В этом разделе курса мы подробно изучим многоуровневую архитектуру, распространенный архитектурный шаблон в мире программирования. Эта концепция известна многим архитекторам, проектировщикам и разработчикам, и она ключевая для понимания структуры сложных программных систем.

Многоуровневая архитектура

Многоуровневая архитектура, известная также как «n-уровневая», представляет собой модель разделения функционала программы на несколько уровней. Такое разделение обеспечивает модульность и упрощает процесс разработки и поддержки программного обеспечения. Хотя количество уровней может варьироваться, наиболее типичная реализация включает четыре основных уровня: представление данных, бизнес-логика, хранение данных и базу данных.

Представьте многоуровневую архитектуру как многоэтажный здание, где каждый этаж выполняет определенную функцию. Например, первый этаж может быть предназначен для приема посетителей (представление данных), второй этаж занимается планированием и управлением (бизнес-логика), третий этаж служит для хранения важной информации (хранение данных), а четвертый этаж – это фундамент, на котором все устойчиво держится (база данных).

Многоуровневая архитектура не имеет строгих правил о том, сколько уровней должно быть или какие они должны быть. Однако чаще всего такая архитектура включает в себя четыре основных уровня:

Уровень представления данных - это та часть программы, с которой взаимодействует пользователь. Это может быть веб-страница, мобильное приложение или любой другой интерфейс. Здесь происходит отображение информации, ввод данных пользователем и общая визуализация того, как программа выглядит и «чувствуется».
Уровень бизнес-логики - это место, где принимаются основные решения о том, как работает программа. Здесь находятся правила и алгоритмы, которые управляют процессами, такими как расчеты, обработка данных, принятие решений на основе ввода пользователя и другие ключевые функции. Этот уровень как бы "думает" за программу, исполняя ее основные функции.
Уровень хранения данных - это уровень, на котором данные временно хранятся в процессе работы программы. Это может быть что-то вроде временной памяти или кеша, где данные остаются на время, пока они активно используются, но еще не сохранены постоянно.
Уровень базы данных - здесь происходит постоянное хранение данных. База данных - это как архив, где все данные сохраняются долгосрочно. Когда программе нужна информация, она обращается к базе данных, извлекает нужные данные и использует их по назначению.

Какую задачу решает многоуровневая архитектура?

Необходимо структурировать программное обеспечение таким образом, чтобы его отдельные модули могли быть разработаны и усовершенствованы независимо друг от друга. Это минимизирует взаимодействие между различными частями программы, улучшая её адаптируемость, гибкость в изменениях и возможности для повторного использования.

Для достижения такого уровня независимости в разработке, многоуровневый подход предполагает разделение программного обеспечения на разные уровни. Каждый уровень состоит из группы модулей, предлагающих связанный набор услуг. Важно, чтобы взаимодействие между этими уровнями было строго однонаправленным. Такое разделение обеспечивает полную изоляцию различных частей программы, при этом каждый уровень остается доступным через общедоступный интерфейс:

Первое ключевое понятие заключается в том, что каждый уровень несет уникальные роли и обязанности. Например, уровень, отвечающий за представление данных, занимается всем, что связано с пользовательским интерфейсом. Это разделение задач в рамках многоуровневой архитектуры облегчает назначение четких ролей и обязанностей.
Вторая важная идея заключается в том, что многоуровневая архитектура предлагает техническое разделение компонентов, а не их разделение по доменам. Это означает, что она сосредоточена на группировке компонентов, а не на их функциональной принадлежности.
И последнее ключевое понятие заключается в маркировке каждого уровня как открытого или закрытого. Когда запрос передается от одного уровня к другому и встречает закрытый уровень, он должен пройти через него. Проигнорировать закрытый уровень невозможно, обеспечивая таким образом целостность и безопасность системы.

Давайте рассмотрим пример интернет-магазина, чтобы понять, как работает многоуровневая архитектура.

Уровень представления данных: Это веб-страница магазина, где вы видите товары, цены, отзывы и кнопки для добавления товаров в корзину. Когда вы взаимодействуете с этой страницей, например, нажимая на кнопку «Купить», вы отправляете запрос на следующий уровень.

Уровень бизнес-логики: После того, как вы добавляете товар в корзину, уровень бизнес-логики начинает работать. Здесь располагаются алгоритмы, которые вычисляют стоимость заказа, налоги, стоимость доставки и применяют любые акции или скидки. Если вы вводите промокод, именно этот уровень решает, действителен ли он и какую скидку предоставить.

Уровень хранения данных: В процессе выбора товаров и оформления заказа, все детали вашей покупки временно сохраняются на этом уровне. Это может включать в себя список выбранных вами товаров, их цену и количество. Эти данные остаются здесь до тех пор, пока вы не завершите покупку.

Уровень базы данных: Как только вы подтверждаете заказ, все его детали перемещаются на уровень базы данных. Здесь информация о вашем заказе сохраняется долгосрочно. Это включает в себя какие товары вы купили, ваш адрес доставки, информацию об оплате и так далее. Эта информация будет использоваться для обработки вашего заказа, его доставки и для истории ваших покупок.

Таким образом, многоуровневая архитектура позволяет четко разграничить разные аспекты работы интернет-магазина, облегчая разработку, управление и масштабирование системы.

Резюме

Этот шаблон наиболее подходит для небольших и средних проектов, где важна гибкость и возможность масштабирования, но не критична высокая скорость обработки данных. Многоуровневая архитектура также хорошо подходит для проектов с ограниченным бюджетом и временем разработки, поскольку она позволяет быстро развертывать и модифицировать различные части системы.

Необходимо отметить и некоторые недостатки многоуровневой архитектуры. Наличие множества уровней может снизить общую производительность системы, особенно в высокопроизводительных приложениях, где скорость обработки данных критична. К тому же, добавление дополнительных уровней увеличивает общую сложность и стоимость системы.