تعد الأنماط المعمارية والتصميمية بمثابة العمود الفقري لصناعة البرمجيات والتطور السريع للبرامج والأنظمة، وسواء كنت مبتدءا أو ذو خبرة في المجال، فلابد من فهم تلك الأنماط المستخدمة في إنشاء البرامج، وذلك لتنفيذ حلول مناسبة للمشاكل التي قد تواجهك في المستقبل، وإنشاء أنظمة فعالة وقابلة للتطوير.

الأنماط المعمارية والتصميمية

تلعب هذه الأنماط دورا هاما في تطوير البرمجيات، من خلال توفير حلول مناسبة وموحدة، تعمل على تحسين التواصل بين المطورين، وإنشاء لغة مفهومة لمناقشة مبادئ التصميم، كما تضيف أنماط التصميم الكثير من الفوائد لتطوير البرمجيات، أهمها:

• مبدأ إعادة الاستخدام (Reusability): توفر الأنماط المعمارية حلول قابلة لإعادة الاستخدام للمشاكل المشهورة، مما يقلل الحاجة إلى إعادة اختراع العجلة، وتعزيز إعادة استخدام الأكواد مرة أخرى.
• المرونة (Flexibility): صممت تلك الانماط لكي تكون قابلة للتعديل، مما يساعد أن يكون التصميم وفقا لمتطلبات العملاء والمستخدمين المحددة منذ البداية.
• التواصل (Communication): تعزز الأنماط المعمارية والتصميمية اللغة المشتركة للتواصل بين المطورين، وتحسن التواصل الفعال والتعاون.
• قابلية الصيانة (Maintainability): تهدف معايير التصميم والمعمارية إلى بناء كود يمكن تعديله في المستقبل، وقابل للفهم من قبل الأعضاء الجدد أو زملاء العمل، ويسهل نشره مع مرور الوقت.

أنواع أنماط التصميم

تقسم الأنماط المعمارية إلى عدة أقسام، وكل نوع يهتم بتقديم حلول مناسبة لبعض الحالات والأنظمة، وبناء على المتطلبات يتم تحديد النوع المستخدم في التصميم.

أنماط الإبداع Creation Patterns

من أقدم الأنماط المعمارية والتصميمية، ويشمل هذا النوع مجموعة من الأنماط، مثل: نمط المصنع (Factory Pattern)، ونمط المراقب (Observer Pattern)، والنمط المفرد (Singleton Pattern)، وتستخدم تلك الأنماط والأساليب في حل مشاكل التصميم، مثل: كيفية إنشاء الكائنات، وكيفية التواصل بين الكائنات وبعضها، وكيفية إدارة العمر الافتراضي لتلك الكائنات.

نمط المصنع Factory Pattern

يستخدم نمط المصنع (Factory Pattern) في إنشاء الكائنات ذات الأنواع المختلفة، ويعتبر اختيار جيد في تلك الحالة، ولكن لا يمكنك إنشاء تلك الكائنات بشكل مباشر من خلال ذلك النمط.

مثال: عند تطوير الأنظمة البنكية، فيحتاج المطور إلى إنشاء أنواع مختلفة من الحسابات، مثل: حساب التوفير، وحساب جاري، وحساب استثمار، فبدلا من كتابة كود خاص بكل حساب، يمكنك من خلال نمط المصنع إنشاء كائن رئيسي، ثم إنشاء الحسابات كلها بناء على الكائن الرئيسي، واستخدام نظام الوراثة (Inheritance).

نمط المراقب Observer Pattern

من الأنماط المعمارية والتصميمية، ويستخدم لإعلام الكائنات بالتغييرات الطارئة على الكائنات الأخرى، ومناسب لإبقاء الكائنات على علم بالتغييرات والتحديثات المستمرة.

مثال: في حالة تطوير منصة لتداول الأسهم، ويريد المطور إعلام المستخدمين بأسعار الأسهم المتغيرة بمرور الوقت، فيمكن استخدام نمط المراقب لإنشاء كائن يسمي (Subject Class) يعرض بيانات الأسهم، وكائن آخر يسمى (Observer Class) يعبر عن المستخدمين، وعند حدوث التغييرات في أسعار الأسهم، يقوم الكائن الأول بإعلام جميع الكائنات الأخرى (Observers) بالتحديثات.

الأنماط الهيكلية Structural Patterns

من ضمن الأنماط المعمارية والتصميمية، وتستخدم لبناء الأنظمة الكبيرة والمعقدة، وتحتوي على أنماط مختلفة، مثل: النمط المركب (Composite Pattern)، والنمط المزخرف (Decorator Pattern)، والنمط الزائف (Façade Pattern)، وعادة ما تستخدم تلك الأنماط في تنظيم الكود، وجعل الكود في شكل وحدات، وقابل لإعادة الاستخدام، أو لإخفاء بعض التفاصيل المعقدة.

النمط المركب Composite Pattern

في غالب الأمر نحتاج هذا النمط لجمع الكائنات في هيكلية شجرية، ويعد خيار جيد في حالة الاحتياج لذلك، ويساهم في التعامل مع الكائنات الداخلية للنظام كوحدة واحدة.

مثال: باعتبار التنظيم المالي للشركة، والذي يعبر عن هيكل هرمي للأقسام والشعب الداخلية في كل قسم، فيمكن استخدام النمط المركب لعرض التنظيم المالي للشركة من خلال الكود، حيث يمكن عرض كل قسم وشعبة ككائن مركب، ثم جمع تلك الكائنات لإنشاء تسلسل هرمي للكائنات يساهم في فهم الصورة الكبرى.

النمط المزخرف Decorator Pattern

من الأنماط المعمارية والتصميمية لإضافة بعض العمليات والوظائف داخل الكائن بدون التغيير في صنف الكائن (Object’s Class)، ومناسب جدا لهذه الحالة تحديدا.

مثال: عند تصميم نظام ما، وتريد وضع قاعدة تتحق من عمر الشخص قبل استخدام النظام على ألا يقل عن 18 عاما، ففي تلك الحالة يمكن استخدام هذا النمط لإنشاء decorator class والذي يستخدم لإضافة شرط التحقق من العمر في النظام، كما يمكنك من استخدام تلك الطريقة في عدة حالات أخرى.

النمط الزائف Façade Pattern

عادة ما يستخدم لإخفاء بعض التفاصيل المعقدة الداخلية في النظام، وفي حالة أردت تقديم واجهة بسيطة للعميل بدون الدخول في التفاصيل المعقدة الأخرى.

مثال: باعتبار نظام مالي معقد يتكون من عدة مكونات تتفاعل مع بعضها، مثل: إدارة الحسابات (Accounts Management)، ومعالجة العمليات (Transactions Processing)، والتقارير (Reporting)، فيمكن استخدام النمط لإنشاء façade class لتوفير واجهة مناسبة للسمتخدمين للتفاعل مع النظام، مع إخفاء التفاصيل الداخلية، ويساعد المستخدم في فهم طبيعة النظام، وكيفية التعامل معه.

نمط التصميم MVC

من أشهر وأهم أنماط ومبادئ التصميم الجيد، والتي تقسم البرنامج إلى ثلاثة أجزاء رئيسية: النموذج (Model)، والعرض (View)، وحدة التحكم (Controller)، مما يسهل إدارة وصيانة كود المصدر للنظام، كما يسمح بإعادة استخدام الوحدات البرمجية ويعزز اتباع مناهج اكثر نمطية في تطوير البرمجيات.

• يقسم هذا النمط البرنامج إلى مجموعة من المكونات، نموذج البيانات (Data Model)، ومعلومات العرض (Presentation Information)، ومعلومات التحكم (Control Information)، ولابد من فصل تلك المكونات إلى كائنات مختلفة.
• فصل تلك المكونات، يساهم في جعل كل مكون منها مسؤول عن جانب محدد من وظائف النظام، مما يسعل صيانة النظام، وامتداد عمليات التطوير بطريقة سلسة، فالتغيير في أحد المكونات لا يتطلب التغيير في المكونات الأخرى.

مكونات نمط التصميم MVC

النموذج Model

من مكونات النمط الشهير في الأنماط المعمارية والتصميمية MVC، وهو المسؤول عن عرض البيانات والمنطق التجاري للبرنامج قد التطوير، أيضا يعتبر المسؤول عن تنظيم وإدارة بيانات النظام، ومعالجة قواعد العمل المختلفة، والاستجابة لطلبات المكونات الأخرى في النظام عن طريق توفير البيانات المطلوبة.

العرض View

هذا الجزء مسؤول عن عرض البيانات التي تم إرسالها من قبل النموذج (Model) للمستخدم بشكل مناسب، ويرسل مدخلات المستخدم إلى وحدة التحكم (Controller)، ومن سلبيات ذلك المكون أنه لا يتفاعل بشكل مباشر مع النموذج، وبدلا من ذلك يتلقى البيانات من النموذج ويرسل تلك المدخلات إلى وحدة التحكم لمعالجة تلك البيانات وتخزينها.

وحدة التحكم Controller

يعمل كوسيط بين النموذج والعرض، ويساهم في معالجة مدخلات المستخدم، وتحديث النموذج بناء على البيانات المدخلة، ويقوم بتحديث العرض أيضا لعكس نتائج المدخلات في واجهة المستخدم، ويحتوي على المنطق التجاري للبرنامج، مثل: التحقق من المدخلات (Input Validation)، وتحويل البيانات (Data Transformation).

استخدام الأنماط المعمارية والتصميمية عند بناء النظام الخاص بك من أفضل الممارسات في صناعة البرمجيات، حيث توفر عليك الكثير من الوقت المهدر في التعديل والصيانة للكود الغير منظم، كما تساعد في إنشاء أنظمة آمنة، وقابلة للتطوير مع مرور الوقت بدون الحاجة إلى التغيير في أجزاء النظام كلها.

لابد من التوعية بشأن استخدام تلك الأنماط في بناء الأنظمة، وحث الشركات على استخدامها، لجعل بيئة وتجربة المستخدم أفضل.