Слои в архитектуре ПО
Концепция слоев — одна из общеупотребительных моделей, используемых разработчиками программного обеспечения для разделения сложных систем на более простые части. В архитектурах компьютерных систем, например, различают слои кода на языке программирования, функций операционной системы, драйверов устройств, наборов инструкций центрального процессора и внутренней логики микросхем. В среде сетевого взаимодействия протокол FТР работает на основе протокола ТСР, который, в свою очередь, функционирует "поверх" протокола IР, расположенного "над" протоколом Ethernet [7]. Итак, рассмотрим основные причины интереса к слоям архитектуры программных систем:
Слои легко формализуются. Интуитивно понятно, что если система разбита на ряд слоев, то слой n – это компонент или набор компонентов системы, которые используют только компоненты слоя n-1 и могут быть использованы только компонентами слоя n+1.
Слои обладают простой и наглядной семантикой. Как правило, в архитектуре программной системы слои представляют уровни абстракции. Слой n+1 использует слой
n, следовательно, абстракция понятий слоя n+1, по меньшей мере, не ниже чем у слоя n, а в идеале – если архитектура системы эффективна, его уровень абстракции должен быть выше. Соответственно, слой n скрывает (инкапсулирует) логику работы с понятиями определенными на этом слое, позволяя, таким образом, слою n+1 реализовать работу с более сложными понятиями, организовать более сложную логику, используя выразительные средства нижележащего слоя.
Слои широко распространены. Действительно, достаточно большое количество программных систем, особенно если речь идет о программных системах масштаба предприятия (enterprise systems), имеют именно слоистую структуру. Конечно, достаточно часто встречается ситуация, когда строгая послойная структура системы нарушается – как правило, это является следствием эрозии архитектуры (архитектурным дефектом) и ее устранение в большинстве случаев способно принести ощутимые выгоды (эти аспекты рассматриваются далее).
Альтернативная реализация. Можно выбирать альтернативную реализацию базовых слоев – компоненты верхнего слоя способны работать без каких-либо изменений в нижележащих слоях [7], при условии сохранения интерфейсов.
Минимизация интерфейсов. Зависимость между слоями, то есть, фактически, интерфейсы, предоставляемые нижними слоями верхним, можно свести к минимуму [7]. Такая минимизация интерфейсов – позволяет увеличивать гибкость системы.
Схема архитектурных слоев обладает и определенными недостатками [7]:
Каскадные изменения. Слои способны удачно инкапсулировать многое, но не все: модификация одного слоя подчас связана с необходимостью внесения каскадных изменений в остальные слои. Классический пример из области корпоративных программных приложений: поле, добавленное в таблицу базы данных, подлежит воспроизведению в графическом интерфейсе и должно найти соответствующее отображение в каждом промежуточном слое.
Падение производительности. Наличие избыточных слоев нередко снижает производительность системы. При переходе от слоя к слою данные обычно подвергаются преобразованиям из одного представления в другое. Несмотря на это, инкапсуляция нижележащих функций зачастую позволяет достичь весьма существенного преимущества. Например, оптимизация слоя транзакций обычно приводит к повышению производительности всех вышележащих слоев.
