اصول اساسی طراحی سیستم، بهترین شیوه‌ها و مثال‌های واقعی را برای ساخت سیستم‌های مقیاس‌پذیر، قابل اعتماد و قابل نگهداری برای مخاطبان جهانی کاوش کنید.
تسلط بر اصول طراحی سیستم: راهنمای جامع برای معماران جهانی
در دنیای متصل امروزی، ساختن سیستم‌های قوی و مقیاس‌پذیر برای هر سازمانی با حضور جهانی، حیاتی است. طراحی سیستم فرآیند تعریف معماری، ماژول‌ها، رابط‌ها و داده‌ها برای یک سیستم به منظور برآورده کردن نیازمندی‌های مشخص است. درک عمیق از اصول طراحی سیستم برای معماران نرم‌افزار، توسعه‌دهندگان و هر کسی که در ایجاد و نگهداری سیستم‌های نرم‌افزاری پیچیده نقش دارد، ضروری است. این راهنما یک نمای کلی از اصول کلیدی طراحی سیستم، بهترین شیوه‌ها و مثال‌های واقعی را برای کمک به شما در ساخت سیستم‌های مقیاس‌پذیر، قابل اعتماد و قابل نگهداری ارائه می‌دهد.
چرا اصول طراحی سیستم اهمیت دارند
به‌کارگیری اصول صحیح طراحی سیستم مزایای بی‌شماری را به همراه دارد، از جمله:
- مقیاس‌پذیری بهبودیافته: سیستم‌ها می‌توانند بارهای کاری و ترافیک کاربران در حال افزایش را بدون کاهش عملکرد مدیریت کنند.
- قابلیت اطمینان افزایش‌یافته: سیستم‌ها در برابر خرابی‌ها مقاوم‌تر هستند و می‌توانند به سرعت از خطاها بازیابی شوند.
- کاهش پیچیدگی: درک، نگهداری و تکامل سیستم‌ها در طول زمان آسان‌تر می‌شود.
- افزایش کارایی: سیستم‌ها از منابع به طور موثر استفاده می‌کنند، هزینه‌ها را به حداقل رسانده و عملکرد را به حداکثر می‌رسانند.
- همکاری بهتر: معماری‌های خوب تعریف‌شده، ارتباط و همکاری بین تیم‌های توسعه را تسهیل می‌کنند.
- کاهش زمان توسعه: هنگامی که الگوها و اصول به خوبی درک شوند، زمان توسعه می‌تواند به طور قابل توجهی کاهش یابد.
اصول کلیدی طراحی سیستم
در اینجا برخی از اصول اساسی طراحی سیستم آورده شده است که باید هنگام طراحی سیستم‌های خود در نظر بگیرید:
۱. تفکیک دغدغه‌ها (SoC)
مفهوم: سیستم را به ماژول‌ها یا اجزای متمایز تقسیم کنید که هر کدام مسئول یک عملکرد یا جنبه خاصی از سیستم هستند. این اصل برای دستیابی به ماژولار بودن و قابلیت نگهداری، بنیادی است. هر ماژول باید هدف کاملاً مشخصی داشته باشد و وابستگی‌های خود به سایر ماژول‌ها را به حداقل برساند. این امر منجر به تست‌پذیری، قابلیت استفاده مجدد و وضوح کلی سیستم بهتر می‌شود.
مزایا:
- ماژولار بودن بهبودیافته: هر ماژول مستقل و خودکفا است.
- قابلیت نگهداری افزایش‌یافته: تغییرات در یک ماژول تأثیر حداقلی بر سایر ماژول‌ها دارد.
- افزایش قابلیت استفاده مجدد: ماژول‌ها می‌توانند در بخش‌های مختلف سیستم یا در سیستم‌های دیگر مجدداً استفاده شوند.
- تست ساده‌شده: ماژول‌ها می‌توانند به طور مستقل تست شوند.
مثال: در یک اپلیکیشن تجارت الکترونیک، با ایجاد ماژول‌های مجزا برای احراز هویت کاربر، مدیریت کاتالوگ محصولات، پردازش سفارش و یکپارچه‌سازی درگاه پرداخت، دغدغه‌ها را تفکیک کنید. ماژول احراز هویت کاربر ورود و مجوزهای کاربر را مدیریت می‌کند، ماژول کاتالوگ محصول اطلاعات محصول را مدیریت می‌کند، ماژول پردازش سفارش به ایجاد و تکمیل سفارش می‌پردازد و ماژول یکپارچه‌سازی درگاه پرداخت پردازش پرداخت را انجام می‌دهد.
۲. اصل تک مسئولیتی (SRP)
مفهوم: یک ماژول یا کلاس باید تنها یک دلیل برای تغییر داشته باشد. این اصل ارتباط نزدیکی با SoC دارد و بر اطمینان از اینکه هر ماژول یا کلاس یک هدف واحد و به خوبی تعریف‌شده دارد، تمرکز می‌کند. اگر یک ماژول چندین مسئولیت داشته باشد، نگهداری آن دشوارتر شده و احتمال تأثیرپذیری از تغییرات در سایر بخش‌های سیستم بیشتر می‌شود. مهم است که ماژول‌های خود را طوری اصلاح کنید که مسئولیت را در کوچکترین واحد عملکردی ممکن نگه دارند.
مزایا:
- کاهش پیچیدگی: درک و نگهداری ماژول‌ها آسان‌تر است.
- انسجام بهبودیافته: ماژول‌ها بر یک هدف واحد متمرکز هستند.
- افزایش تست‌پذیری: تست ماژول‌ها آسان‌تر است.
مثال: در یک سیستم گزارش‌گیری، یک کلاس واحد نباید هم مسئول تولید گزارش‌ها و هم ارسال آن‌ها از طریق ایمیل باشد. در عوض، کلاس‌های جداگانه‌ای برای تولید گزارش و ارسال ایمیل ایجاد کنید. این به شما امکان می‌دهد تا منطق تولید گزارش را بدون تأثیر بر عملکرد ارسال ایمیل و بالعکس تغییر دهید. این امر از قابلیت نگهداری و چابکی کلی ماژول گزارش‌گیری پشتیبانی می‌کند.
۳. خودت را تکرار نکن (DRY)
مفهوم: از تکرار کد یا منطق خودداری کنید. در عوض، عملکردهای مشترک را در کامپوننت‌ها یا توابع قابل استفاده مجدد کپسوله کنید. تکرار منجر به افزایش هزینه‌های نگهداری می‌شود، زیرا تغییرات باید در چندین مکان اعمال شوند. DRY قابلیت استفاده مجدد، سازگاری و قابلیت نگهداری کد را ترویج می‌کند. هر به‌روزرسانی یا تغییری در یک روتین یا کامپوننت مشترک به طور خودکار در سراسر برنامه اعمال خواهد شد.
مزایا:
- کاهش حجم کد: کد کمتری برای نگهداری وجود دارد.
- سازگاری بهبودیافته: تغییرات به طور سازگار در سراسر سیستم اعمال می‌شوند.
- کاهش هزینه‌های نگهداری: نگهداری و به‌روزرسانی سیستم آسان‌تر است.
مثال: اگر چندین ماژول دارید که نیاز به دسترسی به پایگاه داده دارند، یک لایه دسترسی به پایگاه داده مشترک یا کلاس ابزاری ایجاد کنید که منطق اتصال به پایگاه داده را کپسوله کند. این کار از تکرار کد اتصال به پایگاه داده در هر ماژول جلوگیری می‌کند و تضمین می‌کند که همه ماژول‌ها از پارامترهای اتصال و مکانیسم‌های مدیریت خطای یکسانی استفاده می‌کنند. یک رویکرد جایگزین استفاده از یک ORM (نگاشت شیء-رابطهای)، مانند Entity Framework یا Hibernate است.
۴. ساده نگهش دار، احمق (KISS)
مفهوم: سیستم‌ها را تا حد امکان ساده طراحی کنید. از پیچیدگی غیرضروری اجتناب کنید و برای سادگی و وضوح تلاش کنید. درک، نگهداری و اشکال‌زدایی سیستم‌های پیچیده دشوارتر است. KISS شما را تشویق می‌کند تا ساده‌ترین راه‌حلی را که نیازمندی‌ها را برآورده می‌کند انتخاب کنید، به جای مهندسی بیش از حد یا معرفی انتزاعات غیرضروری. هر خط کد فرصتی برای وقوع یک باگ است. بنابراین، کد ساده و مستقیم بسیار بهتر از کد پیچیده و دشوار برای فهمیدن است.
مزایا:
- کاهش پیچیدگی: درک و نگهداری سیستم‌ها آسان‌تر است.
- قابلیت اطمینان بهبودیافته: سیستم‌های ساده‌تر کمتر مستعد خطا هستند.
- توسعه سریع‌تر: توسعه سیستم‌های ساده‌تر سریع‌تر است.
مثال: هنگام طراحی یک API، اگر JSON نیازمندی‌های شما را برآورده می‌کند، یک فرمت داده ساده و سرراست مانند JSON را به جای فرمت‌های پیچیده‌تر مانند XML انتخاب کنید. به همین ترتیب، اگر یک رویکرد ساده‌تر کافی باشد، از استفاده از الگوهای طراحی یا سبک‌های معماری بیش از حد پیچیده خودداری کنید. هنگام اشکال‌زدایی یک مشکل در محیط پروداکشن، قبل از اینکه فرض کنید مشکل پیچیده‌تری است، ابتدا مسیرهای مستقیم کد را بررسی کنید.
۵. به آن نیاز پیدا نخواهی کرد (YAGNI)
مفهوم: تا زمانی که واقعاً به عملکردی نیاز نیست، آن را اضافه نکنید. از بهینه‌سازی زودهنگام اجتناب کنید و در برابر وسوسه افزودن ویژگی‌هایی که فکر می‌کنید ممکن است در آینده مفید باشند اما امروز مورد نیاز نیستند، مقاومت کنید. YAGNI یک رویکرد ناب و چابک را برای توسعه ترویج می‌کند، که بر ارائه ارزش به صورت افزایشی و اجتناب از پیچیدگی غیرضروری تمرکز دارد. این اصل شما را وادار می‌کند تا با مشکلات واقعی به جای مسائل فرضی آینده سروکار داشته باشید. پیش‌بینی حال اغلب آسان‌تر از پیش‌بینی آینده است.
مزایا:
- کاهش پیچیدگی: سیستم‌ها ساده‌تر و نگهداری آن‌ها آسان‌تر است.
- توسعه سریع‌تر: تمرکز بر ارائه سریع ارزش.
- کاهش ریسک: از هدر دادن زمان بر روی ویژگی‌هایی که ممکن است هرگز استفاده نشوند، اجتناب کنید.
مثال: تا زمانی که مشتریان واقعی ندارید که بخواهند از یک درگاه پرداخت جدید استفاده کنند، پشتیبانی از آن را به اپلیکیشن تجارت الکترونیک خود اضافه نکنید. به همین ترتیب، تا زمانی که تعداد قابل توجهی از کاربران که به یک زبان جدید صحبت می‌کنند ندارید، پشتیبانی از آن زبان را به وب‌سایت خود اضافه نکنید. ویژگی‌ها و عملکردها را بر اساس نیازهای واقعی کاربر و الزامات تجاری اولویت‌بندی کنید.
۶. قانون دیمیتر (LoD)
مفهوم: یک ماژول فقط باید با همکاران فوری خود تعامل داشته باشد. از دسترسی به اشیاء از طریق یک زنجیره از فراخوانی متدها خودداری کنید. LoD وابستگی سست را ترویج کرده و وابستگی‌ها بین ماژول‌ها را کاهش می‌دهد. این اصل شما را تشویق می‌کند که مسئولیت‌ها را به همکاران مستقیم خود واگذار کنید به جای اینکه به وضعیت داخلی آن‌ها دسترسی پیدا کنید. این بدان معناست که یک ماژول فقط باید متدهای موارد زیر را فراخوانی کند:
- خودش
- اشیاء پارامترهایش
- هر شیئی که ایجاد می‌کند
- اشیاء کامپوننت مستقیم آن
مزایا:
- کاهش وابستگی: ماژول‌ها کمتر به یکدیگر وابسته هستند.
- قابلیت نگهداری بهبودیافته: تغییرات در یک ماژول تأثیر حداقلی بر سایر ماژول‌ها دارد.
- افزایش قابلیت استفاده مجدد: ماژول‌ها به راحتی در زمینه‌های مختلف قابل استفاده مجدد هستند.
مثال: به جای اینکه یک شیء `Customer` مستقیماً به آدرس یک شیء `Order` دسترسی پیدا کند، آن مسئولیت را به خود شیء `Order` واگذار کنید. شیء `Customer` فقط باید با رابط عمومی شیء `Order` تعامل داشته باشد، نه با وضعیت داخلی آن. این گاهی اوقات به عنوان "بگو، نپرس" (tell, don't ask) شناخته می‌شود.
۷. اصل جایگزینی لیسکوف (LSP)
مفهوم: زیرنوع‌ها باید بتوانند جایگزین نوع‌های پایه خود شوند بدون اینکه صحت برنامه را تغییر دهند. این اصل تضمین می‌کند که وراثت به درستی استفاده می‌شود و زیرنوع‌ها به شیوه‌ای قابل پیش‌بینی رفتار می‌کنند. اگر یک زیرنوع LSP را نقض کند، می‌تواند منجر به رفتار غیرمنتظره و خطا شود. LSP یک اصل مهم برای ترویج قابلیت استفاده مجدد، توسعه‌پذیری و قابلیت نگهداری کد است. این به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد تا با اطمینان سیستم را گسترش داده و اصلاح کنند بدون اینکه عوارض جانبی غیرمنتظره‌ای ایجاد کنند.
مزایا:
- قابلیت استفاده مجدد بهبودیافته: زیرنوع‌ها می‌توانند به جای نوع‌های پایه خود به کار روند.
- توسعه‌پذیری افزایش‌یافته: زیرنوع‌های جدید می‌توانند بدون تأثیر بر کد موجود اضافه شوند.
- کاهش ریسک: تضمین می‌شود که زیرنوع‌ها به شیوه‌ای قابل پیش‌بینی رفتار می‌کنند.
مثال: اگر یک کلاس پایه به نام `Rectangle` با متدهایی برای تنظیم عرض و ارتفاع دارید، یک زیرنوع به نام `Square` نباید این متدها را به گونه‌ای بازنویسی کند که قرارداد `Rectangle` را نقض کند. به عنوان مثال، تنظیم عرض یک `Square` باید ارتفاع را نیز به همان مقدار تنظیم کند تا اطمینان حاصل شود که مربع باقی می‌ماند. اگر این کار را نکند، LSP را نقض کرده است.
۸. اصل تفکیک رابط (ISP)
مفهوم: کلاینت‌ها نباید مجبور به وابستگی به متدهایی شوند که از آن‌ها استفاده نمی‌کنند. این اصل شما را تشویق می‌کند به جای رابطهای بزرگ و یکپارچه، رابطهای کوچکتر و متمرکزتری ایجاد کنید. این کار انعطاف‌پذیری و قابلیت استفاده مجدد سیستم‌های نرم‌افزاری را بهبود می‌بخشد. ISP به کلاینت‌ها اجازه می‌دهد فقط به متدهایی که برایشان مرتبط است وابسته باشند، و تأثیر تغییرات در سایر بخش‌های رابط را به حداقل می‌رساند. همچنین وابستگی سست را ترویج کرده و نگهداری و تکامل سیستم را آسان‌تر می‌کند.
مزایا:
مثال: اگر یک رابط به نام `Worker` با متدهایی برای کار کردن، خوردن و خوابیدن دارید، کلاس‌هایی که فقط نیاز به کار کردن دارند نباید مجبور به پیاده‌سازی متدهای خوردن و خوابیدن شوند. در عوض، رابطهای جداگانه‌ای برای `Workable`، `Eatable` و `Sleepable` ایجاد کنید و کلاس‌ها فقط رابط‌هایی را که برایشان مرتبط است پیاده‌سازی کنند.
۹. ترکیب به جای وراثت
مفهوم: برای دستیابی به استفاده مجدد از کد و انعطاف‌پذیری، ترکیب را بر وراثت ترجیح دهید. ترکیب شامل ترکیب اشیاء ساده برای ایجاد اشیاء پیچیده‌تر است، در حالی که وراثت شامل ایجاد کلاس‌های جدید بر اساس کلاس‌های موجود است. ترکیب چندین مزیت نسبت به وراثت دارد، از جمله افزایش انعطاف‌پذیری، کاهش وابستگی و بهبود تست‌پذیری. این به شما امکان می‌دهد تا رفتار یک شیء را در زمان اجرا با تعویض ساده اجزای آن تغییر دهید.
مزایا:
- افزایش انعطاف‌پذیری: اشیاء می‌توانند به روش‌های مختلف برای دستیابی به رفتارهای متفاوت ترکیب شوند.
- کاهش وابستگی: اشیاء کمتر به یکدیگر وابسته هستند.
- تست‌پذیری بهبودیافته: اشیاء می‌توانند به طور مستقل تست شوند.
مثال: به جای ایجاد یک سلسله مراتب از کلاس‌های `Animal` با زیرکلاس‌هایی برای `Dog`، `Cat` و `Bird`، کلاس‌های جداگانه‌ای برای `Barking`، `Meowing` و `Flying` ایجاد کنید و این کلاس‌ها را با کلاس `Animal` ترکیب کنید تا انواع مختلفی از حیوانات را ایجاد کنید. این به شما امکان می‌دهد تا به راحتی رفتارهای جدیدی را به حیوانات اضافه کنید بدون اینکه سلسله مراتب کلاس موجود را تغییر دهید.
۱۰. انسجام بالا و وابستگی کم
مفهوم: برای انسجام بالا در داخل ماژول‌ها و وابستگی کم بین ماژول‌ها تلاش کنید. انسجام به درجه‌ای اشاره دارد که عناصر داخل یک ماژول با یکدیگر مرتبط هستند. انسجام بالا به این معناست که عناصر داخل یک ماژول ارتباط نزدیکی با هم دارند و برای دستیابی به یک هدف واحد و به خوبی تعریف‌شده با هم کار می‌کنند. وابستگی به درجه‌ای اشاره دارد که ماژول‌ها به یکدیگر وابسته هستند. وابستگی کم به این معناست که ماژول‌ها به صورت سست به هم متصل هستند و می‌توانند به طور مستقل و بدون تأثیر بر سایر ماژول‌ها تغییر کنند. انسجام بالا و وابستگی کم برای ایجاد سیستم‌های قابل نگهداری، قابل استفاده مجدد و قابل تست ضروری هستند.
مزایا:
- قابلیت نگهداری بهبودیافته: تغییرات در یک ماژول تأثیر حداقلی بر سایر ماژول‌ها دارد.
- افزایش قابلیت استفاده مجدد: ماژول‌ها می‌توانند در زمینه‌های مختلف دوباره استفاده شوند.
- تست ساده‌شده: ماژول‌ها می‌توانند به طور مستقل تست شوند.
مثال: ماژول‌های خود را طوری طراحی کنید که یک هدف واحد و به خوبی تعریف‌شده داشته باشند و وابستگی‌های خود به سایر ماژول‌ها را به حداقل برسانند. از رابط‌ها برای جداسازی ماژول‌ها و تعریف مرزهای واضح بین آن‌ها استفاده کنید.
۱۱. مقیاس‌پذیری
مفهوم: سیستم را طوری طراحی کنید که بار و ترافیک افزایش‌یافته را بدون کاهش عملکرد قابل توجه مدیریت کند. مقیاس‌پذیری یک ملاحظه حیاتی برای سیستم‌هایی است که انتظار می‌رود در طول زمان رشد کنند. دو نوع اصلی مقیاس‌پذیری وجود دارد: مقیاس‌پذیری عمودی (scaling up) و مقیاس‌پذیری افقی (scaling out). مقیاس‌پذیری عمودی شامل افزایش منابع یک سرور واحد، مانند افزودن CPU، حافظه یا فضای ذخیره‌سازی بیشتر است. مقیاس‌پذیری افقی شامل افزودن سرورهای بیشتر به سیستم است. مقیاس‌پذیری افقی به طور کلی برای سیستم‌های بزرگ‌مقیاس ترجیح داده می‌شود، زیرا تحمل خطا و انعطاف‌پذیری بهتری را ارائه می‌دهد.
مزایا:
- عملکرد بهبودیافته: سیستم‌ها می‌توانند بار افزایش‌یافته را بدون کاهش عملکرد مدیریت کنند.
- دسترس‌پذیری افزایش‌یافته: سیستم‌ها می‌توانند حتی در صورت خرابی برخی سرورها به کار خود ادامه دهند.
- کاهش هزینه‌ها: سیستم‌ها می‌توانند بر اساس نیازهای متغیر، بزرگ یا کوچک شوند.
مثال: از توزیع‌کننده بار (load balancing) برای توزیع ترافیک بین چندین سرور استفاده کنید. از کش برای کاهش بار روی پایگاه داده استفاده کنید. از پردازش ناهمزمان برای مدیریت کارهای طولانی‌مدت استفاده کنید. استفاده از یک پایگاه داده توزیع‌شده برای مقیاس‌پذیری ذخیره‌سازی داده را در نظر بگیرید.
۱۲. قابلیت اطمینان
مفهوم: سیستم را طوری طراحی کنید که در برابر خطا مقاوم باشد و به سرعت از خطاها بازیابی شود. قابلیت اطمینان یک ملاحظه حیاتی برای سیستم‌هایی است که در برنامه‌های کاربردی حیاتی (mission-critical) استفاده می‌شوند. چندین تکنیک برای بهبود قابلیت اطمینان وجود دارد، از جمله افزونگی (redundancy)، تکثیر (replication) و تشخیص خطا (fault detection). افزونگی شامل داشتن چندین نسخه از اجزای حیاتی است. تکثیر شامل ایجاد چندین نسخه از داده‌ها است. تشخیص خطا شامل نظارت بر سیستم برای یافتن خطاها و انجام اقدامات اصلاحی خودکار است.
مزایا:
- کاهش زمان از کار افتادگی: سیستم‌ها می‌توانند حتی در صورت خرابی برخی اجزا به کار خود ادامه دهند.
- یکپارچگی داده بهبودیافته: داده‌ها از خرابی و از دست رفتن محافظت می‌شوند.
- افزایش رضایت کاربر: کاربران کمتر با خطا یا وقفه مواجه می‌شوند.
مثال: از چندین توزیع‌کننده بار برای توزیع ترافیک بین چندین سرور استفاده کنید. از یک پایگاه داده توزیع‌شده برای تکثیر داده‌ها در چندین سرور استفاده کنید. بررسی‌های سلامت (health checks) را برای نظارت بر سلامت سیستم و راه‌اندازی مجدد خودکار اجزای خراب پیاده‌سازی کنید. از قطع‌کننده‌های مدار (circuit breakers) برای جلوگیری از خرابی‌های زنجیره‌ای استفاده کنید.
۱۳. دسترس‌پذیری
مفهوم: سیستم را طوری طراحی کنید که در همه زمان‌ها برای کاربران قابل دسترس باشد. دسترس‌پذیری یک ملاحظه حیاتی برای سیستم‌هایی است که توسط کاربران جهانی در مناطق زمانی مختلف استفاده می‌شوند. چندین تکنیک برای بهبود دسترس‌پذیری وجود دارد، از جمله افزونگی، جایگزینی خودکار (failover) و توزیع بار. افزونگی شامل داشتن چندین نسخه از اجزای حیاتی است. جایگزینی خودکار شامل تغییر خودکار به یک جزء پشتیبان در صورت خرابی جزء اصلی است. توزیع بار شامل توزیع ترافیک بین چندین سرور است.
مزایا:
- افزایش رضایت کاربر: کاربران می‌توانند هر زمان که به سیستم نیاز دارند به آن دسترسی داشته باشند.
- تداوم کسب‌وکار بهبودیافته: سیستم می‌تواند حتی در هنگام قطعی‌ها به کار خود ادامه دهد.
- کاهش از دست رفتن درآمد: سیستم می‌تواند حتی در هنگام قطعی‌ها به تولید درآمد ادامه دهد.
مثال: سیستم را در چندین منطقه در سراسر جهان مستقر کنید. از یک شبکه تحویل محتوا (CDN) برای کش کردن محتوای استاتیک نزدیک‌تر به کاربران استفاده کنید. از یک پایگاه داده توزیع‌شده برای تکثیر داده‌ها در چندین منطقه استفاده کنید. نظارت و هشدار را برای شناسایی و پاسخ سریع به قطعی‌ها پیاده‌سازی کنید.
۱۴. سازگاری
مفهوم: اطمینان حاصل کنید که داده‌ها در تمام بخش‌های سیستم سازگار هستند. سازگاری یک ملاحظه حیاتی برای سیستم‌هایی است که شامل چندین منبع داده یا چندین نسخه از داده‌ها هستند. چندین سطح مختلف از سازگاری وجود دارد، از جمله سازگاری قوی (strong consistency)، سازگاری نهایی (eventual consistency) و سازگاری علّی (causal consistency). سازگاری قوی تضمین می‌کند که همه خواندن‌ها آخرین نوشتن را برمی‌گردانند. سازگاری نهایی تضمین می‌کند که همه خواندن‌ها در نهایت آخرین نوشتن را برمی‌گردانند، اما ممکن است تأخیری وجود داشته باشد. سازگاری علّی تضمین می‌کند که خواندن‌ها، نوشتن‌هایی را که به طور علّی با خواندن مرتبط هستند، برمی‌گردانند.
مزایا:
- یکپارچگی داده بهبودیافته: داده‌ها از خرابی و از دست رفتن محافظت می‌شوند.
- افزایش رضایت کاربر: کاربران داده‌های سازگاری را در تمام بخش‌های سیستم می‌بینند.
- کاهش خطاها: سیستم کمتر احتمال دارد نتایج نادرست تولید کند.
مثال: از تراکنش‌ها برای اطمینان از اینکه چندین عملیات به صورت اتمی انجام می‌شوند، استفاده کنید. از تایید دو مرحله‌ای (two-phase commit) برای هماهنگی تراکنش‌ها در چندین منبع داده استفاده کنید. از مکانیسم‌های حل تعارض برای مدیریت تعارضات بین به‌روزرسانی‌های همزمان استفاده کنید.
۱۵. عملکرد
مفهوم: سیستم را طوری طراحی کنید که سریع و پاسخگو باشد. عملکرد یک ملاحظه حیاتی برای سیستم‌هایی است که توسط تعداد زیادی از کاربران استفاده می‌شوند یا حجم زیادی از داده‌ها را پردازش می‌کنند. چندین تکنیک برای بهبود عملکرد وجود دارد، از جمله کش کردن، توزیع بار و بهینه‌سازی. کش کردن شامل ذخیره داده‌های پرکاربرد در حافظه است. توزیع بار شامل توزیع ترافیک بین چندین سرور است. بهینه‌سازی شامل بهبود کارایی کد و الگوریتم‌ها است.
مزایا:
- تجربه کاربری بهبودیافته: کاربران بیشتر احتمال دارد از سیستمی استفاده کنند که سریع و پاسخگو باشد.
- کاهش هزینه‌ها: یک سیستم کارآمدتر می‌تواند هزینه‌های سخت‌افزاری و عملیاتی را کاهش دهد.
- افزایش رقابت‌پذیری: یک سیستم سریع‌تر می‌تواند به شما یک مزیت رقابتی بدهد.
مثال: از کش برای کاهش بار روی پایگاه داده استفاده کنید. از توزیع بار برای توزیع ترافیک بین چندین سرور استفاده کنید. کد و الگوریتم‌ها را برای بهبود عملکرد بهینه‌سازی کنید. از ابزارهای پروفایلینگ برای شناسایی گلوگاه‌های عملکرد استفاده کنید.
به‌کارگیری اصول طراحی سیستم در عمل
در اینجا چند نکته عملی برای به‌کارگیری اصول طراحی سیستم در پروژه‌های شما آورده شده است:
- با نیازمندی‌ها شروع کنید: قبل از شروع طراحی سیستم، نیازمندی‌های آن را درک کنید. این شامل نیازمندی‌های عملکردی، غیرعملکردی و محدودیت‌ها می‌شود.
- از یک رویکرد ماژولار استفاده کنید: سیستم را به ماژول‌های کوچکتر و قابل مدیریت‌تر تقسیم کنید. این کار درک، نگهداری و تست سیستم را آسان‌تر می‌کند.
- از الگوهای طراحی استفاده کنید: از الگوهای طراحی تثبیت‌شده برای حل مشکلات رایج طراحی استفاده کنید. الگوهای طراحی راه‌حل‌های قابل استفاده مجدد برای مشکلات تکراری ارائه می‌دهند و می‌توانند به شما در ایجاد سیستم‌های قوی‌تر و قابل نگهداری‌تر کمک کنند.
- مقیاس‌پذیری و قابلیت اطمینان را در نظر بگیرید: سیستم را از همان ابتدا طوری طراحی کنید که مقیاس‌پذیر و قابل اعتماد باشد. این کار در درازمدت در زمان و هزینه شما صرفه‌جویی خواهد کرد.
- زود و به طور مکرر تست کنید: سیستم را زود و به طور مکرر تست کنید تا مشکلات را قبل از اینکه رفع آن‌ها پرهزینه شود، شناسایی و برطرف کنید.
- طراحی را مستند کنید: طراحی سیستم را مستند کنید تا دیگران بتوانند آن را درک کرده و نگهداری کنند.
- اصول چابک را بپذیرید: توسعه چابک بر توسعه تکراری، همکاری و بهبود مستمر تأکید دارد. اصول چابک را در فرآیند طراحی سیستم خود به کار بگیرید تا اطمینان حاصل کنید که سیستم نیازهای کاربران خود را برآورده می‌کند.
نتیجه‌گیری
تسلط بر اصول طراحی سیستم برای ساخت سیستم‌های مقیاس‌پذیر، قابل اعتماد و قابل نگهداری ضروری است. با درک و به‌کارگیری این اصول، می‌توانید سیستم‌هایی ایجاد کنید که نیازهای کاربران و سازمان شما را برآورده کنند. به یاد داشته باشید که بر سادگی، ماژولار بودن و مقیاس‌پذیری تمرکز کنید و زود و به طور مکرر تست کنید. به طور مداوم یاد بگیرید و با فناوری‌ها و بهترین شیوه‌های جدید سازگار شوید تا از رقبا پیشی بگیرید و سیستم‌های نوآورانه و تأثیرگذار بسازید.
این راهنما یک پایه محکم برای درک و به‌کارگیری اصول طراحی سیستم فراهم می‌کند. به یاد داشته باشید که طراحی سیستم یک فرآیند تکراری است و شما باید با کسب اطلاعات بیشتر در مورد سیستم و نیازمندی‌های آن، به طور مداوم طراحی‌های خود را اصلاح کنید. در ساختن سیستم عالی بعدی خود موفق باشید!