نماذج معمارية البرمجيات

ما هي نماذج معمارية البرمجيات؟ التي تلعب  دورا هاما في تصميم أنظمة قابلة للتوسع، وقابلة للصيانة، ويمكن الاعتماد عليها، ويمتلك كل نموذج نقاط القوة والضعف والتي تميزه عن النماذج الأخرى، وتحدد كيفية اختيار النموذج بناء على متطلبات البرنامج. لذا دعونا ننطلق في رحلة لشرح هذه النماذج بالتفصيل، وطريقة تنفيذ كل منها.

نماذج معمارية البرمجيات

• المعمارية المتجانسة (Monolithic Architecture):

من الأنماط المعمارية والتصميمية التقليدية، حيث ترتبط المكونات ببعضها وتعمل كوحدة واحدة متناسقة ومتجانسة، ويتميز بسهولة التطوير والنشر في المستقبل، ولكن مع زيادة أعداد المستخدمين، يصبح من الصعب الحفاظ على الأداء أو توسيع النطاق.

• معمارية العميل والخادم (Client Server Architecture):

تهتم هذه المعمارية بتقسيم البرنامج إلى جزئين، وهما العميل والخادم، حيث تعتبر العملاء هي الأجهزة التي ترسل الطلبات إلى الخادم، ويقوم الخادم بدوره بالرد على هذه الطلبات والاستجابة لها، ومفيد جدا في حالة قابلية التوسع، والمعالجة الموزعة للبيانات.

• معمارية الطبقات (Layered Architecture):

يقسم النموذج الطبقي البرنامج إلى طبقات، وكل طبقة مسؤولة عن بعض العمليات المحددة، والطبقات مقسمة إلى: طبقة العرض (Presentation)، وطبقة منطق العمل (Business Logic)، وطبقة تخزين البيانات (Data Storage)، ويعزز هذا النموذج الفصل بين الاهتمامات المختلفة، والنطية، وسهولة الصيانة.

• معمارية الخدمات الموجهة (Service Oriented Architecture):

يتم تقسيم البرنامج إلى خدمات منفصلة وتتواصل مع بعضها من خلال واجهات معرفة بطريقة سليمة، وكل خدمة تؤدي وظيفة معينة، ويمكن تطوير كل خدمة ونشرها بشكل منفصل، ومن أهدافها تعزيز إعادة الاستخدام والمرونة.

• معمارية الخدمات المصغرة (Microservices Architecture):
• هي تطور نموذج الخدمات الموجهة، حيث ينقسم البرنامج إلى مجموعة من الخدمات المنفصلة، وكل خدمة مسؤولة عن تقديم أحد خدمات العمل التي يقدمها البرنامج، ويتم تطويرها ونشرها بطريقة مستقلة عن الخدمات الأخرى، ويفيد هذا النوع في قابلية التوسع، والتسليم المستمر.
• معمارية الأحداث الموجهة (Event Driven Architecture): من نماذج معمارية البرمجيات حيث تتواصل مكونات البرنامج مع بعضها وتتفاعل مع الأحداث التي تحدث داخل النظام، ويمكن تفعيل تلك الأحداث من خلال عدة عوامل وهي: أفعال المستخدم، وأحداث النظام، والعوامل الخارجية، ومفيد هذا النموذج في سرعة الاستجابة مما يجعله مناسب للأنظمة ذات التزامن العالي.
• المعمارية القائمة على المكونات (Component Based Architecture): يركز هذا النوع على مفهوم النمطية والحدات في نظام البرمجيات، من خلال تقسيم النظام إلى وحدات منفصلة، وقابلة لإعادة الاستخدام، وقابلة للاستبدال، كما يحتوي كل مكون رئيسي على مجموعة من الوظائف المحددة.

كما تتميز المكونات الداخلية لهذا النوع من نماذج معمارية البرمجيات بإمكانية دمجها مع المكونات الأخرى، مما يتيح إمكانية إعادة استخدام تلك المكونات والأكواد الخاصة بها في أماكن أخرى، وقابلية الصيانة، وتعزيز التطور السريع للبرنامج.

المعمارية المتجانسة (Monolithic Architecture)

يمكن التفكير في طريقة تنفيذ هذا النوع مثل ألعاب التركيب، حيث يتم وضع القطع مع بعضها لإنشاء نموذج موحد ومترابط، فهكذا تساهم المعمارية المتجانسة في تصميم نظام موحد من خلال ربط الأجزاء الأساسية في النظام والتجانس مع بعضها لتكوين جسد واحد يمثل النظام.

ولكن من أكبر المشاكل في ألعاب التركيب أنه في حالة أردت تغيير أحد الأجزاء، فلابد من الإخلال بالنموذج بأكمله، وهكذا المعمارية المتجانسة، فإضافة التغييرات لجزء ما داخل النظام، يؤثر على باقي الأجزاء بسبب الترابط الداخلي للمكونات، ولكنه ما زال من أفضل نماذج معمارية البرمجيات في بعض الحالات، مثل البرامج الصغيرة، والبرامج ذات المتطلبات السهلة.

معمارية العميل والخادم (Client Server Architecture)

يمكن وصف هذا النوع بعلاقة الزبون والويتر في المطعم، حيث يقوم الويتر (الخادم) باستقبال طلبات الزبون (العميل) عن الأطعمة والمشروبات التي يفضلها، ويعتبر الأشهر في نماذج معمارية البرمجيات.

• العملاء (Clients): هي الأجهزة أو البرامج التي تطلب خدمات أو موارد معينة من الخوادم، ويمكن أن يكون العملاء عبارة عن أجهزة حاسوب، أو هواتف ذكية، أو أي جهاز آخر يمكن إرسال الطلبات عبر الشبكة، ويتم إرسال الطلبات للخادم من خلال واجهات أمامية للحصول على خدمات وبيانات معينة.
• الخوادم (Servers): هي أجهزة حاسوب قوية أو برامج تقدم خدمات وموارد للعملاء عبر الشبكة، وتنتظر الخوادم الطلبات من العملاء، ثم تعالج هذه الطلبات، وترسل البيانات المطلوبة، أو تؤدي المهام المطلوبة، وتختلف الخوادم بدءا من خوادم الويب التي تسلم صفحات الويب، إلى قواعد البيانات المعقدة التي تخزن وتستعيد البيانات.

معمارية الطبقات (Layered Architecture)

• طبقة العرض (Presentation Layer): أعلى طبقة في النظام وهي الواجهة الأمامية للمستخدم، والتي تتفاعل بشكل مباشر مع المستخدمين ومسؤولة عن عرض المعلومات والتقاط مدخلات المستخدم المختلفة، وفي برامج الويب تتكون هذه الطبقة من صفحات الويب، واجهة المستخدم، أو مكونات واجهة المستخدم الرسومية (GUI).
• طبقة البرنامج (Application Layer): تسمى أيضا بمنطق العمل لأنها تحتوي على الجوهر المنطقي لهذا البرنامج، وتتعامل مع بعض المهام، مثل: معالجة مدخلات المستخدم، وتطبيق قواعد العمل، وتنسيق التفاعل بين أجزاء النظام المختلفة.
• طبقة البيانات (Data Layer): المسؤولة عن إدارة تخزين واستعادة البيانات، وتتفاعل بشكل مباشر مع قاعدة البيانات، وأنظمة الملفات، والخدمات الخارجية الخاصة بتخزين واستعادة البيانات، وتلخص التفاصيل الداخلية لتخزين البيانات وتوفر واجهة متناسقة لباقي أجزاء البرنامج للوصول الصحيح إلى البيانات.

معمارية الخدمات الموجهة (Service Oriented Architecture)

من أهم نماذج معمارية البرمجيات، ويتكون من:

• الخدمات (Services): الخدمات هي وحدات مستقلة الوظيفة والتي تؤدي مهام محددة، وتكشف تلك الخدمات عن وظائفها من خلال واجهات معرفة مسبقا، من خلال معايير مثل Simple Object Access Protocol (SOAP) or Representational State Transfer (REST)، ويمكن تطبيق الخدمات باستخدام تقنيات مختلفة ومنصات متنوعة.
• التوافقية (Interoperability): يعزز هذا النوع من نماذج معمارية البرمجيات مدى التوافق بين الخدمات، وهذا يعني أنه يمكن للخدمات التواصل والتفاعل مع بعضها بغض النظر عن التقنية أو المنصة المبنية عليها تلك الخدمة، وهذا يساعد المؤسسات في التكامل مع مختلف الأنظمة والبرامج.
• التباعد (Loose Coupling): الخدمات في هذه المعمارية متباعدة بشكل مناسب، حيث تستقل كل خدمة بذاتها، ويتم تطوير وتحسين كل خدمة بعيدا عن الأخرى، فالتغييرات في خدمة ما لا يتطلب التغيير في باقي الخدمات، طالما ظلت واجهة المستخدم متناسقة، وهذا يعزز المرونة والرشاقة في تطوير البرمجيات.
• مبدأ إعادة الاستخدام (Reusability): تشجع معمارية الخدمات الموجهة على إعادة استخدام الخدمات خلال مختلف البرامج والعمليات التجارية، فبدلا من بناء نفس الوظائف عدة مرات، يمكن للشركات تطوير الخدمات مرة واحدة فقط، واستخدام تلك الخدمات بطرق مختلفة، مما يقلل تكاليف وجهد عملية التطوير.
• قابلية التوسع والصيانة (Scalability and Maintainability): تقسيم النظام إلى وحدات صغيرة مستقلة يسهل عملية الصيانة والتطوير المستمر للبرنامج، حيث يمكن نشر الخدمات وتوسعها بشكل مستقل على حسب الطلب، والذي يعتبر مهم جدا في نماذج معمارية البرمجيات، فالتغيير في أحد الخدمات لا يؤثر بشكل أو بآخر على النظام بأكمله.

اختيار نماذج معمارية البرمجيات المناسبة للنظام الخاص بك من الأمور الهامة والتي تتطلب معرفة جيدة بمعايير النظام، ومتطلبات العملاء والمستخدمين، وقيود التكلفة، ونهج التطوير المستخدم مع النموذج، ويمكن الاستعانة بالخبراء في اتخاذ مثل تلك القرارات المهمة.