Lịch sử phát triển của kiến trúc phần mềm
Lĩnh vực công nghệ phần mềm đã được định hình bởi sự phát triển liên tục để đáp ứng các vấn đề và yêu cầu mới. Sự tiến bộ này đã dẫn đến sự phát triển của các thiết kế kiến trúc phần mềm khác nhau để đáp ứng nhu cầu của các đặc điểm và thách thức hệ thống khác nhau theo thời gian.
Lịch sử của thiết kế kiến trúc phần mềm bắt nguồn từ những ngày đầu lập trình, khi các hệ thống phần mềm tương đối đơn giản và được tạo ra cho các tác vụ rất cụ thể. Theo thời gian, sự gia tăng độ phức tạp và nhu cầu về các hệ thống có thể mở rộng, có thể bảo trì và linh hoạt đã dẫn đến sự xuất hiện của nhiều kiểu kiến trúc phần mềm.
Bài viết này sẽ khám phá lịch sử phát triển cũng như những ưu điểm và nhược điểm chính của các thiết kế kiến trúc phần mềm khác nhau, bao gồm các phương pháp tiếp cận nguyên khối, hướng dịch vụ (SOA), vi dịch vụ và không có máy chủ. Hiểu cách các thiết kế này đã phát triển có thể giúp các nhà phát triển và kiến trúc sư đưa ra quyết định sáng suốt hơn khi chọn kiến trúc phù hợp cho ứng dụng của họ.
Kiến trúc phần mềm nguyên khối
Trong giai đoạn đầu của quá trình phát triển phần mềm , kiến trúc nguyên khối là cách tiếp cận phổ biến nhất. Kiến trúc nguyên khối đại diện cho một hệ thống phần mềm đơn tầng, liên kết chặt chẽ và độc lập, trong đó tất cả các thành phần, chẳng hạn như giao diện người dùng, logic nghiệp vụ và truy cập dữ liệu, được thực thi trong một quy trình duy nhất. Phong cách thiết kế này được đặc trưng bởi sự đơn giản và cho phép thực thi mã hiệu quả. Tuy nhiên, khi các hệ thống phần mềm ngày càng phức tạp, những hạn chế của kiến trúc nguyên khối trở nên rõ ràng. Kiến trúc nguyên khối tỏ ra khó bảo trì, mở rộng quy mô và phát triển. Một số thách thức chính liên quan đến kiến trúc nguyên khối bao gồm:
- Khả năng mở rộng: Trong kiến trúc nguyên khối, việc mở rộng ứng dụng liên quan đến việc sao chép toàn bộ hệ thống. Quá trình này có thể tốn nhiều tài nguyên, tốn kém và không linh hoạt.
- Khả năng bảo trì: Khi kích thước của cơ sở mã tăng lên, việc bảo trì hệ thống một cách hiệu quả trở nên khó khăn hơn. Vấn đề này trở nên trầm trọng hơn khi nhiều nhà phát triển làm việc trên cùng một cơ sở mã, làm tăng khả năng xảy ra lỗi và xung đột.
- Triển khai: Trong kiến trúc này, ngay cả những thay đổi mã nhỏ cũng yêu cầu triển khai lại toàn bộ hệ thống, dẫn đến tăng thời gian ngừng hoạt động và nguy cơ xảy ra lỗi.
- Khóa công nghệ: Các kiến trúc nguyên khối thường phụ thuộc nhiều vào một ngăn xếp công nghệ duy nhất, gây khó khăn cho việc chuyển sang các công nghệ hoặc phương pháp tiếp cận mới mà không cần viết lại toàn bộ hệ thống.
Để vượt qua những thách thức này, một phong cách kiến trúc mới được gọi là Kiến trúc hướng dịch vụ (SOA) đã xuất hiện như một giải pháp.
Kiến trúc hướng dịch vụ (SOA)
Kiến trúc hướng dịch vụ (SOA) là một khái niệm thiết kế kiến trúc đã phát triển như một phản ứng đối với những hạn chế của kiến trúc nguyên khối. Theo cách tiếp cận này, chức năng của một hệ thống phần mềm được tổ chức thành một tập hợp các dịch vụ có thể triển khai độc lập giao tiếp với nhau thông qua các giao diện được xác định rõ. Phong cách thiết kế này cho phép các ứng dụng được xây dựng dưới dạng các thành phần mô-đun, được ghép nối lỏng lẻo, có thể được tái sử dụng và kết hợp theo nhiều cách khác nhau. Một số lợi ích chính của Kiến trúc hướng dịch vụ bao gồm:
- Khả năng mở rộng: SOA cho phép khả năng mở rộng theo chiều ngang lớn hơn, vì các dịch vụ riêng lẻ có thể được mở rộng độc lập để đáp ứng nhu cầu.
- Khả năng bảo trì: Bản chất mô-đun của các dịch vụ giúp dễ dàng cách ly và khắc phục sự cố cũng như cập nhật các thành phần riêng lẻ mà không ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống.
- Khả năng tái sử dụng: SOA thúc đẩy việc tạo ra các dịch vụ có thể tái sử dụng có thể được tận dụng trên nhiều ứng dụng, giảm sự trùng lặp về nỗ lực và thúc đẩy tính nhất quán.
- Tính linh hoạt: Dựa trên các giao diện được tiêu chuẩn hóa, SOA giúp dễ dàng chuyển đổi các công nghệ cơ bản, kết hợp chức năng mới hoặc thay thế các dịch vụ hiện có.
Bất chấp những lợi ích của SOA, việc triển khai phong cách kiến trúc này cũng đi kèm với những thách thức riêng:
- Độ phức tạp gia tăng: Bản chất phân tán của SOA có thể tạo ra độ phức tạp về khám phá dịch vụ, phối hợp và giao tiếp.
- Chi phí hoạt động: Việc nhắn tin và tuần tự hóa dữ liệu giữa các dịch vụ có thể dẫn đến tăng độ trễ và chi phí hoạt động so với kiến trúc nguyên khối truyền thống.
- Bảo mật: .SOA thể hiện bề mặt tấn công lớn hơn; mỗi dịch vụ phải được bảo mật trước các mối đe dọa tiềm tàng.
Nguồn hình ảnh: Wikipedia
Để đối phó với một số thách thức mà SOA gặp phải, các nhà phát triển và kiến trúc sư đã chuyển sang một phong cách kiến trúc khác để giải quyết những vấn đề này: microservices.
Kiến trúc vi dịch vụ
Kiến trúc microservice là một cách tiếp cận tiên tiến để phát triển phần mềm nhằm giải quyết các hạn chế của kiến trúc nguyên khối và hướng dịch vụ. Trong kiến trúc microservices, một ứng dụng được cấu trúc như một tập hợp các dịch vụ nhỏ, độc lập được liên kết lỏng lẻo và có thể được phát triển, triển khai và mở rộng quy mô độc lập với nhau. Mỗi dịch vụ thường có cơ sở mã, lưu trữ và quy trình triển khai riêng, cho phép mức độ linh hoạt và tự chủ cao trong quá trình phát triển .
Một trong những lợi ích chính của kiến trúc microservices là khả năng mở rộng được cải thiện. Vì mỗi dịch vụ có thể được thay đổi quy mô độc lập, nên các nhóm có thể quản lý tài nguyên và chi phí tốt hơn bằng cách chỉ mở rộng quy mô cho các dịch vụ yêu cầu thêm dung lượng. Điều này cũng cho phép sử dụng tài nguyên phần cứng và đám mây hiệu quả hơn, vì các dịch vụ ít được sử dụng có thể được thu nhỏ khi không có nhu cầu.
Một ưu điểm khác của việc sử dụng microservice là khả năng chịu lỗi của chúng. Khi một dịch vụ riêng lẻ bị lỗi, nó không nhất thiết phải hủy toàn bộ ứng dụng vì các dịch vụ khác có thể tiếp tục hoạt động độc lập. Khả năng phục hồi này làm cho các ứng dụng dựa trên vi dịch vụ trở nên đáng tin cậy hơn và ít bị ngừng hoạt động hơn.
Kiến trúc microservices cũng hỗ trợ tổ chức và quản lý nhóm phát triển tốt hơn. Do sự phân chia mối quan tâm và trách nhiệm, các nhóm có thể được phân chia theo dòng dịch vụ mà họ duy trì, cho phép họ làm việc độc lập và tập trung vào các lĩnh vực ứng dụng cụ thể. Điều này cho phép các chu kỳ phát triển nhanh hơn, vì nhiều nhóm có thể làm việc song song mà không gây ra tắc nghẽn do sự phụ thuộc lẫn nhau.
Tính linh hoạt của kiến trúc microservices cũng mang đến sự đa dạng về công nghệ. Vì mỗi dịch vụ có thể sử dụng các công nghệ khác nhau nên các nhóm có thể chọn các công cụ và khuôn khổ phù hợp nhất cho nhiệm vụ hiện tại. Điều này có thể dẫn đến một giải pháp phần mềm hiệu quả và hiệu quả hơn về tổng thể.
Tuy nhiên, kiến trúc microservices có những thách thức riêng. Sự phức tạp ngày càng tăng của các hệ thống phân tán có thể khó quản lý, đặc biệt là về giám sát, ghi nhật ký và bảo mật. Ngoài ra, khi số lượng dịch vụ tăng lên, việc duy trì tính nhất quán và khả năng tương tác giữa chúng có thể trở nên khó khăn, điều này có thể dẫn đến nợ kỹ thuật và khó khăn trong việc duy trì toàn bộ hệ thống.
Kiến trúc không có máy chủ
Kiến trúc không có máy chủ là một mô hình tương đối mới trong phát triển phần mềm cho phép các nhà phát triển xây dựng và triển khai các ứng dụng mà không cần quản lý các máy chủ bên dưới. Trong kiến trúc serverless, các nhà phát triển dựa vào các nhà cung cấp dịch vụ đám mây để tự động phân bổ và quản lý tài nguyên máy tính khi cần. Thuật ngữ "không có máy chủ" có thể gây hiểu lầm phần nào, vì các máy chủ vẫn tham gia vào quá trình này; tuy nhiên, trách nhiệm quản lý tài nguyên máy chủ được chuyển từ nhà phát triển sang nhà cung cấp đám mây.
Lợi ích chính của kiến trúc serverless nằm ở hiệu quả chi phí và khả năng mở rộng dễ dàng. Các ứng dụng được xây dựng trên nền tảng không có máy chủ thường có mô hình định giá trả theo mức sử dụng, nghĩa là người dùng chỉ trả tiền cho các tài nguyên điện toán mà họ sử dụng. Điều này có thể giúp tiết kiệm chi phí đáng kể, đặc biệt đối với các ứng dụng có khối lượng công việc thay đổi hoặc nhu cầu không thể đoán trước.
Kiến trúc serverless cho phép các ứng dụng mở rộng quy mô một cách tự động và dễ dàng, vì các nhà cung cấp đám mây có thể phân bổ các tài nguyên bổ sung để đáp ứng nhu cầu gia tăng. Mức khả năng tự động thay đổi quy mô này khó đạt được và duy trì hơn với các kiến trúc dựa trên máy chủ truyền thống.
Ngoài ra, kiến trúc serverless có thể hợp lý hóa quy trình phát triển bằng cách ẩn đi sự phức tạp và mã soạn sẵn liên quan đến quản lý tài nguyên máy chủ. Sự đơn giản hóa này giải phóng các nhà phát triển để tập trung vào chức năng cốt lõi của ứng dụng của họ, điều này có thể dẫn đến chu kỳ phát triển nhanh hơn và thời gian đưa ra thị trường nhanh hơn.
Mặc dù có những ưu điểm, nhưng kiến trúc không có máy chủ cũng có những nhược điểm. Các ứng dụng hiệu suất cao, độ trễ thấp có thể không phù hợp lắm với môi trường không có máy chủ do chi phí hoạt động tiềm ẩn do quá trình khởi tạo chức năng gây ra và các nhà phát triển có quyền kiểm soát hạn chế đối với cơ sở hạ tầng bên dưới. Ngoài ra, kiến trúc serverless có thể khiến ứng dụng dễ bị nhà cung cấp khóa hơn, vì việc di chuyển sang nhà cung cấp đám mây khác hoặc sang môi trường tại chỗ có thể khó khăn hoặc tốn thời gian.
Tác động của nền tảng Low-Code và No-Code
Khi nhu cầu phát triển ứng dụng nhanh chóng tăng lên, các nền tảng ít mã và không mã đã nổi lên như những công cụ mạnh mẽ cho phép người dùng tạo các giải pháp phần mềm mà không yêu cầu chuyên môn mã hóa sâu rộng. Các nền tảng này đơn giản hóa quy trình phát triển phần mềm bằng cách trừu tượng hóa sự phức tạp về kiến trúc và cung cấp các giao diện thiết kế trực quan để tạo ứng dụng. Bằng cách tận dụng các công cụ low-code và no-code, những người không phải là lập trình viên hoặc nhà phát triển công dân có thể đóng góp vào quá trình phát triển, giúp việc phát triển ứng dụng trở nên dễ tiếp cận và hiệu quả hơn đối với nhiều người hơn.
Một trong những nền tảng no-code hàng đầu trên thị trường là AppMaster , cho phép người dùng tạo các ứng dụng phụ trợ, web và di động thông qua giao diện trực quan thân thiện với người dùng. Với AppMaster, người dùng có thể tạo các mô hình dữ liệu một cách trực quan, thiết kế các quy trình kinh doanh và phát triển endpoints API REST , cùng nhiều thứ khác.
Các nền tảng Low-code và no-code tác động đáng kể đến thiết kế kiến trúc phần mềm bằng cách đơn giản hóa quy trình và trao quyền cho các nhà phát triển công dân . Ngoài ra, các nền tảng này có thể giúp các công ty giảm thời gian và nguồn lực cần thiết để phát triển ứng dụng, giúp toàn bộ quy trình tiết kiệm chi phí và hiệu quả hơn.
Tuy nhiên, điều quan trọng là phải nhận ra rằng các nền tảng low-code và no-code có những hạn chế nhất định, đặc biệt liên quan đến khả năng tùy chỉnh và tính linh hoạt được cung cấp bởi các phương pháp phát triển phần mềm truyền thống. Các ứng dụng được xây dựng trên các nền tảng này có thể không phù hợp với các trường hợp sử dụng chuyên biệt cao, quan trọng về hiệu suất, yêu cầu các giải pháp kiến trúc độc đáo hoặc tích hợp sâu với cơ sở hạ tầng hiện có.
Tuy nhiên, việc áp dụng các nền tảng low-code và no-code gần như chắc chắn sẽ phát triển khi các doanh nghiệp tìm kiếm các cách phát triển ứng dụng hiệu quả và tiết kiệm chi phí hơn. Với những tiến bộ trong tự động hóa, trí tuệ nhân tạo và các công nghệ khác, khả năng của các nền tảng này có thể sẽ tiếp tục mở rộng, mở ra những khả năng mới trong thiết kế kiến trúc phần mềm.
Định hướng tương lai trong thiết kế kiến trúc phần mềm
Khi công nghệ tiếp tục phát triển và các xu hướng mới xuất hiện, thế giới kiến trúc phần mềm cũng sẽ tiếp tục phát triển. Trong phần này, chúng ta sẽ thảo luận về một số hướng tiềm năng trong tương lai trong thiết kế kiến trúc phần mềm, bao gồm các phương pháp tiếp cận dựa trên AI, tập trung vào bảo mật và tích hợp các thiết bị Internet of Things (IoT) và điện toán biên.
Kiến trúc và phát triển dựa trên AI
Trí tuệ nhân tạo (AI) sẽ ngày càng quan trọng trong thiết kế và phát triển kiến trúc phần mềm. AI có thể được tận dụng để tối ưu hóa và tự động hóa các khía cạnh khác nhau của thiết kế kiến trúc, chẳng hạn như xác định tắc nghẽn hiệu suất hoặc lỗ hổng bảo mật. AI cũng có thể giúp tạo mã, cho phép các nhà phát triển tập trung hơn vào việc thiết kế các mẫu kiến trúc cấp cao. Hơn nữa, bằng cách sử dụng các thuật toán học máy và mạng thần kinh, chúng ta có thể mong đợi sự xuất hiện của các kiến trúc phần mềm tự thích ứng có thể tự động điều chỉnh các thành phần và cấu hình hệ thống để đáp ứng với các điều kiện môi trường và yêu cầu của người dùng đang thay đổi.
Nhấn mạnh vào Bảo mật và Quyền riêng tư
Khi thế giới kỹ thuật số trở nên kết nối với nhau nhiều hơn, các mối quan tâm về bảo mật và quyền riêng tư trở nên quan trọng hơn bao giờ hết. Kiến trúc phần mềm trong tương lai cần nhấn mạnh đến việc bảo mật dữ liệu, cho phép liên lạc an toàn giữa các thành phần và đảm bảo tính riêng tư của thông tin người dùng. Điều này sẽ dẫn đến việc kết hợp các phương thức mã hóa, xác thực và ủy quyền nâng cao trong toàn bộ các thành phần kiến trúc của hệ thống phần mềm. Ngoài ra, với nhận thức ngày càng tăng và việc thực thi các quy định bảo vệ dữ liệu như GDPR và CCPA , kiến trúc sư phần mềm phải thiết kế các hệ thống cho phép các tổ chức tuân thủ các yêu cầu này. Điều này sẽ liên quan đến việc triển khai các cơ chế kiểm soát truy cập dữ liệu, chính sách lưu giữ dữ liệu và tính minh bạch trong việc thu thập, lưu trữ và xử lý thông tin người dùng.
Tích hợp IoT và điện toán biên
Sự trỗi dậy của Internet vạn vật (IoT) và nhu cầu xử lý dữ liệu thời gian thực ở biên mạng ngày càng tăng sẽ tác động đến cách thiết kế kiến trúc phần mềm. Với hàng tỷ thiết bị IoT dự kiến sẽ được kết nối trên toàn thế giới, việc các kiến trúc phần mềm cho phép liên lạc và tích hợp liền mạch giữa các thiết bị khác nhau và hệ thống tập trung sẽ ngày càng trở nên quan trọng. Điện toán biên, nơi xử lý dữ liệu được thực hiện gần nguồn dữ liệu hơn (tức là thiết bị IoT), sẽ trở thành một phần không thể thiếu trong kiến trúc phần mềm. Do đó, các kiến trúc sư sẽ cần thiết kế các hệ thống có thể quản lý và xử lý dữ liệu trên nhiều địa điểm khác nhau, truyền dữ liệu hiệu quả giữa các thiết bị IoT và nền tảng đám mây, đồng thời cho phép đưa ra quyết định theo thời gian thực dựa trên dữ liệu đã xử lý.
Vai trò của nền tảng Low-Code và No-Code
Các nền tảng Low-code và không mã , chẳng hạn như AppMaster, đã dân chủ hóa quá trình phát triển phần mềm bằng cách cho phép các cá nhân có ít hoặc không có nền tảng kỹ thuật xây dựng các ứng dụng web, di động và phụ trợ. Những nền tảng này sẽ tiếp tục đóng một vai trò quan trọng trong việc định hình tương lai của thiết kế kiến trúc phần mềm. Bằng cách trừu tượng hóa sự phức tạp của các kiến trúc cơ bản, các nền tảng low-code và no-code tạo điều kiện phát triển ứng dụng nhanh chóng và giảm thiểu nợ kỹ thuật. Chúng cũng cho phép các nhóm CNTT tập trung hơn vào các quyết định thiết kế cấp cao hơn và mang lại giá trị kinh doanh lớn hơn. Với việc áp dụng ngày càng nhiều các nền tảng này, chúng ta có thể mong đợi nhiều môi trường phát triển tích hợp (IDE) hơn để cung cấp các công cụ trực quan và tương tác để thiết kế, phát triển và triển khai các ứng dụng phần mềm. Khi các nền tảng low-code và no-code phát triển, chúng sẽ kết hợp nhiều tính năng nâng cao hơn và hỗ trợ cho các mô hình kiến trúc mới nổi, giúp đơn giản hóa hơn nữa quy trình phát triển phần mềm.
Tương lai của kiến trúc phần mềm là một không gian thú vị và năng động được thúc đẩy bởi sự tiến bộ không ngừng của công nghệ. Bằng cách bắt kịp các xu hướng mới nổi và hiểu được tác động của chúng đối với các mẫu thiết kế phần mềm, các kiến trúc sư sẽ có vị trí tốt hơn để tạo ra các hệ thống mạnh mẽ, an toàn và có thể mở rộng đáp ứng nhu cầu kinh doanh đang phát triển.
