными механизмами взаимодействия — таким образом их можно будет удобно сочетать друг с другом. Слабо связанные компоненты с обобщенным взаимодействием легко использовать повторно. А поскольку они независимы, их выполнение можно запускать параллельно.
Решение
В этой архитектуре фильтры связаны между собой коммуникационными каналами. Первая идея заключается в том, что каждый из каналов по соображениям производительности имеет тип «точка — точка» и является однонаправленным: принимает входные данные от одного источника и направляет выходные данные в приемник.
В таком подходе выделяют фильтры четырех видов:
генератор (источник) — отправная точка процесса;
преобразователь (сопоставление) — выполняет преобразование некоторых или всех данных;
испытатель (редуцирование) — проверяет один или несколько критериев;
потребитель (приемник) — конечная точка.
Недостатки
Не лучший выбор для интерактивных систем, поскольку такая архитектура ориентирована на преобразование данных.
Чрезмерное использование синтаксического анализа и синтеза снижает производительность и усложняет написание самих фильтров.
Применение
Архитектура каналов и фильтров применяется в самых разных приложениях, особенно при решении задач, обеспечивающих простую одностороннюю обработку — например, инструменты EDI (электронный обмен данными), ETL (извлечение, преобразование и загрузка).
Пример — компиляторы: последовательно расположенные фильтры выполняют лексический, синтаксический, семантический анализ и создание кода.
Клиент — сервер
Контекст
Есть общие ресурсы и сервисы, к которым нужно обеспечить доступ большого количества распределенных клиентов, и при этом необходимо контролировать доступ или качество обслуживания.
Задача
Управляя набором общих ресурсов и сервисов, можно обеспечить модифицируемость и повторное использование, для чего общие сервисы выносятся отдельно, чтобы их можно было изменять в одном месте или в небольшом количестве мест. Требуется улучшить масштабируемость и доступность к использованию за счет централизованного управления этими ресурсами и сервисами при одновременном распределении самих ресурсов между несколькими физическими серверами.
Решение
В подходе «клиент — сервер» компоненты и соединительные элементы обладают определенным поведением.
Компоненты, называемые «клиентами», отправляют запросы компоненту, называемому «сервер», и ждут ответа.
Компонент «сервер» получает запрос от клиента и отправляет ему ответ.
Недостатки
Сервер может быть узким местом в отношении производительности, а также единой точкой отказа.
Изменять принятое решение о размещении функциональных возможностей (на клиенте или на сервере) после создания системы — это обычно сложно и дорого.
Применение
Подход «клиент — сервер» можно применять в моделировании части системы, имеющей много компонентов, отправляющих запросы (это «клиенты») другому компоненту (это «сервер»), который обеспечивает работу сервисов, — например, онлайн-приложения (электронная почта, обмен документами и банковское дело).
Модель — представление — контроллер
Контекст
Обычно в интерактивном приложении чаще других изменяется пользовательский интерфейс. Пользователям нужно видеть данные в различном представлении — например, как линейчатую или круговую диаграмму, — и оба представления должны отражать текущее состояние данных.
Задача
Как можно отделить функциональность пользовательского интерфейса от функциональности приложения и при этом обеспечить быстрый отклик на действия пользователя и изменения в базовых данных приложения?
Как создавать, поддерживать и координировать несколько представлений пользовательского интерфейса при изменении базовых данных приложения?
Решение
Шаблон «модель — представление — контроллер» (MVC) разделяет функциональность приложения на компоненты трех видов:
Модель — содержит данные приложения.
Представление — отображает некоторую часть базовых данных и взаимодействует с пользователем.
Контроллер — действует в качестве посредника между моделью и представлением и управляет уведомлениями об изменении состояния.
Недостатки
Для простых пользовательских интерфейсов такая сложность может быть чрезмерной.
Абстракции «модель», «представление» и «контроллер» могут не очень хорошо подходить в случае некоторых наборов инструментов для разработки пользовательского интерфейса.
Применение
Архитектурный шаблон MVC обычно используется в мобильных и веб-приложениях при разработке пользовательских интерфейсов.
Управляемая событиями архитектура
Контекст
Необходимо предоставить вычислительные и информационные ресурсы для обработки независимых асинхронных входящих событий, формируемых приложением, с возможностью масштабирования по мере потребности.
Задача
Создать распределенные системы, которые могут обслуживать поступающие асинхронные сообщения, связанные с событием, и масштабироваться в широком диапазоне величины и сложности.
Решение
Развернуть независимые процессы или обработчики для работы с событиями. Поступающие события ставятся в очередь. Планировщик извлекает события из очереди и передает их в соответствующий обработчик событий согласно политике планирования.
Недостатки
Возможные проблемные области — производительность и восстановление после ошибок.
Применение
Использующее такой подход приложение для электронной коммерции будет работать следующим образом:
Сервис «Заказы» получает это событие от сервиса «Покупатели» и меняет состояние заказа на «Утвержден» или «Отменен».
Архитектура на основе микросервисов
Контекст
Развертывание серверных корпоративных приложений, поддерживающих различные браузеры и нативные мобильные клиенты. Приложение обрабатывает клиентские запросы, реализуя бизнес-логику, обращаясь к базе данных, обмениваясь сообщениями с другими системами и возвращая ответы. Приложение может предоставлять API для реализации третьими сторонами.
Задача
При необходимости оптимального использования распределенных ресурсов (например, в облачных средах) монолитные приложения могут оказаться слишком большими и сложными для эффективной поддержки и развертывания.
Решение
Создание приложений в виде наборов сервисов: каждый сервис развертывается и масштабируется независимо и имеет собственную «границу», обслуживаемую посредством API. Различные сервисы могут писаться на разных языках программирования, управлять собственными базами данных и разрабатываться разными командами.
Недостатки
Системы должны быть спроектированы так, чтобы выдерживать сбои в работе сервисов, а это требует более тщательного мониторинга систем. Дополнительные расходы ресурсов на организацию работы сервисов и взаимодействия событий.
Кроме того, потребуется больше памяти.
Применение
Архитектура микросервисов применима во многих случаях, особенно когда используется большой конвейер данных. Например, микросервисная архитектура — отличный выбор для системы отчетности о продажах в розничных магазинах компании. Каждый шаг в процессе подготовки данных будет обрабатываться микросервисом: сбор, очистка, нормализация, обогащение, агрегирование данных, отчетность и т. д.
Паттерны Архитектурного проектирования (v.1.0)(Archicad)
Небольшое вступление
Всем добрый день, работаю в маленькой компании на должности bim-manager и по совместительству ведущим архитектором. Увлекаюсь, изучаю программирование. И чем больше разбираюсь, тем больше завидую.
Архитектура как отрасль очень сильно отстает от IT в плане инстурментов и методов разработки проектов. В IT давно есть среды разработки, а мы по прежнему создаем отдельные файлы и затем долго и нудно собираем их в один проект; ретроспективу после проекта некоторые основатели платных курсов называют своей уникальной методологией которую они придумали; и самое главное нету паттернов. Каждый раз в каждом проекте приходится подолгу объяснять одни и те же решения одних и тех же задач. И вот постепенно такая ситуация привела к решению, что пора сформировать/сформулировать эти самые паттерны для архитектурного проектирования. Прежде всего описанные ниже паттерны применимы к разработке в программе Archicad.
Перечень паттернов
По аналогии с программированием показалось не лишним структурировать их в зависимости от типа решаемых задач
Сборочные (или структурные)
Определяют структуру как будет разбит и собран проект или части крупного проекта. Выбор зависит от высоты здания, количества и конфигурации групп типовых элементов
Компоновщик (или древовидная типовость)
Преобразования элементов
Отвечают за решение локальных задач с геометрией. Не влияют на структуру проекта, но в некоторых случаях могут помочь ее упростить
Подмена (или заменитель)
Лосины (или натягивание на рельеф)
Координационные
Отвечают за способы взаимодействия проектировщиков или файлов с разными ключевыми задачами
Вариантные
Определяют каким образом внутри проекта будут создаваться варианты
Вариант через фильтр реконструкции (не придумал пока как короче назвать)
Подробное описание каждого
Горизонтальная типовость
Ссылка на файлы с примером реализации
Задача: разбить по типовости большой многоэтажный комплекс. При этом часть элементов может повторяться с 5 по 24 этаж, часть только с 7 по 22, еще часть с 8 по 20.
Плюсы: самая простая для понимания структура сборки. Минимум типовых этажей.
Схема:
Вертикальная типовость
Ссылка на файлы с примером реализации
Плюсы: нету повторяемости элементов. Относительно простая для понимания модель
Минусы: сложно редактировать в местах, где типовые части этажей граничат друг с другом. Очень много частей, и нужно внимательно, кратко и очень четко называть, чтоб понятно было содержимое по названию
Схема:
Компоновщик
Ссылка на файлы с примером реализации
Решение: дробим по аналогии с Вертикальной типовостью. Создаем тип1 для частей, которые повторяются на 3-24, создаем тип2 для 7-22 и в него подгружаем уже готовый тип1, создаем тип3 для 8-20 и в него подгружаем уже готовый тип2
Плюсы: нету повторяемости элементов, очень легко редактировать т.к. по мере компоновки в более крупные типовые части видна вся модель этажа, тем самым сокращается гадание на кофейной гуще высматривание элементов через фоновую ссылку как в вертикальной типовости
Минусы: очень тяжелая для первого понимания модель, долго обновляются связи в основной модели (в сборке)
Схема:
Сам себе режиссер
Ссылка на файлы с примером реализации
Один самодостаточный файл, в котором содержатся как типовые группы элементов, так и основная сборка бим модели. Актуален для небольших проектов, стадии ПП
Задача: собрать простую бим модель. Для упрощения архитектор сразу старается закладывать какую-нибудь типовость. Групп типовых элементов не так много, что бы создавать и выстраивать структуру из отдельных файлов.
Схема:
Подмена
Ссылка на файлы с примером реализации
Использование базовых функций программы по автоматическому взаимодействию геометрии, чтобы локально заменить одну часть геометрии на другую.
Задача: Например в элементе модели нужно сделать локальные вставки, или не хочется дробить и нарушать типовость в модах из-за нескольких отличающихся неключевых элементов.
Решение: Ставим колонну, или перекрытие как автоматически вычитающий элемент (можно балку и стену но не рекомендуется из-за возможных сложностей с привязками).
Минусы: подходит только для декоративных элементов, инженерии и для локальной пробы вариантов на ранних стадиях проекта.
Схема:
Проводник
Ссылка на файлы с примером реализации
Схема:
Тянущая привязка
Ссылка на файлы с примером реализации
Решение: Стены пляшущего фасада конфигурируем таким образом, чтобы привязка всегда располагалась в одном месте. Стены внутренние на каждом этаже будут ловить привязку и автоматически заполнять меняющееся пространство. Зоны так же корректно обновляются
Минусы: Мы больше не можем использовать линию привязки как объективный параметр (напр. «длина линии привязки»)
Схема:
Лосины
Ссылка на файлы с примером реализации
Примечание: Заметно только с ближних статичных ракурсов. Люмион и твинмоушен может некорректно понимать, что есть верх в такой натянутой дороге и машины/люди могут пойти по самому рельефу, как бы проваливаясь на несколько сантиметров в текстуры.
Единственный экземпляр
Ссылка на файлы с примером реализации
Нацелен на упрощение структуры и облегчение основных сборных файлов, путем отстраивания групп вертикальных элементов в полную высоту с релевантным отображением.
Наблюдатель
Ссылка на файлы с примером реализации
Задача: Крупный проект, модель здания необходимо анализировать, сопоставлять с другими моделями от инженеров, конструкторов, производить расчёты, а ещё оформлять и выводить всё это кучей разных способов. Если делать всё в одном файле с моделью, то не найдётся в мире настолько мощного компьютера, который смог бы такой файл потянуть.
Решение: Отделяем все сопутствующие задачи от модели в отдельные файлы. Модель собираем и редактируем конкретно в одном файле. В остальные подгружаем целиком как связь и проводим там все нужные операции. Например так можно отделить в файл задачу по анализу инсоляции. Грассхоппер будет связываться со специальным для этой задачи файлом, а не моделью над, которой работают архитекторы. Можно отделить подсчет объемов материалов, оформление заданий и выпуска и т д. В конечном итоге заведем шаблоны с уникальными для каждой задачи пресетами вместо того, чтобы утежелять основной шаблон.
Главный файл
Ссылка на файлы с примером реализации
Задача: Проектировщики параллельно создают варианты планировок, варианты фасадов. Их надо между собой как-то координировать, чтобы после без длительной подгонки выпустить все необходимые чертежи, визы, и тп.
Решение: выделяем в структуре проекта главный файл в котором будет собираться конечная модель из модели с планами + модели с фасадами. Для обратной связи выгружаем из главного файла PMK и затягиваем как подложки в модели планов и фасадов. Таким же образом главным файлом может быть объявлен файл модели планов или фасадов
Фантом
Ссылка на файлы с примером реализации
Задача: Такая же как и в предыдущем. Проектировщики параллельно создают варианты планировок, варианты фасадов. Их надо между собой как-то координировать, чтобы после без длительной подгонки выпустить все необходимые чертежи, визы, и тп.
Решение: Отстраиваем модель фасада с параметрами отображение элементов «все релевантные этажи». Отстраиваем модель планов этажей с отображением элементов «все релевантные этажи». В одном файле (напр с фасадами) ниже этажей основной модели +несколько этажей для отступа набиваем структуру этажей идентичную основной модели, подгружаем на доп этажи все планы и вручную в 3д стягиваем на отметки в область основной модели. В другом файле проворачиваем то же самое с фасадами, но на этажах выше основной модели + несколько этажей для отступа.
Плюсы: будут подгружены все элементы модели, включая вложенные модули. Будет осуществлятся взаимодействие с самой моделью, а не фоновой ссылкой или 2д чертежами. Каждый владеет полной бим моделью.
Минусы: Не подходит для невнимательных, т.к. можно запустить тяжелейшую рекурсию. Не подходит для слабых компьютеров
MODный вариант
Ссылка на файлы с примером реализации
Задача: В процессе разработки стадии П или ПП вам подкидывают идею/задание: «а давай это место попробуем сделать вот так». Получается, надо локально и быстро сделать другой вариант, при этом не запороть собранную модель и не перелопачивать всю структуру проекта.
Минусы: На переключение между вариантами уходит время
Вариант через фильтр реконструкции
Ссылка на файлы с примером реализации
Задача: Такая же как в предыдущем. В процессе разработки стадии П или ПП вам подкидывают идею/задание «а давай это место попробуем сделать вот так». Получается надо локально и быстро сделать другой вариант, при этом не запороть собранную модель и не перелопачивать всю структуру проекта.
Решение: создаем фильтр реконстуркции «исходный вариант» и «вариант №…», скидываем все элементы, которые надо заменить на фильтр реконструкции «исходный вариант» или базовый, в котором разрабатывается основная модель. Для этого дела нам может пригодиться панель «Фильтры реконструкции». Варианты делаем с привязкой к фильтру конструкции «вариант №….»
Плюсы: быстрое переключение между вариантами; всё в одной модели
Ссылка на папку со всеми файлами с примерами на всякий случай