مبادئ التصميم الجيد

مبادئ التصميم الجيد في صناعة البرمجيات هي مجموعة من الاعتبارات الهامة أثناء تصميم النموذج الخاص بالنظام، وتشكل تلك الاعتبارات القاعدة الأساسية للبرنامج، كما تساعد المبادئ الفرق المختلفة في اتخاذ القرارات بناء على معايير محددة.

مبادئ التصميم الجيد

تتميز مبادئ التصميم بالتوازن بين عدة ضوابط محددة يمكنك تطبيقها في النظام الخاص بك، مثل: تحليل الموازنة، والموازنة بين الاحتياجات المتعارضة، واتخاذ القرارات بشأن اختيارات التصميم التي ستؤثر على النظام بأكمله.

من أشهر المبادئ في تصميم الأنظمة: فصل الاهتمامات (Separation of Concerns)، التغليف والتجريد (Encapsulation and Abstraction)، والاقتران المنخفض مع التماسك العالي (Loose Coupling and High Cohesion)، وقابلية التوسع والأداء (Scalability and Performance)، والمرونة في تحمل الأخطاء (Resilience to Fault Tolerance)، والأمان مع الخصوصية (Security and Privacy).

فصل الاهتمامات

من أساسيات مبادئ التصميم الجيد التي تشجع على تنظيم الكود وجعله قابل للصيانة، مع ضمان نمط الوحدات وفصل الاهتمامات، ويمكن المطورين من الاهتمام على أجزاء محددة في النظام بشكل مستقل بفصل تلك الأجزاء عن بعضها، وجعلها في وحدات مستقلة مفردة، مما يجعل النظام أسهل في الاختبار، والفهم.

كل وحدة من وحدات النظام لابد من تعريف دورها الأساسي بشكل واضح غير مبهم، ويشمل ذلك الدور الوظائف التي تقوم بها تلك الوحدة وتقليل الاعتماد على الوحدات الأخرى في النظام، وذلك يساعد في إمكانية استبدال أو توسيع نطاق بعض المكونات بدون وجود تأثير سلبي على باقي النظام، وأيضا يجعل الصيانة أسهل.

أهمية فصل الاهتمامات Importance of Separation of Concerns (SOC)

• الوضوح والفهم: يعزز فصل الاهتمامات التنظيم الجيد لمكونات النظام، ويساعد المطورين في فهم الكود.
• قابلية الصيانة والتوسع: من خلال التركيز على التغيير المحلي بدون تأثر الأجزاء الأخرى من النظام، وتقليل مشاكل الصيانة في المستقبل.
• التعاون: تعرف عملية فصل الاهتمامات الحدود بين المسؤوليات المختلفة في بيئة التطوير، مما يزيد الإنتاجية والتعاون الجيد بين المطورين.
• إعادة الاستخدام: باستخدام مبادئ التصميم الجيد ومن خلال فصل الاهتمامات تحديدا يمكن إعادة استخدام وحدات النظام المنفصلة في أماكن أخرى.

التغليف والتجريد

منهجيات التصميم التي تدعم إخفاء بعض المعلومات، وقلة التعقيد تتضمن التغليف والتجريد، ويتضمن التغليف (Encapsulation) جمع البيانات والسلوك (الوظائف) في كائن واحد (Class, Module, etc.)، بينما يعبر التجريد(Abstraction)  عن بناء تمثيلات (Representations) مبسطة ومنطقية للأشياء المعقدة والواضحة.

الاقتران المنخفض والتماسك العالي

يعبر الاقتران عن مدى الترابط بين وحدات البرنامج، فالاقرتان العالي يشير إلى ترابط الوحدات بشكل وثيق، والتغييرات في وحدة معينة قد يؤثر على الوحدات الأخرى، بينما يشير الاقتران المنخفض إلى استقلال الوحدات، وأن كل وحدة لها تأثير ضعيف جدا على الوحدات الأخرى.

أما التماسك يشير إلى العناصر الداخلية للوحدة والتي تعمل مع بعضها لتحقيق هدف محدد، فيشير التماسك العالي إلى زيادة تركيز العناصر الداخلية والتعاون على الهدف المنشود، بينما يعبر التماسك المنخفض عن تباعد العناصر عن بعضها، واستهداف عدة أغراض.

لذا من مبادئ التصميم الجيد لابد من التأكد من انخفاض الاقتران وأن يكون التماسك بأعلى درجة ممكنة لتحقيق مرونة النظام، فباستخدام الاقتران المنخفض نقلل اعتماد المكونات على بعضها من خلال تقليل التواصل المباشر بينهم والاعتماد على الواجهات الأمامية.

كما يساهم التماسك العالي في بقاء وظائف النظام داخل وحدات محددة، وعمل العناصر الداخلية لكل وحدة بشكل متعاون لتحقيق هدف مشترك، يضمن سهولة إعادة استخدام تلك الأجزاء، وسهولة فهم النظام.

قابلية التوسع والأداء

من مبادئ التصمييم الجيد للأنظمة إدارة الأحمال المتزايدة، أو البيانات الضخمة التي تتطلب اعتبارات مهمة في قابلية التوسع والأداء، لابد أن يضع مصمم الأنظمة في الحسبان التوسع الأفقي (إضافة عدد أكبر من نقاط الأحمال) والتوسع الرأسي (تحديث موارد نقطة الأحمال الواحدة) لتحقيق قابلية التوسع.

يمكن توزيع الأحمال أيضا وزيادة سرعة استجابة النظام لطلبات المستخدمين، عن طريق استخدام استراتيجيات مهمة مثل موازنات الأحمال (Load Balancing)، والتخزين المؤقت (Caching)، والمعالجة الغير متزامنة (Asynchronous Processing)، ولضمان أفضل أداء في النظام، لابد من تحديد المشاكل مبكرا في مرحلة التصميم، وتنفيذ التحسينات المطلوبة.

المرونة في تحمل الأخطاء

لضمان توفر النظام للمستخدم بشكل مستمر، ومصداقيته، وإمكانية الاعتماد عليه، لابد من اعتبار تحمل الأخطاء والمرونة في التصميم. باستخدام تقنيات، مثل: التكرار (Redundancy)، والنسخ (Replication)، وخوارزميات تحديد الخطأ (Fault Detection Algorithms) ، يمكن تطبيق ذلك المبدأ بكل سهولة.

يمكن تجنب أو تقليل مرات تعطل النظام من خلال تصميم نظام يمكنه النجاة من فشل المكونات الداخلية والتعامل مع الاستثناءات الخاصة بشكل آمن، وبالتالي التقليل من آثار الفشل، كما يمكن تحسين مرونة النظام من خلال إجراءات النسخ الاحتياطي، والاسترداد، وتنفيذ عمليات الاختبار والمراقبة بشكل سليم.

الخصوصية والأمان

مع زيادة تواصل العالم في الفترة الحالية، تعتبر الخصوصية والأمان من أهم مبادئ التصميم الجيد للأنظمة، فلابد من دمج الضوابط الأمنية في مرحلة من مراحل التطوير من خلال المصممين، وذلك يتضمن أساليب لحماية البيانات الحساسة، وإحباط عمليات الوصول، مثل: التشفير (Encryption)، والمصادقة (Authentication)، والتحكم في الوصول (Access Control).

مثال عملي على مبادئ التصميم الجيد

دعونا نطبق بشكل عملي كيفية استخدام مبادئ التصميم الجيد في تصميم نظام نقل (Transportation System) وتعزيز تجربة المستخدم:

• السهولة: نظام النقل لابد من احتوائه على تصميم واضح وسهل الفهم، فالوضوح وسهولة الاستخدام تؤدي إلى تجربة مناسبة للمستخدم، وأفضل مثال على ذلك “جوجل” حيث تحرص الشركة على عدم وجود إعلانات في الصفحة الرئيسية للبحث مما يحافظ على واجهة أمامية سهلة الاستخدام وغير معقدة.
• التوازن: أثناء تحديد أهداف النظام، يجب اعتبار التوزيع المناسب لخيارات النقل في أنحاء المدينة، وألا يقتصر التنقل على بعض الأماكن فقط، ويمكن اعتبار عناصر مهمة، مثل: الطلب، وأمكانية الوصول، والكثافة السكانية، فهذا يضمن توفير الأماكن وتجنب الأماكن المزدحمة.
• التباين: للتمييز بين أشكال وسائل النقل المختلفة، مثل: الحافلات والقطارات، والسيارات، يمكن توفير التباين من خلال الإشارات المرئية والتمييز بالألوان، وبناء على ذلك يمكن للمستخدمين الحصول على المعلومات ذات الصلة، واتخاذ القرارات المتعلقة برحلاتهم بشكل أفضل.
• الاتحاد: لتحقيق مبادئ التصميم الجيد، لابد أن يهدف نظام النقل إلى الاتحاد، من خلال الحفاظ على هوية بصرية موحدة عبر جميع نقاط التواصل مع العملاء، مثل: السيارات واللافتات، والتذاكر، حيث يساعد المستخدمين في التعرف على خدمات النظام بسهولة، وزيادة الثقة بسبب تحديد العلامة التجارية بوضوح.
• العملية: لتحسين عمليات التشغيل وزيادة رضا العملاء، لابد من اعتبار العملية الوظيفية في النظام، وذلك يتضمن عناصر، مثل: الجدولة التي يمكن الاعتماد عليها، والانتقال السلس بين وسائل النقل المختلفة، والبنية التحتية المناسبة للأشخاص ذوي الإعاقة، وغرف الانتظار ذات التصميم الجيد.
• أسلوب الطباعة: تحسين إمكانية القراءة ونثل المعلومات بين المستخدمين عن طريق استخدام المبادئ المطبعية في تحسين اللافتات، وخرائط الطريق، والمعلومات الأخرى داخل نظام النقل، مما يجعل التواصل واضح مع المستهلكين، مع استخدام خطوط واضحة ومسافات مقبولة.

مبادئ التصميم الجيد مهمة في تحديد أولويات المشروع، وطريقة سريان العمل خلال دورة حياة تطوير البرمجيات، كما تهدف إلى التعاون الجيد بين المطورين والمصممين لتقديم أفضل نتيجة مرجوة للعميل.