O que é arquitetura de software?

Parece simples: o software deve ser intuitivo, fácil de usar e projetado para ajudar você a atingir suas metas técnicas e de negócios. Mas assim que você se aprofundar no backend, provavelmente descobrirá uma complexa rede de componentes e processos, todos trabalhando juntos para manter tudo funcionando. Para enfrentar os desafios do design de software e obter o máximo de benefícios, é importante planejar com antecedência.

É aí que entra a arquitetura de software. A arquitetura de software se trata de um conjunto de estruturas fundamentais que os desenvolvedores usam como um guia visual abrangente ao planejar e criar soluções de software. Essas estruturas também garantem que um projeto atenda às respectivas necessidades comerciais e técnicas com o planejamento de funcionalidades importantes, como escalabilidade, reusabilidade e segurança. Em seguida, esses planos são divididos em componentes individuais e código durante a fase de projeto.

Vamos analisar uma visão geral da arquitetura de software e do projeto de arquitetura de software, bem como seus diversos pontos fortes e aplicações.

Componentes essenciais da arquitetura de software

Em sua essência, a arquitetura de software é composta de elementos básicos intercambiáveis chamados de componentes de software. Os componentes de software estão disponíveis na forma de pacotes, aplicações ou serviços e apresentam dados que podem ser conectados a uma estrutura de sistema maior.

Esses componentes também podem ser conectados uns aos outros por meio de suas respectivas interfaces de programação. Ao fornecer dados de uma interface para outra, os componentes se comunicam entre si para formar um relacionamento, um sistema ou um agrupamento de sistemas.

Um estilo de arquitetura ajuda a definir como esses sistemas são padronizados, organizados e usados em conjunto, formando um sistema de design coeso que pode ser consultado durante todo o ciclo de vida de desenvolvimento de software (SDLC). E, ao criar modelos para esses estilos, eles podem ser reutilizados e reaplicados em várias aplicações e soluções.

Benefícios de uma boa arquitetura de software

Um bom projeto de arquitetura de software pode ajudar sua organização a:

• Aumentar ou reduzir a escala facilmente por meio de atualizações ágeis e iterativas.

• Manter a qualidade do código, reduzir erros e encontrar bugs.

• Modernizar sistemas legados, reduzir custos de auditoria e TI e criar experiências inovadoras para os clientes.

• Otimizar o desenvolvimento por meio da reutilização e da automação, economizando tempo e aumentando a produtividade.

• Reduzir custos, acelerar o tempo de colocação no mercado e aumentar a satisfação do cliente.

• Otimizar o desempenho geral do seu software.

Desafios da arquitetura de software

Por outro lado, uma arquitetura de software mal projetada pode:

• Dificultar o gerenciamento eficaz das interações entre os componentes.

• Deixar seu software vulnerável e aberto a riscos de segurança.

• Aumentar o custo do investimento inicial.

• Resultar em sistemas demasiadamente complexos e com engenharia excessiva.

• Ser inflexível demais para se adaptar a cenários, tecnologias e requisitos em constante mudança.

• Contribuir para os gargalos de desempenho.

• Criar problemas de comunicação entre arquitetos, desenvolvedores e usuários.

• Resultar em uma arquitetura desatualizada e de difícil manutenção, contribuindo para a falta de recursos de integração.

• Dificultar o aumento e a redução de escala sem grandes mudanças na arquitetura.

• Exigir as habilidades dedicadas de toda uma equipe de software para corrigi-la ou mantê-la.

Padrões comuns de arquitetura

Monolítica

Uma arquitetura monolítica é um tipo tradicional de estilo de arquitetura em que um único contêiner abriga todos os componentes, serviços e funções que compõem uma aplicação, resultando em custos mais baixos, maior desempenho e um design mais simples. No contêiner, todos os componentes são mesclados, ou seja, compartilham a mesma base de código e são gerenciados, processados e implantados em um único arquivo grande.

As aplicações monolíticas devem ser implantados em sua totalidade como uma única unidade, o que significa que atualizar ou adicionar recursos à base de código exige a reimplantação de toda a aplicação. Isso representa um desafio em termos de escalabilidade. Como resultado disso, um estilo de arquitetura monolítica é mais adequado para aplicações mais simples e de uso geral.

Microsserviços

Uma arquitetura de microsserviços parte de uma estrutura monolítica e a divide em coleções conteinerizadas de pequenos serviços distribuídos pouco agrupados. Cada serviço é autônomo, tem sua própria base de código separada ou estado externo e tem suas próprias responsabilidades no contexto do sistema, embora também possa se comunicar com outros serviços. Ao dividir a aplicação em partes menores, os desenvolvedores podem atualizar, testar e gerenciar melhor o código.

Os microsserviços são considerados fundamentais para o desenvolvimento de aplicações modernas e podem ser encontrados em muitas das principais aplicações orientadas a serviços, incluindo serviços de streaming e de compartilhamento de viagens.

Cliente-servidor

Em um padrão cliente-servidor, o cliente, também conhecido como host, envia uma solicitação de dados, aplicações, serviços específicos ou outros recursos a um computador remoto, ou servidor. Em seguida, o servidor aceita a solicitação, processa-a e entrega os recursos de volta ao cliente.

Esse tipo de estilo de arquitetura é mais adequado para serviços de e-mail, sites, aplicações de compartilhamento de arquivos ou qualquer outro tipo de serviço que se beneficie de um modelo de chamada e resposta.

Em camadas

Também conhecido como N-tier, um padrão em camadas divide uma aplicação em camadas que executam funções específicas. Essas camadas só podem se comunicar com as camadas que estão diretamente abaixo delas. Por exemplo, uma aplicação da Web típica pode ser composta de quatro camadas: interface do usuário ou apresentação, negócios, aplicação e banco de dados. Nessa situação, a camada de apresentação só pode interagir com a camada de negócios, mas não vice-versa.

A arquitetura em camadas simplifica o desenvolvimento, os testes e a manutenção, pois cada camada individual pode ser atualizada ou modificada sem afetar as camadas abaixo ou acima. É o padrão mais amplamente usado entre as aplicações corporativas, especialmente entre as principais aplicações de comércio eletrônico.

Orientada por eventos

Uma arquitetura orientada por eventos é modelada em torno do registro, da disseminação e do processamento de eventos (ações ou acionadores que um usuário executa em uma aplicação e que podem causar uma alteração no estado, que o sistema reconhece quase em tempo real) por meio da comunicação com serviços desacoplados. A estrutura consiste em produtores de eventos, que capturam o evento, bem como em roteadores de eventos, que transmitem os eventos aos consumidores.

A arquitetura orientada por eventos é ideal para sites de comércio eletrônico com interação frequente do usuário, como quando um usuário preenche um formulário de inscrição ou adiciona um item ao carrinho.

Princípios de design e práticas recomendadas

Agora que você já conhece alguns dos padrões de arquitetura de software mais usados, considere os seguintes princípios de design e as práticas recomendadas para aplicá-los com eficiência:

Princípios SOLID

Fundado pelo engenheiro de software Robert C. Martin, SOLID é uma sigla que se refere a um conjunto de cinco princípios do design orientado a objetos (OOD) a serem seguidos no desenvolvimento de software. Ao adotar os princípios SOLID, os desenvolvedores podem garantir que o projeto permaneça escalonável, iterativo, extensível e livre de bugs.

SOLID significa:

• Single-responsibility (responsabilidade única): o princípio da responsabilidade única afirma que uma classe (um modelo para agrupar objetos) deve ter apenas uma finalidade ou responsabilidade, e todas as suas propriedades devem servir a essa finalidade.

• Open-closed (aberto-fechado): de acordo com esse princípio, os objetos, as classes ou os módulos de software devem ser abertos para extensão, mas fechados para modificação. Um objeto pode ser estendido sem nunca tocar em um trecho de código.

• Liskov substitution (substituição de Liskov): desenvolvido pela cientista da computação Barbara Liskov, o princípio de substituição de Liskov afirma que as interfaces devem ser substituíveis e que as subclasses devem ser substituíveis por suas classes principais.

• Interface segregation (segregação de interfaces): esse princípio afirma que as interfaces devem ser divididas em partes menores e mais autônomas com o objetivo de minimizar erros e repetições de código.

• Dependency inversion (inversão da dependência): de acordo com o princípio de inversão de dependência, os módulos de baixo nível podem ser facilmente trocados por outros de baixo nível sem que os módulos de alto nível sejam afetados.

Separação de preocupações

O princípio da separação de preocupações afirma que partes diferentes do software devem tratar de preocupações diferentes. Por exemplo, uma aplicação com uma arquitetura em camadas é composta de quatro camadas diferentes (apresentação, negócios, aplicação e dados), sendo que cada camada desempenha uma função diferente para o software.

Modularidade e encapsulamento

O encapsulamento é um princípio que afirma que os componentes devem gerenciar seus próprios comportamentos e estados, enfatizando o agrupamento fácil e o acoplamento flexível. Por meio do encapsulamento, diferentes partes do software são autocontidas e isoladas de outras partes da aplicação, permitindo que cada componente opere de forma autônoma. O encapsulamento estabelece a modularidade no design da aplicação, pois os objetos e as funções podem ser facilmente substituídos por outros módulos, desde que compartilhem a mesma interface.

Padrões de design

Assim como os padrões de arquitetura de software, os padrões de design são estruturas reutilizáveis que permitem criar software de forma mais rápida e eficiente por meio da modelagem de código. Enquanto a arquitetura de software planeja a estrutura geral da solução, o design de software divide a aplicação em nível de componente. Alguns padrões de design conhecidos incluem o singleton, o adaptador e o proxy, embora existam dezenas de opções.

Ferramentas e tecnologias para arquitetura de software

Linguagem de modelagem unificada (UML)

A linguagem de modelagem unificada (UML) é uma linguagem de modelagem visual padronizada para design e desenvolvimento de software. Por ser uma linguagem visual, a UML usa diagramas em vez de código para mapear a estrutura de um sistema de software, como ele deve se comportar e como cada um dos componentes deve interagir entre si.

Ferramentas de modelagem de arquitetura

As ferramentas de modelagem de arquitetura ajudam os arquitetos a visualizar, definir e documentar a arquitetura de software por meio de modelos ou renderizações gráficas de código. Os modelos fornecem aos arquitetos um detalhamento claro, módulo por módulo, da funcionalidade de uma aplicação. Com a ajuda de ferramentas de modelagem, é fácil criar e manter modelos durante todo o ciclo de vida do desenvolvimento de software.

Controle de versão e ferramentas de colaboração

Os sistemas de controle de versão e as ferramentas de colaboração oferecem aos usuários a capacidade de compartilhar códigos, rastrear alterações, gerenciar conflitos e trabalhar com colegas de equipe. Isso, por sua vez, promove uma cultura que enfatiza o desenvolvimento colaborativo de software. As ferramentas de controle de versão permitem um fluxo de trabalho mais eficiente, código de maior qualidade e maior produtividade em geral.

Conclusão

Uma base sólida com objetivos claramente definidos é fundamental para o sucesso de todo projeto de desenvolvimento. Para navegar pelas complexidades do software, é importante ter um projeto bem organizado como guia, e é por isso que a arquitetura e o design de software devem ser sempre uma das principais prioridades de todas as equipes e organizações.