软件工程中的软件架构

引言

软件工程，遵循工程原理和最佳实践，是通过创建、测试和部署计算机程序来解决现实世界问题。为了提高效率、时间和预算，并保证结构化的测试和工程师认证，软件工程领域采用了一种有纪律和有组织的方法来进行软件开发。

在软件工程中，整个开发过程所建立的基础设施就是软件架构。正如实体建筑有其建筑结构一样，良好的软件架构有助于为大型软件系统创建结构、组织和方向。本文讨论了软件架构的相关性/重要性、其指导原则以及影响软件工程学科的几种架构模式。

软件架构为何重要？

软件架构是任何软件项目的基石，并作为构建、实现和维护软件系统的广泛框架。它对软件开发过程至关重要，并影响几个方面，包括：

• 可扩展性：良好的软件设计使软件更容易扩展或更改以确保可扩展性。因此，它可以在不重新设计系统或添加新功能的情况下处理额外的工作。
• 可维护性：良好的设计，能够分离关注点和模块化组件，可以使维护更容易。它提高了软件调试、升级和改进的效率，从而降低了出错的可能性。
• 灵活性：软件架构应该足够健壮，能够适应变化，并适应新技术。它们可以让你在不推翻系统的情况下引入新技术或新方法。
• 互操作性：软件架构决策也影响软件系统与其他系统、服务或 API 的连接方式。良好的架构可确保与其他软件组件的顺畅通信。
• 软件质量保证：软件架构之所以重要，是因为它强制实施最佳实践、设计模式和架构标准。

软件架构的关键原则

开发者必须遵循几个关键概念才能生成高效的软件架构。

• 模块化：软件系统必须被划分为不同的独立块或部分。这种模块化策略鼓励重用，从而使开发和维护都更容易。
• 关注点分离：系统的各个部分，如数据存储、用户界面和业务逻辑，需要进行良好的布局。本文讨论了这种参与。这种分组的划分降低了对系统的依赖性及其维护能力。
• 抽象：抽象包括通过易于使用的前端来隐藏复杂的实现细节。这有助于开发人员不必纠结于细节，而是可以专注于大局。
• 可分解性：复杂的系统或问题应分解为更小、更易于管理的单元。因此，开发测试和维护会变得更容易。
• 灵活性：因此，架构必须是多功能的，并考虑未来的发展。因此，在工作流程中轻松添加或删除项目或更改规范应可避免大的中断。

典型的架构形式

随着时间的推移，已经出现了多种适合特定软件项目的架构模式。以下是一些最常见的架构模式：

1. MVC（模型-视图-控制器）：MVC 的三个相互依赖的组件是模型（数据和业务逻辑）、视图（表示和用户界面）和控制器（处理用户输入）。这是许多 Web 和桌面应用程序采用的常见策略。
2. 分层架构：程序被划分为具有不同职责的多个层。一些层包括显示、业务逻辑和数据访问层。
3. 微服务：微服务设计促进将系统划分为多个小型独立的服务。它们还可以独立开发、运行和扩展。这是大型复杂应用程序的良好策略。
4. 事件驱动架构：在这种情况下，它链接了消息和事件组件。Actor 模型适用于响应式实时进程、分布式系统以及用于非功能性需求的事件处理。
5. 基于组件的架构：这种方法使人们能够开发具有相同软件内不同功能的重用组件。这将帮助您创建易于理解的灵活计划。

软件架构的演变

技术和行业的进步推动了软件架构的演变，使其能够满足新的需求。当前软件架构的状况正受到几种趋势和发展的影响，包括：

1. 云原生架构：随着云计算的普及，软件架构的概念受到了影响。这种策略侧重于设计利用云的可扩展性和灵活性的云特定应用程序。
2. 无服务器计算：无服务器架构是一种云原生设计。它允许程序员专注于编写代码，而无需管理基础设施。例如，无服务器函数响应事件并根据工作量自动扩展。
3. 容器化：Docker 和 Kubernetes 等工具通过作为容器的来源，彻底改变了软件的打包和部署方式。容器的标准化和便携性确保了应用程序可以在各种系统上可靠地运行。
4. 事件驱动微服务：使用微服务，一种事件驱动的方法来构建大型复杂系统，已经变得相当流行。使用异步通信或事件溯源的事件驱动微服务有助于设计更灵活、更健壮的系统。
5. AI 和 ML 的集成：软件正朝着支持特定的 AI 元素（如数据管道和模型服务）的方向发展。
6. 基于区块链的架构：银行和供应链等软件结构整合了区块链技术，以确保透明度、安全信息以及分布式网络用户之间的信任。
7. 边缘计算：物联网设备产生的数据的激增以及对近乎瞬时处理的需求推动了边缘计算的采用。
8. 量子计算考虑因素：量子计算领域仍在发展中，因此，软件工程师正在考虑如何设计一个能够利用量子计算机巨大的计算能力的系统。

软件架构的挑战

尽管软件架构具有许多优点，但也面临着一些挑战：

• 复杂性：软件系统的架构越复杂，设计和维护就越困难。但是，为了避免过载，保持简单和模块化的架构非常重要。
• 需求变更：软件架构必须适应用户和业务不断变化的需求。这需要结合刚性和弹性。
• 安全问题：缺乏适当的架构设计可能导致漏洞和安全漏洞。在架构的所有级别都应考虑安全性。
• 可扩展性问题：然而，并非所有架构设计都具备这些特性。但是，假设所有架构设计都易于扩展是困难的。因此，有必要确保架构能够根据应用程序的需求进行更改。因此，应该伴随架构框架进行修改，以方便应用程序的需求。
• 成本考虑：某些系统运营成本的决定也会受到某些架构选择的影响。必须在成本和性能之间取得平衡。
• 文档和沟通：良好的架构文档和开发团队之间的有效沟通可确保每个人都正确理解并遵循架构。

结论

软件工程中使用的架构涉及构建过程，使用组件来开发一个可靠的系统，该系统还可以进行扩展和维护。随着技术动态环境中变化的速度产生更复杂的应用程序，它变得越来越重要。

通过理解设计解决方案的基本概念、遵循指示和解决问题，程序员可以构建一个能够满足当今需求并为解决未来的潜在困难做好准备的应用程序系统。虽然软件架构（作为新兴领域之一）是构建未来几十年信息系统时在规划阶段就必须考虑的重要组成部分。