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7 Minuten Lesezeit

Die 10 besten Muster der Software Architektur, die Sie unbedingt kennen sollten

Software-Erweiterung
Trends

Die Vorstellung von der Verwendung der Muster für die Software-Architektur ergibt sich aus dem Bestreben, eine skalierbare Lösung zu konzipieren, die in erster Linie den Bedürfnissen der Benutzer entspricht. Außerdem umfasst dieses Konzept so wichtige Aspekte wie Sicherheit, Handhabbarkeit und Performance. Die verkehrte Auswahl des Designs der Software-Architektur kann andererseits zu unerwünschten Folgen führen. Deshalb sollten Sie die populärsten lernen und sich ihrer Brauchbarkeit in jedem speziellen Fall im Klaren sein, um zum Erfolg zu gelangen.

Was ist eigentlich ein Architekturmuster?

Ein Architekturmuster ist eine grafische Abbildung des kompletten Systems und seiner Teilsysteme sowie von Rollen und Verantwortlichkeiten, Regeln und selbst einer Roadmap, um die Zusammenhänge zwischen all diesen Teilen darzustellen. Einfach ausgedrückt handelt es sich dabei um eine Art "Blaupause" der zukünftigen Website, Applikation oder des Microservice, die in Zukunft während des gesamten Prozesses der Entwicklung genutzt werden kann.

Was ist die besondere Bedeutung von Mustern für die Softwarearchitektur?

Muster für die Softwarearchitektur sind von enormer Relevanz, da sie Lösungen für unterschiedliche Problemstellungen in diversen Gebieten bieten können. Durch den Gebrauch eines solchen Ansatzes können Teams Testverfahren erleichtern, indem sie diese zum Beispiel in mehrere kleinere Segmente unterteilen. Mit Mustern für die Softwarearchitektur können Entwickler beschließen, Benutzeranfragen in kleinere Datenstücke zu unterteilen, um die Abhängigkeit von einem einzigen Server zu vermeiden.

Im Folgenden finden Sie einige Argumente für die Nutzung dieses Verfahrens in der Phase der Entwicklung von Applikationen.

Bestimmung der wesentlichen Merkmale einer bestimmten Anwendung

Muster der Architektur von Software spielen eine wesentliche Rolle bei der Definition der grundlegenden Eigenschaften einer jeden Anwendung. Dadurch lässt sich wiederum leichter definieren, welche Muster für flexible Anwendungen eingesetzt werden können und welche besser für hochskalierbare Anwendungen genutzt werden sollten.

Softwarearchitektur Beispiel anhand von Qualität und Leistungsfähigkeit

Durch die richtige Auswahl von Mustern für die Softwarearchitektur können Teams Probleme mit der Qualität minimieren, die während der Entwicklung und nach der Entwicklungsphase auftreten können.

Gewährleistung von Flexibilität

Die Entwicklung einer "Blaupause" für die zukünftige App sorgt für die notwendige Anpassungsfähigkeit, die es den Entwicklern möglich macht, in der Zukunft eine Vielzahl von Änderungen und Überarbeitungen durchzuführen.

Lösung von Problemen

Ein gutes Verständnis der SW-Architektur ermöglicht es Entwicklern, sich ein konkretes Gesamtbild von der Funktionsweise der geplanten Komponenten der Anwendung zu machen. Dieser Denkansatz ermöglicht es den Entwicklungsmitarbeitern, die bestmöglichen Techniken zu nutzen, um alle möglichen Fehler im Verlauf der Zeit anzugehen.

Softwarearchitektur Beispiel zur Steigerung der Produktivität

Dank der vereinheitlichten Methoden, die in den Parametern der Softwarearchitektur zum Tragen kommen, können die Teams den jeweiligen Status des Projekts rasch erfassen. Mit dieser Vorgehensweise haben die Teams die Möglichkeit, ihre Produktivitätsrate erheblich zu steigern.

Muster der Softwarearchitektur vs. Muster des Entwurfs

Der Gegensatz zwischen Softwarearchitekturmustern und Entwurfsmustern mag nicht ganz klar erscheinen. Er wird jedoch mehr als offensichtlich, wenn wir beide separat voneinander betrachten. Softwarearchitekturmuster werden bei der Erstellung von Unternehmenslogik, Benutzeroberfläche und anderen Elementen verwendet, während das Design bei der Umsetzung der Unternehmenlogik zum Tragen kommt.

Arten von Mustern für die Softwarearchitektur

Es gibt verschiedene Software Architektur Modelle, die gegenwärtig von Teams eingesetzt werden. Im Folgenden finden Sie die beliebtesten davon.

Schichtenarchitektur

Bei der Umsetzung dieses besonderen Musters hat jede Schicht ihre ganz spezielle Aufgabe in der Applikation. Darüber hinaus erlaubt ein solcher Lösungsansatz, verschiedene Bestandteile der Anwendung zu modifizieren, ohne die anderen Ebenen zu tangieren. Solche Muster können von Teams mit unerfahrenen Entwicklern oder zur Erstellung von Anwendungen innerhalb eines beschränkten Zeitraums verwendet werden.
Mehrschichtige Software-Architektur

Client-Server-Architektur

Derartige Software Architektur Modelle stellen in der Praxis eine dezentrale Struktur dar, bei der es zwei wesentliche Bestandteile gibt - den Client und den Server. Durch die Implementierung einer derartigen Technik können Teams die Austauschbarkeit zwischen den beiden Komponenten fördern, die sich im selben Netzwerk befinden können oder aber auch in einem anderen.
Client-Server-Software-Architektur

Master-Slave-Architektur

Dies ist ein ebenfalls dezentraler Ansatz, bei dem die Master-Komponente die gesamte Kontrolle über die Slave-Komponenten besitzt. Letztere ist für die Abwicklung einzelner Aufgaben zuständig, während die erste Komponente die Resultate kompiliert, um sie darzustellen.
Master-Slave-Muster

Pipe-Filter-Architektur

In diesem Fall werden die unterschiedlichen Komponenten als Filter repräsentiert, die zum Ordnen von Daten eingesetzt werden, die durch spezielle Datenpipes fließen. Die einzelnen Filter stellen wiederum eine Kette dar, d. h. die Daten, die aus einem Filter kommen, passieren später einen weiteren. Die Idee hinter diesem Konzept ist es, große Prozesse und Komponenten in Kleinere zu zerlegen.
Architektur der Rohrleitungsfilter-Software

Broker-Architektur

Das Broker-Muster umfasst drei Grundelemente - Vermittler, Client und Server. Mit diesem Vorgehen lassen sich dezentrale Systeme mit entkoppelten Komponenten gestalten. Der Broker fungiert als Vermittler, der die Kommunikation zwischen den unterschiedlichen Bauteilen der Anwendung sicherstellt.
Broker-Muster

Peer-to-Peer-Architektur

Alle einzelnen Elemente in dieser Struktur werden Peers genannt. Sie können als Clients, Server oder auch beides agieren. Client-Peers fordern Dienste an, während Server-Peers Dienste für andere bereitstellen. Ein solcher Ansatz findet oft in verschiedenen Filesharing-Netzwerken breite Anwendung. In Peer-to-Peer-Netzwerken werden Ressourcen wie Rechenleistung, Speicherplatz oder Bandbreite den Netzwerkteilnehmern direkt zur Verfügung gestellt, ohne dass ein zentraler Verwaltungsmechanismus erforderlich ist. Im Gegensatz zum traditionellen Client-Server-Modell können Peers erforderliche Ressourcen bereitstellen und in Anspruch nehmen. Das aufkommende kollaborative P2P-System geht über einen einfachen Peer-to-Peer-Dienst hinaus. Virtuelle Gemeinschaften werden immer leistungsfähiger mit Peers, die einzigartige Ressourcen und Fähigkeiten mitbringen und Dienste anbieten: es werden Dienste zur Verfügung gestellt, die einzelne Peers übertreffen und jedoch für alle von Vorteil sind.
Peer-to-Peer-Software

Event Bus

Dabei handelt es sich um ein ereignisgesteuertes Muster mit einem verteilten asynchronen Design. Mit diesem Muster können Entwickler skalierbare Lösungen entwerfen. Das Muster kann für alle Arten von Applikationen eingesetzt werden, von einfachen bis hin zu komplexeren Systemen.
ereignisgesteuertes Architekturmuster

Model View Controller

Das Model View Controller-Muster (MVC) erlaubt es Teams, die Frontend- und Backend-Teile des Quellcodes in verschiedene Komponenten zu unterteilen. Es erleichtert die Handhabung des gesamten Codes und macht es einfacher, die einzelnen Teile der Lösung (Backend und Frontend) separat voneinander anzupassen.  

Modell: Ein Modell enthält die Kernfunktionalität und Daten.

Ansicht: Mit der Ansichtsfunktion werden die Informationen für den Benutzer angezeigt.

Controller: Controller verarbeiten die Eingaben des Benutzers.

Model-View-Controller-Muster

Blackboard

Durch die Implementierung eines derartigen Schemas können die Teams die Idee des Blackboards verwenden, um globale Daten zu speichern. Das Blackboard kann von der jeweiligen Informationsquelle aktualisiert werden. Die Idee hinter dieser Konstruktion ist, dass die Steuerung mit mehreren Datenquellen mit dem Blackboard kommuniziert. Es durchläuft die verschiedenen Quellen und sobald es eine Antwort gefunden hat, gibt es diese weiter.

Im Allgemeinen umfasst das Blackboard-Architekturmuster drei Komponenten:

  1. Ein gemeinsam genutzter Bereich zum Speichern von Daten über die Welt (Blackboard).
  2. Eine Reihe von Algorithmen (ML oder andere), die Daten aus der Welt lesen und Ergebnisse an Blackboard senden.
  3. Eine Reihe von Modulen, die Blackboard-Ergebnisse lesen und entsprechende Anpassungen am Roboter vornehmen.
Schultafel-Muster

Interpret

Vereinfacht dargestellt, legt dieses Architekturmuster die Grammatik einer bestimmten Sprache fest, die später vom Interpreter evaluiert wird. Auf diese Art und Weise können die Entwickler einen regulären Ausdruck oder sogar eine menschliche Sprache auswerten und die Interpretation durchführen. 

  1. Dieses Muster wird beim SQL-Parsing, in symbolverarbeitenden Maschinen usw. verwendet.
  2. Eine Ausdruckshierarchie wird verwendet, um dieses Muster auszuführen. Hier gibt es zwei Arten von Ausdrücken: Terminal- und Nichtterminalausdrücke.
  3. Das Interpretermuster weist eine Baumstruktur auf; dies ähnelt dem Kompositionsmuster mit Terminalausdrücken, die Blätter darstellen, und Nichtterminalausdrücken, die Komposita darstellen.
  4. Ein Parser generiert den Baum der auszuwertenden Ausdrücke. Der Parser kann nicht als Teil des Interpretermusters betrachtet werden.
Architektur des Dolmetschers

Fazit

Die Implementation dieses Musters gestattet es den Arbeitsgruppen, ihre Leistungsfähigkeit zu erhöhen und ihr Produkt besser skalierbar zu machen. Innowise nutzt sie in ihrer täglichen Arbeit und wählt die für die jeweilige Situation am besten passenden aus. 

Wenn Sie Fragen haben, können Sie sich gerne an uns wenden, und wir würden uns freuen, Sie bei Ihrem Traumprojekt zu unterstützen.

FAQ

Die Wahl des richtigen Softwaremusters hängt von mehreren Faktoren ab, darunter die Komplexität des Projekts, die Anforderungen an die Skalierbarkeit und die Vertrautheit Ihres Teams mit dem Muster. Führen Sie eine gründliche Analyse durch, bevor Sie eine Entscheidung treffen.

Die Architektur Ihrer Software kann sich erheblich auf ihre Sicherheit auswirken. Eine gut durchdachte Architektur kann dazu beitragen, Schwachstellen zu vermeiden und potenzielle Bedrohungen abzuschwächen.

Cloud-native Architekturen sind speziell darauf ausgelegt, die Möglichkeiten von Cloud-Plattformen zu nutzen. Sie legen den Schwerpunkt auf Skalierbarkeit, Flexibilität und Ausfallsicherheit und eignen sich daher gut für Cloud-Umgebungen.

Zu den sich abzeichnenden Trends gehören die Einführung einer serverlosen Architektur, Edge Computing und das weitere Wachstum von Microservices.

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Autor
Dmitry Nazarevich CTO
Datum: 16. November 2022

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