مع سرعة تطور وتغير مجال البرمجيات في هذا العصر الحديث، ويتزايد الاهتمام بمعمارية البرمجيات وطريقة تنفيذها يوما تلو الآخر، فهي الهيكل الذي يدعم القوى الرئيسية في البرامج، والمساهمة في توافق العناصر لتنفيذ الأهداف التجارية، وبالنسبة لكبار مهندسي البرمجيات، يعد هذا الأمر بالغ الأهمية.

أهمية التحليل والتحسين

موافقة الرؤى والقيم

تعد تلك الموافقة أمر غير قابل للنقاش في صناعة البرمجيات، فمع تكدس السوق، تعتبر أنظمة البرمجيات المنحرفة عن الأهداف الإستراتيجية للشركة أشبه بسفينة بلا شراع، كما تعمل البنية التحتية ومعمارية النظام بمقابة البوصلة التي توجه تلك السفينة.

يساعد توافق بناء البرمجيات مع أهداف العمل في إطلاق منتجات لا تلبي احتياجات السوف وحسب، بل يدفع ذلك المنتج إلى الصدارة والتنافس بقوة.

التميز والكفاءة

تساهم آليات التحليل والتحسين في توسع البرمجيات وتطورها بشكل ملحوظ، حيث تشهد معظم البرامج إنحدارا في الأداء بعد التوسع الشديد في قواعد بياناتها وزيادة عدد المستخدمين، لذا يساعد التحليل المنتظم لعمارية النظام يبقي على النظام قويا وقابل للتطوير والاستمرار والعمل بفاعلية.

مشاكل معمارية البرمجيات

مع مرور الوقت، يبدأ التصميم الأصلي لمعمارية البرنامج في التلاشي والضعف، بسبب عوامل التعرية، فكما الحال في المباني التي تترك للعوامل الجوية، فتؤدي عوامل التعرية إلى حدوث تشققات في المبنى، وفي حالة البرامج تزداد الديون التقنية، والتي تجعل من الصعب صيانة وتحسين النظام أو تطويره.

لذا تساعد عمليات التحليل والتحسين في هيكلية الأنظمة في اكتشاف تلك المشاكل مبكرا، والعمل على إصلاحها قبل أن تتطور وتؤثر على النظام بأكمله.

تحليل معمارية البرمجيات

تساعد مقاييس البرمجيات (Software Metrics) في توفير البيانات للمطور من أجل التحكم واقتراح تصميمات جديدة، ويقال دائما أنه لا يمكن التحكم في الأشياء التي لا يمكن قياسها، وهذا ينطبق بشكل واضح على تطوير البرمجيات.

استخدام المقاييس يساعد في رؤية تطور النظام، والأماكن التي يزداد فيها التعقيد، وخاصة التي تتعلق بأفضل ممارسات البرمجة كائنية التوجه أو معمارية البرمجيات، كما تساعد أيضا في إعطاء بعض الملاحظات عن الأماكن التي يصعب فيها الصيانة بسبب ترابط المكونات.

وجود الأدوات التي تساعد في التحليل والتحسين لأنظمة البرمجيات هو أمر ضروري لتمييز تصميم الأشياء التي يتم بناؤها، وتحسين الأفكار، وواكتشاف جوانب الجودة المختلفة من أجل الحفاظ على قابلية الصيانة والتوسع للبرنامج قدر الإمكان.

التحليل الثابت للكود Static Code Analysis

التحليل الثابت للكود هي طريقة لمعالجة وتصحيح الأخطاء (Debugging) من خلال فحص كود المصدر قبل تشغيل البرنامج، ويتم هذا عن طريق مقارنة وتحليل أجزاء من الكود، بأجزاء محددة من قواعد كتابة الكود.

التعقيد الدائري Cyclomatic Complexity

من مقاييس التحليل وتعتبر المقياس الكمي لعدد المسارات المستقلة بشكل خطي في الكود، وتختلف عن عدد المسارات خلال كود ما، وتعني أنها كلما زادت عدد التفرعات داخل دالة ما، كلما زادت صعوبة الحفاظ على نموذج التشغيل الخاص بها.

التماسك Cohesion

تشير إلى ما يمكن للكائن فعله، فالتماسك الضعيف (Low Cohesion) يشير إلى قيام الكائن بمجموعة كبيرة من الإجراءات، وتعني أن الكائن لا يمكنه التركيز على ما يجب فعله فقط، بل يتسع نطاقه لأبعد من ذلك، بينما يشير التماسك المرتفع(High Cohesion)  إلى أنه يمكن للكائن التركيز على ما يجب فعله فقط.

الاقتران Coupling

من مقاييس التحليل والتحسين وتقيس مدى ترابط واعتماد كل كائن على الآخر، فالكائنات ذات الاقتران المنخفض (Low Coupling) لا تتأثر بتغير بعض الأشياء داخل الكائنات الأخرى، أما الكائنات ذات الاقتران المرتفع (High Coupling) تجعل من الصعب تحسين وتغيير الكود، وهذا يرجع لقوة ترابط الكائنات والتغيير فيها يتطلب التغيير في النظام بأكمله.

التعقيد Complexity

تشير إلى صعوبة فهم ووصف التفاعلات الداخلية بين عدد من المكونات الرئيسية، فزيادة مستوى التعقيد في البرمجيات يزيد من خطر التدخل الغير متعمد في عمليات المكونات الداخلية، وبالتالي زيادة فرص وجود مشاكل وأخطاء عند التغيير.

أدوات قياس التحليل والتحسين

JDepend

تساعد هذه الأداة في تحليل كود لغة جافا، وأثناء التنفيذ تجتاز الوحدات المصغرة في البرنامج من كائنات، وملفات، وتولد مقاييس خاصة بجودة التصميم لكل حزمة من حزم الكود، فهي تساعد في قياس الجودة بشكل تلقائي، وتكون النتائج من منظور قابلية التوسع، وإعادة الاستخدام، وقابلية الصيانة، لإدارة الحزم والتحكم فيها بشكل فعال.

Code-Maat

هي أداة لكتابة الأوامر (Command Line) تستخدم لتحليل البيانات الخاصة بأنظمة التحكم في الإصدار (Version Control Systems)، وتساعد المطورين في فهم بعض جوانب تصميم البرمجيات من خلال البحث في إصدارات البرنامج عن: الكائنات التي تتغير مع بعضها، والكائنات التي تحتوي على مراجعات مستمرة، والكائنات ذات الاقتران المرتفع، وغيرها.

CodeMR

تحلل كود المصدر الموجود على الجهاز الخاص بك، وتحتفظ بملفات النماذج والرسوم البيانية في ملف العمل الخاص بك، ولا تشارك كود المصدر الخاص بك مع أنظمة الطرف الثالث بأي شكل من الأشكال، وتعد CodeMR مفيدة جدا وتساعد الفرق في فهم هيكلية المشروع، وتنفيذ مقاييس التعقيد والاقتران والتماسك بكل سهولة.

IntelliJ

يستخدم محرر الكود الشهير IntelliJ في التحليل والتحسين، حيث يساعد في جمع البيانات الخاصة بالعمليات، واستخدامات الحزم، كما يمكنك العثور على إضافات بداخل هذا المحرر خاصة بالتحليل الثابت للكود، كما يساعد أيضا في سحب تلك البيانات بصيغ txt, csv مما يسهل تحليل وعرض تلك البيانات.

تحسين معمارية البرمجيات

من العمليات المهمة في تطوير البرمجيات، وتهدف إلى المساهمة في اتخاذ قرارات التصميم وبناء هيكلية النظام، وتتضمن تحليل خصائص جودة معمارية البرمجيات، مثل: الأداء، وقابلية التوسع، وقابلية الصيانة، والمصداقية، والأمان.

الغرض من تحسين معمارية البرمجيات

الغرض الأساسي من تحسين الهيكلية هو التأكد أن تلك المعمارية تلبي خصائص الجودة المطلوبة، وتلبي احتياجات النظام، كما تساعد في تحديد المخاطر المحتملة والمشاكل مبكرا أثناء عملية التطوير، مما يسهل تفادي تلك الأخطاء والعمل على إصلاحها، وهذا يساعد المطورين بشكل كبير لتحسين وزيادة الإنتاجية.

طرق تحسين معمارية البرمجيات

• الفحص والمراجعة: تتضمن عمليات التحليل والتحسين الفحص اليدوي للمعمارية من قبل مهندسي البرمجيات ذوي الخبرة في بناء معمارية البرامج، لتحديد عيوب التصميم، والتناقضات، وانتهاكات المبادئ المعمارية.
• قوائم المراجعة: استخدام قوائم مراجعة معرفة مسبقا بناء على أفضل الممارسات ومبادئ تصميم المعمارية للتقييم المنهجي والسليم للتصميم، وخاصة الأمان والخصوصية في التصميم.
• مقاييس التحليل: تستخدم مقاييس التحليل التي ذكرناها مسبقا في تحسين خصائص معمارية البرمجيات، مثل: التماسك، والاقتران، والتعقيد.
• النمذجة والمحاكاة: استخدام الأدوات والتقنيات في محاكاة سلوك النظام في ظل ظروف مختلفة، لتقييم الأداء: وقابلية التوسع، والمصداقية.
• النماذج الأولية: بناء النموذج الأولي وتنفيذه للتحقق من صحة المعمارية قبل بدء التنفيذ، ومراجعة القرارات الخاصة بالتصميم.

تكرار العملية

تحسين المعمارية هي عملية تكرارية، فالتقييم المستمر طوال دورة حياة تطوير البرمجيات، تضمن تطور معمارية البرمجيات، لتلبية احتياجات العمل المتغيرة، ومواكبة السوق والتقنيات المتغيرة بشكل مستمر مع تطور الصناعة.

تتطلب هندسة البرمجيات التحليل والتحسين المستمر في البرامج والأنظمة بمختلف أنواعها، لمواكبة سرعة تطور السوق، والقدرة على المنافسة مع الشركات الناشئة، وأيضا تنفيذ أفضل الممارسات في بناء معمارية الأنظمة لضمان الأداء الجيد.