معمارية وتصميم البرمجيات

معمارية وتصميم البرمجيات هي عملية التخطيط الكاملة لكيفية تطبيق وتصميم وإدارة النظام، وتتضمن تلك العملية

طريقة التفاعل بين المكونات الداخلية، واتخاذ القرارات الملائمة للنظام بشكل يناسب نوع التجارة الخاص بالنظام، مع

اتباع منهجيات التصميم والتنفيذ المناسبة.

أساسيات معمارية وتصميم البرمجيات

• تهدف أساسيات معمارية البرمجيات إلى بناء أنظمة متوافقة مع متطلبات العملاء، والمستخدمين، وأصحاب

المصلحة المعنيين، كما تساهم المعمارية الجيدة في تقليل المخاطر المرتبط بالحلول التقنية، كما تربط بين متطلبات التجارة ومتطلبات التقنية.

• توجد أربعة أنواع من معمارية البرمجيات، مثل: معمارية العمل (Business Architecture) والتي تركز على استراتيجيات التجارة والتنظيم الجيد، ومعمارية البرمجيات (Software Architecture) التي تعد المخطط الرئيسي للنظام، وأيضا توجد معمارية المعلومات (Information Architecture)، ومعمارية تكنولوجيا المعلومات (Information Technology Architecture).

نماذج معمارية البرمجيات

• المعمارية المتجانسة (Monolithic Architecture):

من نماذج معمارية وتصميم البرمجيات، وتعتمد على بناء النظام كوحدة واحدة متجانسة، وله مميزات مثل سهولة التطوير، ولكن يحتوي على بعض الصعوبات مثل صعوبة قابلية الصيانة.

• معمارية العميل والخادم (Client Server Architecture):

يتم تقسيم النظام إلى جزئين، فجزء العميل هو الذي يقوم بإرسال طلبات للحصول على الموارد والبيانات إلى الخادم،

والذي بدوره يقوم بالرد على تلك الطلبات.

• معمارية الطبقات (Layered Architecture):

يقوم هذا النموذج بتقسيم النظام إلى طبقات متتالية، ومن ضمن تلك الطبقات طبقة العرض (Presentation)، وطبقة

المنطق التجاري (Business Logic)، وطبقة تخزين البيانات (Data Storage).

الأنماط المعمارية والتصميمية

• نمط المصنع (Factory Pattern):

من أنماط معمارية وتصميم البرمجيات، والتي تساهم في إنشاء كائنات بأنواع مختلفة، ويمكن فهم هذا النمط من

خلال الحسابات البنكية، حيث يوجد عدة أمثلة من الحسابات، مثل: الحساب الجاري، وحساب التوفير، وحساب استثمار،

وكل منهم يندرج من الكائن الرئيسي.

• نمط MVC:

أشهر أنماط التصميم المستخدمة في معظم البرامج والأنظمة، وينقسم إلى ثلاثة أجزاء: جزء العرض (View) لعرض

المعلومات للمستخدم، وجزء النموذج (Model) لنمذجة البيانات، وجزء وحدة التحكم (Controller) للتحكم في المعلومات

بين الأجزاء، فاستخدام الأنماط المعمارية المعروفة لبناء وتخطيط النظام يعتبر من أفضل الممارسات التي يفضل تبنيها

داخل البرنامج، كما تساعد في إتاحة قابلية التوسع والصيانة، وبالتالي القدرة على تحمل الطلبات الزائدة.

مبادئ التصميم الجيد

• فصل الاهتمامات (Separation of Concerns): من ضمن مبادئ معمارية وتصميم البرمجيات، والتي تعزز الوضوح والفهم من خلال فصل أماكن التركيز، وقابلية الصيانة والتوسع من خلال التركيز على التغييرات المحلية، والتعاون بين المطورين في تنفيذ المهام.
• التغليف والتجريد (Encapsulation and Abstraction): تساعد منهجيات البرمجة الكائنية التوجه (OOP) في جمع البيانات والوظائف في كائن واحد، والقدرة على بناء تمثيلات واضحة.
• الاقتران المنخفض (Loose Coupling): الاقتران هو مدى الترابط بين مكونات البرنامج الداخلية، فالترابط القوي يدل على قوة اعتماد المكونات على بعضها، وبالتالي يؤثر التغيير في إحداها على الأخرى، أما الترابط الضعيف يسهل عملية التغيير والإضافة في النظام.

تصميم الأنظمة

تصميم الأنظمة هي جزء من معمارية وتصميم البرمجيات، وتتضمن دورة حياة تصميم الأنظمة التي تتمحور حول التخطيط الجيد للنظام، وإنشاء التصميم، واختبار التصميمات من قبل العملاء والمستخدمين، والتنفيذ السليم لتلك المكونات.

أيضا تتضمن بعض الآليات الهامة التي يجب اتباعها، مثل: دراسة الجدوى للبرنامج الذي يتم تطويره، وتصميم الواجهات الأمامية والهيكلية، وتنفيذ الكود باستخدام معايير الكود المتفق عليها، وتطبيق عمليات الاختبار، ونشر النظام المبدئي للمستخدمين، والتأكد من ضمان استمرار الصيانة.

يحتوي ذلك الجزء على بعض التحديات، مثل: غموض المتطلبات وانعدام وضوحها، والتغير المستمر للمتطلبات، والذي

يشكل عائق كبير للمصممين والمطورين، والتغيرات التقنية، ومشاكل الوحدات مع بعضها، والمخاوف الأمنية.

تستطيع قراءة: مقدمة إلى نمذجة البرمجيات

النمذجة والتوثيق

معمارية وتصميم البرمجيات الجيدة تحتوي على أساليب النمذجة والتوثيق كشئ أساسي، ومن ضمن عناصر النمذجة، قاموس البيانات (Data Dictionary)، ومخطط علاقة الكيان (Entity Relationship Diagram)، ومخطط سريان البيانات (Data Flow Diagram)، ومخطط الحالة الإنتقالية (State Transition Diagram)، ومواصفات التحكم (Control Specs)، ومواصفات العملية (Process Information)، ووصف كائن البيانات (Data Object Description).

كما توجد بعض مبادئ التوثيق التي تساعد في كتابة توثيق مناسب للمشروع البرمجي، مثل: الكتابة من منظور القارئ، وتجنب التكرار الغير ضروري، وتجنب الغموض والمعلومات الخاطئة والمختلفة، واتباع معايير محددة للحفاظ على الاحترافية والدقة في كتابة التوثيق، وتنظيم وهيكلة المحتوى بطريقة مناسبة للقراء.

معمارية البرمجيات الموزعة

الأنظمة الموزعة هي مجموعة من أجهزة الحاسوب المتصلة مع بعضها، وتهدف لتنفيذ هدف واحد، وتحتوي على بعض الخصائص، مثل: التزامن (Concurrency)، والتواصل (Communication)، والشفافية (Transparency)، والتسامح مع الخطأ (Fault Tolerance)، وقابلية التوسع (Scalability)، والتناسق والنسخ (Consistency and Replication)، والأمان (Security)، وتوازن الأحمال (Load Balancing)، والخوارزميات الموزعة (Distributed Algorithms).

كما تحتوي معمارية وتصميم البرمجيات على نماذج التواصل التي تحدد طريقة تفاعل نقاط الأحمال مع بعضها، ومنها: نموذج الطلب والاستجابة (Request Response Model) المستخدم في معمارية العميل والخادم، ونموذج النشر والاشتراك (Publish Subscribe Model) المستخدم في معمارية الأحداث الموجهة، وصفوف الرسائل (Message Queues) التي تستخدم كأماكن لتخزين الطلبات في معظم الأنظمة الموزعة.

التحليل والتحسين

عملية التحليل الجيد لمتطلبات النظام واستمرار التحسين على مستوى الكود من أهم خصائص معمارية وتصميم البرمجيات، وتهدف تلك العمليات إلى موافقة الرؤى والقيم، والتميز والكفاءة في استخدام الموارد والبنية التحتية، وحل مشاكل معمارية البرمجيات، وتحليل الهيكلية باستخدام المقاييس المختلفة.

تساهم مقاييس البرمجيات (Software Metrics) في توفير البيانات لمتابعة التغيرات المستمرة على مستوى التصميم

والكود، والتحكم في تلك التغييرات بهدف رؤية أفضل لتطور البرنامج والمساهمة في تحسين نقاط الضعف المختلفة، وأيضا تساعد على تصميم الحلول الإبداعية، واكتشاف جوانب الجودة المختلفة من أجل الحفاظ على بيئة مناسبة.

الأمان والخصوصية في التصميم

يعد الأمان هو الوسيلة الوحيدة للدفاع عن معمارية وتصميم البرمجيات وخاصة البنية التحتية للبرنامج، حيث يمتلك

الأدوات التي تساهم في حماية ممتلكات الشركة من أجهزة، وبيانات، وخدمات، ويحاول العديد من المبرمجين حول

العالم اختراق الشركات بهدف سرقة البيانات، أو الإتلاف بسمعة الشركة.

من أهميات الأمان والخصوصية التصدي للهجمات الأمنية بمختلف أشكالها، والحفاظ على خصوصية البيانات، مثل

اللائحة العامة لحماية البيانات (GDPR)، حماية الملكية الفكرية للمؤسسات والأشخاص، ومنع الخسائر المالية، وذلك

نتيجة

سرقة البيانات، وإدارة سمعة الشركة والحفاظ عليها ضد المخترقين الذين يحاولون تشويه تلك الصورة الحسنة.

استراتيجيات التحديث والتطوير

لتقديم منتجات تساهم في تغيير المجتمع، لابد من اتباع منهجيات التحسين والتطوير المستمر في إدارة الشركة، ومن

ضمن استراتيجيات التحديث والتطوير في معمارية وتصميم البرمجيات: استخدام منهجيات التطوير مثل Agile، واتباع

منهجيات DevOps، وإعادة بناء الكود (Refactoring)، والاهتمام بالتوثيق، والتحكم في الإصدارات من خلال Git.

كما تساهم اختبارات قبول المستخدم في تحسين المنتج باستمرار من خلال تعليقات المستخدمين، والتكرار بناء على ذلك، لذا فإدارة المخاطر والقدرة على احتوائها، وتصميم البرمجيات بطريقة عملية واستراتيجية يساهم في نجاح المشروع.

وبشكل كبير، ووجود كفاءات وخبرات قادرة على تنفيذ تلك العمليات بنجاح من أهم العوامل، حيث يساهم كل منهم في

نجاح المشروع بطريقته الخاص، ولابد من تحسين طريقة التعامل والإدارة الجيدة للموظفين، للحصول على أفضل نتيجة

ممكنة تنعكس على النظام.