معماری سه لایه در مهندسی نرم افزار چیست؟ | راهنمای جامع

معماری سه لایه (3‎-Tier Architecture) که برنامه‌های کاربردی را به سه لایه با ماهیت منطقی و فیزیکی تفکیک می‌کند، یک معماری نرم‌افزاری برجسته برای کاربردهای سنتی کلاینت-سروری به حساب می‌آید. معماری سه لایه یکی از رایج‌ترین انواع معماری چند لایه در توسعه نرم‌افزار به شمار می‌رود. در این مطلب، سعی شده است به طور جامع و کامل تمامی مباحث پیرامون معماری سه لایه و چند لایه به بیانی ساده و ساختاریافته ارائه شود. همچنین، در این مقاله تفاوت معماری سه لایه و الگوی MVC شرح داده شده است. MVC در PHP چارچوبی رایج برای توسعه وب به شمار می‌رود.

محور اصلی این نوشته، معماری سه لایه است اما، پیش از پرداختن به آن، ابتدا به شرح و تعریف معماری چند لایه (N-Tier) پرداخته شده است.

معماری چند لایه چیست ؟

یک برنامه کاربردی یا اپلیکیشن چند لایه (N-Tier Application) برنامه‌ای است که میان سه یا بیش از سه رایانه مجزا در یک شبکه توزیعی پخش شده باشد. واژه Tier‌ به معنای رده، طبقه یا سطح است. اگرچه بیش‌تر از اصطلاح «لایه» (Layer) به جای «رده» (Tier) استفاده می‌شود.

فیلم آموزش آشنایی با معماری سه لایه درASP.NET با MVC و Core در فرادرس

کلیک کنید

رایج‌ترین شکل اپلیکیشن یا معماری چند لایه، معماری سه لایه است که به سه مقوله ‌طبقه‌بندی می‌شود:

• برنامه‌نویسی رابط کاربری (User Interface) در رایانه کاربر
• منطق کسب‌و‌کار (Business Logic) در یک رایانه متمرکز
• داده‌های مورد نیاز در یک کامپیوتر که یک پایگاه‌داده را مدیریت می‌کنند.

معماری چند لایه (N-tier Architecture) به هر معماری برنامه کاربردی گفته می‌شود که دارای بیش از یک رده (Tier | لایه) باشد. اما، اپلیکیشن‌هایی با بیش از سه لایه، بسیار کم‌یاب هستند. زیرا لایه‌های بیش‌تر با وجود ارائه برخی مزیت‌ها، ممکن است باعث کندی سرعت نرم‌افزار، دشواری در مدیریت و هزینه بیش‌تر اجرا شوند. بنابراین، معمولاً می‌توان معماری چند لایه را مترادف با معماری سه لایه در نظر گرفت.

مدل معماری چند لایه و خصوصاً مدل معماری سه لایه، برای توسعه‌دهندگان نرم‌افزار، امکان ساخت و ایجاد اپلیکیشن‌ها یا سامانه‌هایی با انعطاف‌پذیری بیشینه را فراهم می‌سازد. در معماری چند لایه N-tier، حرف N به تعداد سطوح یا لایه‌های استفاده شده در آن مدل اشاره دارد. به عنوان مثال، ‎ 2-tier‎‎به معنی معماری دو لایه است. همچنین به مدل معماری چند لایه، Multi-Tier Architecture نیز گفته می‌شود.

فیلم آموزش برنامه نویسی سه لایه در VB.Net ویژوال بیسیک دانت نت در فرادرس

کلیک کنید

مدل چند لایه به عنوان یک مدل معماری اثبات شده در صنعت نرم‌افزار شناخته می‌شود. مدل معماری نرم‌افزار چند لایه برای پشتیبانی از اپلیکیشن‌های کلاینت سروری سطح سازمانی به وسیله فراهم‌سازی راه‌کارهایی برای گسترش‌پذیری، امنیت، تحمل خطا، استفاده مجدد و نگهداشت‌پذیری مناسب است. مدل معماری چند لایه به توسعه‌دهندگان کمک می‌کند تا اپلیکیشن‌های انعطاف‌پذیر و قابل استفاده مجدد بسازند.

تفاوت لایه و رده چیست ؟

در مباحث معماری سه لایه (3‎-Tier‎)، اغلب از واژه لایه (Layer) اشتباهاً به جای واژه رده (Tier) استفاده می‌شود. مثلاً به رده‌های این معماری، «لایه نمایش» (Presentation Layer) یا «لایه منطق کسب‌وکار» (Business Layer) گفته می‌شود. این دو واژه یکسان نیستند. یک «لایه» به تقسیم‌بندی عملکردی یک نرم‌افزار اطلاق می‌شود اما، یک «رده» به تقسیم‌بندی عملکردی نرم‌افزار اجرا شده روی زیرساخت‌های مجزا از سایر بخش‌ها اطلاق می‌شود.

فیلم آموزش آشنایی با معماری سه لایه درASP.NET با MVC و Core در فرادرس

کلیک کنید

به عنوان مثال، اپلیکیشن مخاطبین در گوشی موبایل، یک برنامه سه لایه اما تک رده است چرا که، هر سه لایه روی همان دستگاه تلفن همراه اجرا می‌شوند. این تفاوت مهمی است، زیرا لایه‌ها نمی‌توانند تسهیلات یکسانی را نسبت به رده‌ها ارائه دهند. با این وجود، با توجه به اینکه اصطلاح لایه بسیار رایج است و اکثراً از این عبارت برای اشاره به معماری‌های N-Tier استفاده می‌شود، در این مطلب نیز از کلمه لایه استفاده شده است.

معماری چند لایه

نمایش نموداری از یک سامانه چند لایه به صورت زیر است:

• نمایش (Presentation)
• کاربرد (Application)
• پایگاه‌داده (Database)

این سه لایه را می‌توان بسته به نیاز، به زیر لایه‌های بیش‌تری تقسیم‌بندی کرد. در ادامه، برخی از وب‌سایت‌هایی که این معماری را به کار برده‌اند فهرست شده است:

• MakeMyTrip.com
• کاربردهای سازمانی Sales Force
• راه آهن هند - IRCTC
• سایت آمازون

اصطلاحات رایج در خصوص معماری چند لایه

در این بخش، برخی از اصطلاحات و عبارات رایج برای درک بهتر مفهوم معماری چند لایه و همچنین معماری سه لایه در ادامه شرح داده شده است.

فیلم آموزش برنامه نویسی سه لایه در VB.Net ویژوال بیسیک دانت نت در فرادرس

کلیک کنید

شبکه توزیع شده

شبکه توزیعی یا شبکه توزیع شده (Distributed Network) یک معماری شبکه است که در آن اجزاء و قطعات (Components) واقع شده در رایانه‌‌های شبکه، فعالیت‌های خود را تنها از طریق ارسال پیام با یکدیگر هماهنگ می‌کنند. شبکه توزیعی مجموعه‌ای از چند سیستم است که در گره‌های (Nodes) مختلفی قرار دارند، اما از دید کاربر به صورت یک سیستم یکپارچه ظاهر می‌شوند. شبکه توزیع شده، یک شبکه ارتباطی یکپارچه را فراهم می‌کند که این شبکه، می‌تواند توسط شبکه‌های مختلف به صورت مجزا مدیریت شود.

مثالی از یک شبکه توزیعی

در حالتی که کلاینت‌های مختلف در یک طرف از طریق معماری LAN (شبکه محلی) به هم متصل هستند و در سمت دیگر، کلاینت‌ها به سوئیچ‌های پرسرعت به همراه یک رک (Rack) از سرورهای دارای گره‌های خدماتی متصل هستند.

فیلم آموزش آشنایی با معماری سه لایه درASP.NET با MVC و Core در فرادرس

کلیک کنید

معماری کلاینت سرور

معماری کلاینت سرور (client Server Architecture)، یک مدل معماری است که در آن کلاینت یا مشتری (یک برنامه) از یک سرور (برنامه‌ای دیگر) درخواست خدمت می‌کند. یعنی این یک خدمت درخواست و پاسخ است که از طریق اینترنت یا اینترانت فراهم می‌شود. در چنین مدلی، کلاینت به عنوان یک مجموعه برنامه یا کُد عمل می‌کند که مجموعه‌ای از فعالیت‌ها را از طریق شبکه اجرا می‌کند.

از طرف دیگر، سرور مجموعه‌ای در قالب یک برنامه دیگر است که نتایج را مطابق درخواست به کلاینت ارسال می‌کند. در معماری کلاینت سرور، کامپیوتر کلاینت یک رابط را برای کاربر نهایی جهت درخواست خدمت یا ذخایر دیگر از سرور فراهم می‌کند. از طرف دیگر، سرور درخواست را پردازش می‌کند و نتیجه را به کاربر نهایی نشان می‌دهد.

مثالی از مدل کلاینت سرور: دستگاه خودپرداز

یک بانک می‌تواند دارای سروری برای پردازش اپلیکیشن (Application Processing) در پایگاه‌داده‌های بزرگ مشتریان باشد و دستگاه خودپرداز (ATM) کلاینتی با یک رابط کاربری و مقداری عملیات ساده پردازش اپلیکیشن است.

فیلم آموزش برنامه نویسی سه لایه در VB.Net ویژوال بیسیک دانت نت در فرادرس

کلیک کنید

پلتفرم

در علوم کامپیوتر یا صنعت نرم‌افزار، یک پلتفُرم (بستر | Platform) سامانه‌ای است که برنامه کاربردی روی آن اجرا می‌شود. این بستر با ترکیبی از سخت‌افزار و نرم‌افزار تشکیل می‌شود. این ترکیب، دارای یک دستورالعمل درون‌ساخته برای پردازنده یا ریزپردازنده‌ها جهت اجرای عملیاتی مشخص است. به بیان ساده‌تر، پلتفرم سیستم یا مرکزی است که هر برنامه‌ای برای دست‌یابی به یک هدف خاص می‌تواند روی آن اجرا شود.

مثالی از یک پلتفرم

برای مثال، در خصوص یک رایانه شخصی که دارای سیستم عامل ویندوز ۲۰۰۰ یا مک OS X است، می‌توان هر یک از این سیستم عامل‌ها را به عنوان یک پلتفرم در نظر گرفت.

پایگاه داده

پایگاه‌داده (Database) مجموعه‌ای از اطلاعات سازمان‌یافته و به نوعی منظم است که به راحتی در دسترس هستند و می‌توان آن‌ها را مدیریت و به‌روزرسانی کرد.

فیلم آموزش پایگاه داده ها و اصول طراحی آن در فرادرس

کلیک کنید

نمونه‌ای از پایگاه‌داده

SQL Server ،MySQL و پایگاه داده Oracle نمونه‌هایی از پایگاه‌داده‌های رایج هستند.

فیلم آموزش پایگاه داده MySQL مای اس کیو ال در فرادرس

کلیک کنید

منطق کسب و کار

منطق کسب‌وکار (منطق تجارت | Business Logic)، قوانین یا الگوریتم‌های شخصی‌سازی شده‌ای هستند که تبادل اطلاعات میان یک پایگاه‌داده و رابط کاربری را مدیریت می‌کنند.

نمونه‌ای از منطق کسب‌وکار

برای مثال، منطق کسب‌وکار نحوه محاسبه کل مالیات از اقلام فاکتور را تعیین می کند.

فیلم آموزش آشنایی با معماری سه لایه درASP.NET با MVC و Core در فرادرس

کلیک کنید

انواع معماری چند لایه

انواع مختلفی از معماری چند لایه وجود دارد. از جمله انواع معماری چند لایه می‌توان به معماری سه لایه و معماری دو لایه یا معماری تک لایه اشاره کرد. در این مطلب، تمرکز اصلی روی معماری سه لایه است که در ادامه به آن پرداخته می‌شود.

معماری سه لایه به چه معنا است ؟

یک معماری سه لایه، نوعی معماری کلاینت سرور است که در آن منطق فرآیند عملکردی، دسترسی داده، انباره ذخیره در کامپیوتر و رابط کاربری به صورت ماژول‌هایی (پیمانه‌ها) روی پلتفرم‌های جداگانه توسعه داده شده و نگهداری می‌شوند.

فیلم آموزش آشنایی با معماری سه لایه درASP.NET با MVC و Core در فرادرس

کلیک کنید

معماری سه لایه یک «الگوی طراحی نرم افزار» و «یک معماری نرم افزار» معتبر و مطرح به حساب می‌آید.

معماری سه لایه چیست ؟

معماری سه لایه یک معماری کاربرد نرم‌افزاری است که برنامه‌های کاربردی را در سه لایه محاسباتی منطقی و فیزیکی سازمان می‌دهد. این سه لایه شامل لایه نمایش یا رابط کاربری، لایه اپلیکیشن یا کاربرد که داده‌ها در آن پردازش می‌شوند و لایه داده که داده‌های مربوط به اپلیکیشن در آنجا ذخیره و مدیریت می‌شوند.

فیلم آموزش آشنایی با معماری سه لایه درASP.NET با MVC و Core در فرادرس

کلیک کنید

مزیت اصلی معماری سه لایه این است که چون هر لایه روی زیرساخت‌های مربوط به خودش اجرا می‌شود، می‌توان لایه‌ها را به طور همزمان به وسیله تیم‌های توسعه مستقل و مجزا توسعه داد. همچنین، می‌توان هر لایه را بدون تأثیرگذاری روی سایر لایه‌ها به‌روزرسانی کرده و مقیاس آن‌را تغییر داد.

معماری سه لایه اهمیت بالایی در میان معماری‌های چند لایه دارد. در این بخش، به معرفی و تعریف معماری سه لایه و موضوعات پیرامون آن پرداخته شده است. معماری سه لایه این امکان را به وجود می‌آورد که هر یک از لایه‌های سه‌گانه به طور مستقل قابل به‌روزرسانی و تعویض باشند. رابط کاربری روی هر پلتفرمی نظیر یک کامپیوتر شخصی (PC)، تلفن هوشمند یا تبلت به عنوان یک اپلیکیشن محلی (بومی)، اپلیکیشن موبایل، اپلیکیشن وب، رابط صوتی و سایر موارد‌ قابل اجرا است.

یک رابط کاربری گرافیکی استاندارد با ماژول‌های مختلف روی سرور کاربردی مورد استفاده قرار می‌گیرد. سامانه مدیریت پایگاه‌داده رابطه‌ای (Relational Database) روی سرور پایگاه‌داده، دارای منطق ذخیره‌سازی داده در کامپیوتر است. معمولاً لایه‌های میانی چندلایه‌ای هستند. طبیعت لایه‌های سه‌گانه فیزیکی نیست، بلکه منطقی است و به همین دلیل ممکن است این لایه‌ها در سرورهای متفاوتی هم به صورت «راه‌حل‌های داخلی و در محل» (On-Premises Based Solution) و هم به صورت «نرم‌افزار به عنوان یک سرویس» (Software-as-a-Service | SaaS) اجرا شوند.

آیا معماری سه لایه همچنان استفاده می‌شود ؟

برای دهه‌ها، معماری سه لایه در برنامه‌ها و کاربردهای کلاینت سروری به عنوان معماری غالب و متداول شناخته شده است. امروزه، اکثر برنامه‌های سه لایه به وسیله فناوری‌های ابری بومی (Cloud Native) از جمله محفظه‌ها (Containers) و ریز‌خدمات (Microservices) هدف نوگرایی قرار گرفته‌اند. در ادامه این مطلب هر یک از لایه‌های معماری سه لایه به طور کامل شرح داده خواهد شد؛ اما، قبل از آن به معرفی فیلم‌های آموزش برنامه‌نویسی مرتبط با معماری سه لایه پرداخته شده است.

لایه های معماری سه لایه چه هستند ؟

لایه‌های معماری سه لایه شامل لایه نمایش (Presentation Layer)، لایه منطق کسب‌و‌کار (Business Logic Layer) و لایه پایگاه داده (Database Layer) است. البته، هر یک از این لایه‌های سه‌گانه با نام‌های دیگری هم خطاب می‌شوند که در ادامه به آن‌ها نیز اشاره خواهد شد.

فیلم آموزش برنامه نویسی سه لایه در VB.Net ویژوال بیسیک دانت نت در فرادرس

کلیک کنید

این سه لایه در تصویر زیر نشان داده شده است.

در ادامه، توضیحات بیش‌تری در مورد هر یک از این سه لایه ارائه شده است.

لایه نمایش

لایه نمایش (لایه ارائه |‌ Presentation Layer)، بالاترین سطح را اشغال می‌کند و اطلاعات مربوط به خدمات رایج در دسترس را در یک مرورگر وب یا اپلیکیشن تحت وب در قالب یک رابط کاربری گرافیکی (Graphical User Interface | GUI)‌ نمایش می‌دهد. لایه نمایش بخش فرانت‌اند یک اپلیکیشن و واسطی را که کاربر نهایی به طور مستقیم با آن در تعامل است، تشکیل می‌دهد.

هدف اصلی لایه نمایش چیست ؟

هدف اصلی لایه نمایش این است که اطلاعات را به کاربر نشان داده و همچنین، اطلاعات را از کاربر دریافت کند. لایه‌های نمایش تحت وب، معمولاً با استفاده از CSS ،HTML و JavaScript توسعه داده می‌شوند. همچنین، برنامه‌های کاربردی دسکتاپ را می‌توان با استفاده از زبان‌های برنامه‌نویسی مختلفی بسته به پلتفرم مورد استفاده توسعه داد.

فیلم آموزش آشنایی با معماری سه لایه درASP.NET با MVC و Core در فرادرس

کلیک کنید

لایه اپلیکیشن

این لایه که به آن «لایه میانی»، «لایه منطق کسب‌و‌کار» یا «لایه منطق» نیز گفته می‌شود، قلب یک برنامه کاربردی (نرم‌افزار) به حساب می‌آید. در این لایه، اطلاعات دریافتی از لایه نمایش پردازش می‌شوند. همچنین، لایه اپلیکیشن می‌تواند داده‌های لایه داده را نیز ویرایش یا حذف کند یا داده جدید به لایه داده اضافه کند.

لایه منطق، با انجام پردازش دقیق، عملکرد اصلی برنامه را کنترل می‌کند و معمولاً در زبان‌های برنامه‌نویسی مانند پایتون، جاوا ، C++‎ ، دات‌نت و سایر زبان‌ها، کدگذاری می‌شود. لایه اپلیکیشن معمولاً با استفاده از پایتون، جاوا، PHP ،Perl یا روبی توسعه داده می‌شود. ارتباط با لایه داده نیز از طریق فراخوانی API انجام می‌شود.

لایه داده

لایه داده که «لایه پایگاه‌داده»، «لایه دسترسی داده» یا «بک‌اند» (Back-End) نیز نامیده می‌شود، محلی است که داده‌های پردازش شده به‌وسیله لایه اپلیکیشن در آنجا ذخیره و مدیریت می‌شوند. داده‌ها در این لایه مستقل و جدا از سرورهای لایه کاربرد یا منطق کسب‌وکار نگهداری می‌شوند. این لایه می‌تواند یک سامانه مدیریت پایگاه‌داده رابطه‌ای مثل Informix ،DB2 ،Oracle ،MariaDB ،MySQL ،PostgreSQL یا Microsoft SQL Server‌ باشد. در یک برنامه کاربردی سه لایه، تمام ارتباطات از طریق لایه اپلیکیشن برقرار می‌شوند. لایه نمایش و لایه داده نمی‌توانند مستقیماً با هم در ارتباط باشند.

تفاوت معماری سه لایه و MVC چیست ؟

به لحاظ مفهومی، معماری سه لایه خطی (Linear) است. اما، معماری MVC ماهیت مثلثی دارد. یعنی لایه نما به‌روزرسانی‌ها را به لایه Controller ارسال می‌کند؛ Controller لایه مدل را به‌روزرسانی می‌کند و لایه نما به صورت مستقیم توسط مدل به‌روزرسانی می‌شود. البته، الگوی معماری MVC ممکن است لزوماً مثلثی نباشد اما، معماری‌های چند لایه و سه لایه همواره خطی هستند. در مورد تفاوت معماری سه لایه و MVC باید گفت که در نگاه اول، لایه‌های سه‌گانه ممکن است با مفهوم الگوی معماری مدل، نما و کنترل‌گر (Model-View-Controller | MVC) یکسان به نظر برسند.

فیلم آموزش برنامه نویسی سه لایه در VB.Net ویژوال بیسیک دانت نت در فرادرس

کلیک کنید

اگرچه، این دو به لحاظ وضعیتی (توپولوژیک) متفاوت هستند. یک قانون بنیادین در معماری سه لایه این است که لایه کلاینت هیچ‌گاه مستقیماً با لایه داده ارتباط برقرار نمی‌کند. در یک مدل سه لایه، تمام ارتباطات باید الزاماً از طریق لایه میانی عبور کنند. در مطلب «MVC چیست ؟ — آنچه باید درباره معماری MVC بدانید | به زبان ساده»، به طور کامل پیرامون الگوی معماری MVC توضیحات لازم ارائه شده است و برای آشنایی کامل با MVC مطالعه آن پیشنهاد می‌شود.

مزایای معماری سه لایه چه هستند ؟

مزیت اصلی معماری سه لایه یا در اصل «معماری سه رده» (Three-Tier)، استقلال و جدایی عملکرد منطقی و فیزیکی در آن است. هر رده یا Tier می‌تواند در پلتفرم سیستمی و سروری جداگانه‌ای اجرا شود. این پلتفرم‌ها می‌توانند هر سرور وب، سرور کاربردی یا سرور پایگاه‌داده‌ای باشند که به بهترین نحو با نیاز‌های عملکردی مورد نیاز سازگاری لازم را داشته باشند.

فیلم آموزش آشنایی با معماری سه لایه درASP.NET با MVC و Core در فرادرس

کلیک کنید

هر لایه حداقل روی یک سخت‌افزار سرور اختصاصی یا مجازی اجرا می‌شود تا بتوان خدمات هر لایه را بدون تحت تأثیر قرار دادن سایر لایه‌ها شخصی‌سازی و بهینه‌سازی کرد. در این بخش، برخی از مزیت‌ها و فواید اصلی پیاده‌سازی معماری سه لایه در توسعه نرم‌افزار فهرست شده است.

• معماری سه لایه برای گروه‌های توسعه، آزادی کامل را فراهم می‌کند تا آن‌ها بتوانند تنها بخش‌های مشخصی از اپلیکیشن را به طور مستقل و بدون تحت تأثیر قرار دادن کلیت محصول، به‌روزرسانی و جایگزین کنند. می‌توان مقیاس اپلیکیشن را به راحتی با جدا کردن بخش فرانت‌اند از پایگاه‌داده، مطابق نیازهای مشتری تغییر داد.
• می‌توان در صورت نیاز، امکانات سخت‌افزاری جدیدی مانند سرورهای تازه را برای رسیدگی به مقادیر عظیم داده و یا برخی خدمات نیازمند منابع حجیم اضافه کرد.
• یک معماری سه لایه میزان انعطاف‌پذیری بیش‌تری را فراهم می‌کند؛‌ برای سازمان‌هایی که قصد به‌کارگیری فناوری‌های جدید را داشته باشند.
• در معماری سه لایه با وجود اینکه کل سیستم به طور طبیعی به تغییر و تحول خود ادامه می‌دهد، می‌توان اجزاء حیاتی برنامه کاربردی را محفوظ نگه داشت.
• با استفاده از معماری سه لایه چرخه توسعه یا دفعات به‌روزرسانی برنامه کاربردی به طور قابل توجهی بهبود می‌یابد که این مسئله منجر به حصول اطمینان از عدم بروز تداخل در تجربه کاربری مشتری خواهد شد.
• به جای کار بر روی کل نرم‌افزار، گروه‌های مختلف می‌توانند روی بخش‌های متفاوتی از توسعه برنامه کاربردی مطابق با حوزه تخصصی مربوط به خودشان فعالیت کنند. این مسئله باعث بهبود کارایی و سرعت توسعه نرم‌افزار می‌شود.

سایر مزیت‌ها در مقایسه با معماری تک لایه یا دو لایه

سایر مزیت‌های معماری سه لایه در مقایسه با معماری‌های تک لایه و دولایه شامل موارد زیر است:

• توسعه سریع‌تر: چون هر لایه را می‌توان به صورت هم‌زمان به وسیله تیم‌های مختلف توسعه داد، یک سازمان می‌تواند محصول تولیدی را سریع‌تر به بازار عرضه کند و برنامه‌نویسان می‌توانند از بهترین و آخرین زبان‌های برنامه‌نویسی برای هر کدام از لایه‌ها استفاده کنند.
• مقیاس‌پذیری بهبودیافته: در صورت نیاز، می‌توان مقیاس هر لایه را از سایر لایه‌ها به‌طور مستقل تغییر داد.
• قابلیت اطمینان بیش‌تر: احتمال کمی وجود دارد که نارسایی در یک لایه موجب بروز اثر مخرب در عملکرد سایر لایه‌ها شود.
• امنیت بیش‌تر: به دلیل عدم وجود امکان ارتباط مستقیم میان لایه نمایش و لایه داده، یک لایه اپلیکیشن با طراحی مناسب می‌تواند به عنوان نوعی فایروال داخلی عمل کند تا از تزریق SQL و سایر آسیب‌پذیری‌ها و رخنه‌ها جلوگیری شود.

کاربرد معماری سه لایه در توسعه وب

در توسعه وب، معماری سه لایه نام‌های مختلفی دارد اما عملکرد آن یکسان است. در ادامه، نحوه عملکرد معماری سه لایه در توسعه تحت وب شرح داده شده است.

فیلم آموزش برنامه نویسی سه لایه در VB.Net ویژوال بیسیک دانت نت در فرادرس

کلیک کنید

وب سرور

وب سرور در توسعه وب در نقش لایه نمایش ظاهر می‌شود و رابط کاربری را ارائه می‌دهد. این رابط کاربری، معمولاً یک صفحه وب یا یک وب‌سایت است. به عنوان مثال، یک سایت تجارت الکترونیک که در آن کاربر محصولاتی را به سبد خرید خود اضافه می‌کند، جزئیات پرداخت را اضافه می‌کند یا یک حساب کاربری می‌سازد. محتوای وب‌سایت می‌تواند ایستا (Static) یا پویا (دینامیک | Dynamic) باشد و معمولاً با استفاده از CSS ،HTML و جاوا اسکریپت توسعه داده می‌شود.

سرور کاربردی

سرور کاربردی (Application Server) با لایه میانی متناظر است و از منطق کسب‌وکار مورد استفاده در پردازش داده‌های وارد شده توسط کاربر، میزبانی می‌کند. در مورد مثال کسب‌وکار الکترونیک، سرور کاربردی همان لایه‌ای است که در پایگاه‌داده فهرست محصولات را جستجو کرده و موجودی آن را بازمی‌گرداند یا جزئیاتی را به پروفایل مشتری اضافه می‌کند. این لایه اغلب با استفاده از پایتون، روبی یا PHP‌ توسعه داده می‌شود و به برای مثال، از فریم‌ورک‌هایی مثل Symphony ،Rails ،Django یا ASP.NET استفاده می‌شود.

فیلم آموزش آشنایی با معماری سه لایه درASP.NET با MVC و Core در فرادرس

کلیک کنید

سرور پایگاه‌داده

سرور پایگاه‌داده، لایه داده یا بک‌اند یک وب‌اپلیکیشن است. این سرور روی نرم‌افزارهای پایگاه‌داده از جمله، DB2 ،Oracle ،MySQL یا PostgreSQL اجرا می‌شود.

مثال ساده ای از معماری سه لایه

در اینجا، یک مثال ساده برای درک لایه‌های معماری سه لایه ارائه شده است. در این مثال،‌ اطلاعات یک دانشجو در رکوردهای پایگاه‌داده وجود دارد. این اطلاعات شامل نام، نشانی، پست الکترونیک و تصویر است.

فیلم آموزش برنامه نویسی سه لایه در VB.Net ویژوال بیسیک دانت نت در فرادرس

کلیک کنید

لایه نمایش

رابط کاربری لایه نمایش می‌تواند به صورت تصویر زیر باشد.

کدهای لایه نمایش به صورت زیر است:

1private void DataGrid1_SelectedIndexChanged(object sender, System.EventArgs e)
2{
3// شیٔ لایه خصیصه
4
5clsStudent objproperty=new clsStudent();
6
7// شیٔ لایه کسب‌و‌کار
8
9clsStudentInfo objbs=new clsStudentInfo();
10
11// شیٔ لایه پایگاه‌داده که در آن داده‌های ارسالی توسط لایه کسب‌و‌کار دریافت می‌شوند
12
13DataSet ds=new DataSet();
14
15// در اینجا مقدار مربوطه با استفاده از شیٔ لایه خصیصه داخل خصیصه قرار داده می‌شود
16
17objproperty.id=int.Parse(DataGridl.SelectedItem.Cells[1].Text.ToString());
18
19// در کدهای زیر تابعی از لایه کسب‌و‌کار فراخوانی شده
20// که شیٔ لایه خصیصه به این تابع داده می‌شود. این شیٔ شناسه را تا پایگاه‌داده حمل می‌کند
21
22ds=objbs.GetAllStudentBsIDWise(objproperty);
23
24// هر داده‌ای که توسط تابع بالا برگردانده شود، از طریق لایه نمایش به دست آمده است
25
26txtId.Text=ds.Tables[0].Rows[0][0].ToString();
27txtFname.Text=ds.Tables[0].Rows[0][1].ToString();
28txtAddress.Text=ds.Tables[0].Rows[0][2].ToString();
29txtemail.Text=ds.Tables[0].Rows[0][3].ToString();

توضیح کدها

کدهای بالا طراحی ابتدایی یک نمای فرانت‌اند از برنامه کاربردی را تولید می‌کنند. همچنین، فراخوانی توابع لایه‌های دیگر در کدهای لایه نمایش انجام شده است تا لایه‌ها بتوانند با یکدیگر تعامل داشته باشند.

فیلم آموزش آشنایی با معماری سه لایه درASP.NET با MVC و Core در فرادرس

کلیک کنید

لایه دسترسی کسب‌و‌کار

کارکرد لایه کسب‌و‌کار به این صورت است که داده‌ها را از لایه نمایش می‌پذیرد و آن‌ها را به لایه داده منتقل می‌کند. در ادامه، برخی موارد مهم در مورد لایه منطق کسب‌و‌کار در معماری سه لایه فهرست شده است.

• منطق کسب‌و‌کار به عنوان یک رابط میان لایه کلاینت و لایه دسترسی داده عمل می‌کند.
• کل منطق کسب‌و‌کار مثل تایید اعتبار داده‌ها، محاسبات، درج داده‌ها یا ویرایش آن‌ها همگی تحت لایه منطق کسب‌و‌کار کدنویسی می‌شوند.
• منطق کسب‌و‌کار، برقراری ارتباط میان کلاینت و لایه داده را سریع‌تر و ساده‌تر می‌کند.
• لایه منطق کسب‌و‌کار یک جریان کاری مناسب را تعیین می‌کند. این جریان کاری مناسب، برای تکمیل یک وظیفه ضروری است.

در ادامه، کدهای مربوط به لایه منطق کسب‌و‌کار ارائه شده است.

1// این تابع لایه کسب‌و‌کار است که داده‌ها را از لایه اپلیکیشن می‌پذیرد
2// و آن‌ها را به لایه داده پاس می‌دهد
3
4public class clsStudentInfo
5{
6	public DataSet GetAllStudentBsIDWise(clsStudent obj)
7	{
8	 DataSet ds=new DataSet();
9	 ds=objdt.getdata_dtIDWise(obj);// فراخوانی تابع لایه داده
10	 return ds;
11	}
12}

توضیح کدهای نمونه منطق کسب‌و‌کار

کدها از تابع لایه منطق کسب‌و‌کار استفاده می‌کنند. این تابع، داده‌های لایه اپلیکیشن را دریافت کرده و آن را به لایه داده انتقال می‌دهد. کدهای لایه منطق به عنوان یک میانجی بین توابع تعریف شده در لایه نمایش و لایه داده عمل می‌کنند. به این صورت که لایه منطق در درون تابع خود، توابع لایه داده یا لایه نمایش را فراخوانی می‌کند.

فیلم آموزش برنامه نویسی سه لایه در VB.Net ویژوال بیسیک دانت نت در فرادرس

کلیک کنید

لایه دسترسی داده

در این قسمت، تابع لایه داده نوشته می‌شود. این تابع، داده‌ها را از لایه کسب‌و‌کار دریافت کرده و عملیات لازم را در پایگاه‌داده اجرا می‌کند. کدهای تابع لایه داده در ادامه ارائه شده است.

1// این تابع لایه داده است که داده‌های لایه کسب‌و‌کار را دریافت کرده
2// و عملیات مورد نیاز را در پایگاه‌داده اجرا می‌کند
3
4public class clsStudentData // کلاس لایه داده 
5{
6	// شیٔ کلاس لایه خصیصه
7	public DataSet getdata_dtIDUise(clsStudent obj)
8	{
9	 DataSet ds;
10	 string sql;
11	 sql="select * from student where Studentld=" +obj.id+ "order by Studentld;
12	 ds=new DataSet();
13
14	//این تابع لایه داده است که کوئری اس‌کیوال را می‌پذیرد  
15	// و عملیات متناظر آن را انجام می‌دهد
16
17		ds=objdt.ExecuteSql(sql); 
18		return ds;
19	}
20}

توضیحات کدهای لایه داده

در کدهای لایه داده، درخواست ارسالی به وسیله سیستم به طور کامل دریافت شده و عملیات لازم در پایگاه‌داده انجام می‌شود. در حالی که معماری سه لایه به وضوح پرکاربردترین معماری چند لایه اپلیکیشن به شمار می‌رود، معماری‌های دیگری هم وجود دارند و ممکن است توسعه‌دهندگان در حین کار یا تحقیق با آن‌ها مواجه شوند. در ادامه، به دو نوع معماری تک لایه و دو لایه پرداخته شده است.

چه زمانی نیاز به معماری سه لایه وجود دارد ؟

دیدگاه سنتی بر این عقیده است که معماری سه لایه یک رویکرد «مناسب» به حساب می‌آید. اما آیا این باور در دنیای امروزی همچنان پابرجاست؟ برای پاسخگویی به این سوال، بهتر است مسئله را ساده‌سازی کرده و آن‌را فقط در حوزه اینترنت و وب‌اپلیکیشن‌هایی که از معماری سه لایه استفاده می‌کنند بررسی کرد.

فیلم آموزش آشنایی با معماری سه لایه درASP.NET با MVC و Core در فرادرس

کلیک کنید

این وب‌اپلیکیشن‌ها شامل وب‌سرورهای مستقل از لحاظ فیزیکی (لایه وب | Web-Tier)، سرور کاربردی (لایه میانی | Middle Tier) و پایگاه داده (لایه داده | Data Tier) است. بحث اصلی در نیاز به استفاده از معماری سه لایه پیرامون لایه میانی و لزوم استفاده از آن جریان دارد.

آیا نیازی به استفاده از لایه میانی وجود دارد ؟

در اکثر موارد، به کارگیری معماری سه لایه در توسعه نرم‌افزار به این مسئله وابسته است که چه هدف و کاربردی برای استفاده از این مدل معماری وجود دارد؟ در ادامه، برخی از استدلال‌های موافق و مخالف، پیرامون استفاده از یک سرور کاربردی در لایه میانی مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.

امنیت

یک لایه میانی سرور کاربردی که از لحاظ فیزیکی مستقل و مجزا باشد، می‌تواند امنیت را افزایش دهد. زیرا یک سطح اضافی میان وب‌سرور و پایگاه‌داده قرار می‌گیرد و مسیر غیر‌مستقیم خواهد بود. در واقع، با استفاده از یک لایه میانی، هیچ مسیر مستقیمی از وب‌سرور به سرور پایگاه‌داده (مثل SQL) برقرار نخواهد شد و نیازی به صدور مجوز دسترسی یا باز کردن پورت‌ها و پروتکل‌ها در فایروال‌های DMZ وجود نخواهد داشت. ضمن اینکه، اگر وب‌سرور هک شود، سرور کاربردی ایمن باقی خواهد ماند. همچنین، گستره حمله در سطح وب‌سرور کاهش خواهد یافت چرا که، میزان کد و موارد کم‌تری روی وب‌سرور اجرا خواهد شد.

فیلم آموزش برنامه نویسی سه لایه در VB.Net ویژوال بیسیک دانت نت در فرادرس

کلیک کنید

از نقطه نظر مخالف، افزودن یک سطح فیزیکی غیرمستقیم،‌ لزوماً امنیت بیش‌تری فراهم نمی‌کند. در واقعیت، باید در نظر داشت که یک توسعه‌دهنده به چه میزان در توسعه لایه‌های میانی ایمن مهارت دارد. مفاهیم گسترش امنیت پیچیده است و لایه‌های میانی بسیاری وجود دارد که دسترسی منطق کسب‌و‌کار (داده) را به شکل ساده و ابتدایی پیاده‌سازی می‌کنند و آن‌ها را به عنوان مجموعه‌ای از خدمات وب با ایمنی پایین در معرض سطح وب قرار می‌دهند.

عملکرد و گسترش‌پذیری

یک معماری سه لایه گسترش‌پذیری بیش‌تری نسبت به معماری دو لایه دارد زیرا در صورت لزوم می‌توان لایه وب و لایه میانی را به طور متفاوتی گسترش داده و مقیاس‌بندی کرد. می‌توان یک سرور کاربردی را برای ذخیره‌سازی موقت (Cache) داده‌های مداوم (Persistent Data) جهت بهبود عملکرد و گسترش‌پذیری به کار گرفت. دیدگاه مخالف بیان می‌دارد که مقیاس‌بندی وب‌سرور ساده‌تر است و ذخیره‌سازی موقت را می‌توان یا به صورت محلی در وب‌سرور انجام داد و یا داده‌ها را در قالب (فرمت) متفاوتی نسخه‌برداری کرد (به عنوان مثال ذخیره‌سازی NoSQL به همراه یک پایگاه‌داده SQL).

استفاده مجدد و نگهداری

یک لایه میانی فیزیکی را می‌توان بین تعدادی کلاینت به اشتراک گذاشت و در نتیجه قابلیت استفاده مجدد و نگهداری افزایش و بهبود پیدا می‌کند. اما، یک نقطه نظر مخالف اذعان دارد که این کار را می‌توان با ایجاد قطعات قابل استفاده مجدد انجام داد. زیرا، پیاده‌سازی چند باره این قطعات امکان‌پذیر است و دیگر نیازی به یک لایه میانی وجود نخواهد داشت.

فیلم آموزش آشنایی با معماری سه لایه درASP.NET با MVC و Core در فرادرس

کلیک کنید

اهمیت دیدگاه و لزوم سنجش شرایط

یکی دیگر از نظرات مخالف در خصوص استفاده از لایه میانی، افزایش هزینه‌ها و پیچیدگی است. ایجاد یک معماری سه لایه نسبتاً ساده است اما، پیاده‌سازی صحیح آن نیاز به تلاش قابل توجهی دارد. هنگام تصمیم‌گیری در خصوص معماری، دیدگاه بسیار دارای اهمیت است. اغلب، دلیل استفاده از یک سرور کاربردی فیزیکی این است که سازمان مربوطه اجازه تبادل ترافیک SQL میان ماشین‌ها در DMZ ‌را نمی‌دهد. این قطعاً یکی از دلایل عدم استفاده از لایه میانی به حساب می‌آید، اما در صورتی که واقعاً کاهش هزینه‌ها و پیچیدگی اهمیت داشته باشد، شاید لازم باشد در این خصوص تجدید نظر شود.

کدام مدل معماری اپلیکیشن بهتر است ؟

روز به روز، کسب‌وکارهای بیش‌تری با هدف پاسخگویی به نیازهای تکامل یافته مشتریان، به تحول دیجیتال روی می‌آورند. میزان استفاده مشتریان از شبکه‌های اجتماعی، اپلیکیشن‌های موبایل و فناوری‌های دیجیتال بیش‌تر و بیش‌تر می‌شود. به دلیل این تغییرات، راهبرد دیجیتال بخش جدایی‌ناپذیری از راهبرد تجارت و کسب‌وکار به حساب می‌آید. بسیاری از شرکت‌ها و سازمان‌ها نیاز توان محاسباتی خود را از طریق سرویس‌ها و پلتفرم‌های ابری تأمین می‌کنند. این کار از طریق اینترنت و به‌کارگیری یک راهبرد Cloud-First (خدمات ابری در اولویت) برای توسعه اکثر اپلیکیشن‌ها انجام می‌شود.

فیلم آموزش برنامه نویسی سه لایه در VB.Net ویژوال بیسیک دانت نت در فرادرس

کلیک کنید

این مسئله، طراحی ساختار اپلیکیشن‌های قدیمی را دچار تغییر و تحول بیش‌تری کرده است. قابلیت‌های عملکردی و حالت‌مندی در اولویت قرار داده شده اما، اکنون اکثر کاربردهای مرتبط با مشتری در حال گذار به SaaS و پلتفرم‌های دیجیتال هستند. امروزه، تمرکز طراحی اپلیکیشن بیش‌تر بر تجربه کاربری، بی‌حالتی (Statelessness) و چابکی (Agility) معطوف شده است. انتخاب صحیح معماری اپلیکیشن به نیازمندی‌ها و مقتضیات یک کسب‌وکار بستگی دارد. در این بخش، روش‌های جایگزین برای رویکرد سنتی معماری سه لایه ارائه شده است. قبل از آن، دلیل نیاز به استفاده از سایر رویکردها و مشکل معماری سه لایه مورد بررسی قرار می‌گیرد.

مشکل معماری سه لایه چیست ؟

به بیان ساده، باید گفت که تاریخ مصرف معماری سه لایه به سر رسیده است. این معماری قبل از گسترش استفاده از خدمات ابری برای توسعه اپلیکیشن ارائه شده است. در آن زمان، مشکلاتی برای سازش و تطبیق اپلیکیشن‌های موبایل با خدمات ابری وجود داشت. اما، یک اپلیکیشن در طول زمان ممکن است بسیار بزرگ و پیچیده شود.

فیلم آموزش آشنایی با معماری سه لایه درASP.NET با MVC و Core در فرادرس

کلیک کنید

این مسئله باعث می‌شود که نه تنها اعمال تغییرات معمول با دشواری مواجه شود، بلکه نگهداری از حداقل سه لایه سخت‌افزاری و نرم‌افزاری می‌تواند برای یک کسب‌وکار ناکارآمد باشد. یک مدل معماری سه لایه اغلب با نام معماری یکپارچه (تغییرناپذیر | Monolithic ) نیز شناخته می‌شود. این روزها چندین مدل معماری جدید وجود دارد که در ادامه، چهار مدل معماری که در عصر خدمات ابری در دسترس هستند، معرفی شده است.

معماری ریز خدمت

در یک مدل ابری، اپلیکیشن‌های پیچیده به صورت مجموعه‌ای از خدمات طراحی شده‌اند و داده‌ها به طور کامل از اپلیکیشن جداسازی شده‌اند. ریز‌خدمات (میکرو سرویس | Microservices) یک مدل معماری است که اپلیکیشن را به صورت مجموعه‌ای از خدمات سازمان‌دهی می‌کنند. هر خدمت را می‌توان با یک زبان برنامه‌نویسی متفاوت نوشته و آن را به صورت مجزا آزمایش کرد. هر یک از خدمات را می‌توان در حوزه قابلیت‌های یک کسب‌وکار به طور مستقل مستقر کرده و سازمان داد. Ambassador ،Sidecar و Adapter ‌برخی از فریم‌ورک‌هایی هستند که از معماری میکرو سرویس پشتیبانی می‌کنند.

مثال معماری ریز خدمت

می‌توان یک برنامه کاربردی تجارت الکترونیک را درنظر گرفت که با استفاده از معماری ریز‌خدمات توسعه داده شده است. هر ریز‌خدمت می‌تواند روی یک قابلیت تجاری مجزا (مثل سبد خرید، عملیات جستجو و نظرسنجی مشتریان) متمرکز باشد. هر یک از این قابلیت‌ها می‌تواند یک خدمت مستقل باشد که با زبان برنامه‌نویسی متفاوتی نوشته شده، در زیرساخت متفاوتی مستقر شده و توسط تیم‌های مختلف مدیریت شده باشد.

مقایسه معماری میکروسرویس و معماری سه لایه

در معماری سه لایه تغییرناپذیر، تمام قطعات تنها به عنوان یک ماژول هم‌زیستی دارند، اغلب توسط یک تیم مدیریت می‌شوند و همه چیز به هم پیوسته است. اگر نیاز به انجام به‌روزرسانی وجود داشته باشد، باید کل اپلیکیشن دوباره مستقر شود که این مسئله سرعت اعمال تغییرات برای اپلیکیشن‌های بزرگ‌تر و پیچیده‌تر را کاهش می‌دهد. معمولاً بهترین راهکار برای اپلیکیشن‌های کوچک‌تر، استفاده از معماری سه لایه است.

معماری ابری بومی

معماری ابری بومی (Cloud Native) به طور خاص برای اپلیکیشن‌هایی طراحی شده است که با هدف استقرار در فضای ابری توسعه داده می‌شوند و ریز‌خدمات نقش حیاتی در آن‌ها ایفا می‌کنند. معماری ابری بومی رویکردی است برای ایجاد و اجرای اپلیکیشن‌هایی که از مزایای مدل محاسبات ابری بهره می‌برند. «ابری بومی» اصطلاحی است که برای توصیف محیط‌های مبتنی بر محفظه (Container-Based) استفاده می‌شود و به نحوه ساخت و استقرار اپلیکیشن‌ها فارق از محل ذخیره‌سازی آن‌ها مربوط می‌شود. فناوری‌های ابری بومی، امکان اجرای اپلیکیشن‌ها را در فضاهای ابری عمومی، خصوصی و ترکیبی فراهم می‌کند. توسعه اپلیکیشن با استفاده فناوری‌های ابری بومی سرعت رساندن محصول به بازار را افزایش می‌دهد.

فیلم آموزش برنامه نویسی سه لایه در VB.Net ویژوال بیسیک دانت نت در فرادرس

کلیک کنید

در فضای ابری، اپلیکیشن‌ها باید بتوانند به صورت موازی و در چندین گره (نقطه اتصال | Node) اجرا شوند، یک وضعیت (حالت) تنظیمات را به اشتراک بگذارند، یک سازکار رویدادنگاری متمرکز داشته باشند و با استفاده از DevOps و یک پردازش CI/CD قابل استقرار باشند. بسیاری از ارائه‌دهندگان خدمات ابری شیوه‌نامه‌هایی را در خصوص توسعه ابری بومی ارائه می‌دهند.

خدمات وب آمازون (Amazon Web Services | AWS)‌ دارای فریم‌ورک با معماری مناسب خاص خودش است، گوگل راهنماهای متعددی در خصوص نحوه ساخت اپلیکیشن‌های ابری بومی دارد و مایکروسافت Azure نیز راهنمای الگوهای ابری خودش را ارائه می‌دهد. معمولاً اپلیکیشن‌های ابری بومی ذاتاً بدون حالت هستند. این خدمات با استفاده از پروتکل‌های مبتنی بر REST یا ارسال پیام با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند. API Gateway، ثبات نگهدارنده، میان‌افزار پیام‌گرا و سایر موارد از جمله بخش‌هایی از معماری ابری بومی هستند.

معماری رویدادگرا بدون سرور

معماری رویدادگرا (Event-Driven Architecture | EDA) مبتنی بر سامانه‌های جداسازی شده (Decoupled Systems) است که در پاسخ به رویدادها اجرا می‌شوند. یک معماری رویدادگرا از رویدادها برای تحریک و ارتباط میان خدمات جداسازی شده استفاده می‌کند. EDA‌ سابقه طولانی دارد، اما در حال حاضر در فضای ابری اعتبار بیش‌تری پیدا کرده است. اگر از EDA ‌به درستی استفاده شود، می‌تواند افزایش چشمگیری در چابکی، صرفه‌جویی در هزینه‌ها و مزایای عملیاتی به همراه داشته باشد.

فیلم آموزش آشنایی با معماری سه لایه درASP.NET با MVC و Core در فرادرس

کلیک کنید

EDA توزیع شده بدون سرور، می‌تواند توابعی را اجرا کند که به صورت خودکار مقیاس‌بندی شده و در پاسخ به یک REST API یا یک رویداد فعال می‌شوند. در مورد مدل بدون سرور، نیاز به هیچ عملیات مدیریت سروری وجود ندارد. مدل بدون سرور نیز به سرعت قابل گسترش و مقیاس‌پذیری است که این مسئله منجربه امکان به‌روزرسانی و استقرار سریع می‌شود. همچنین، این معماری بدون حالت است. برخی از خدمات بدون سرور موجود که از جانب فراهم‌کنندگان خدمات ابری مختلف ارائه شده‌اند، در تصویر زیر ملاحظه می‌شود.

در ادامه، انواع معماری بدون سرور معرفی شده است.

انواع معماری بدون سرور

فهرست انواع معماری بدون سرور به صورت زیر است:

• توابع به عنوان خدمت (Functions as a Service | FaaS) : آپلود قطعات دارای قابلیت عملکردی در فضای ابری و فراهم کردن امکان اجرای این قطعات به صورت مستقل
• بک‌اند به عنوان خدمت (Backend as a Service | BaaS) : به‌کارگیری خدمات از یک شخص ثالث، خدماتی مانند مدیریت اپلیکیشن، مدیریت پایگاه‌داده و ذخیره‌سازی ابری
• بک‌اند همراه به عنوان یک خدمت (Mobile Backend as a Service | MBaaS): قابلیت‌هایی برای اپلیکیشن‌های موبایل

معماری مبتنی بر فناوری ابری

چگونه می‌توان کاری کرد که یک کاربرد مبتنی بر معماری سه لایه در یک محیط ابری به خوبی کار کند؟ معماری مبتنی بر فناوری ابری در بهترین حالت برای ساخت یک کاربرد امروزی (وب‌سایت‌های ایستا/پویا)، استقرار یک وب‌اپلیکیشن، اتصال به یک پایگاه‌داده و تحلیل رفتار کاربر مناسب است. یک معماری سنتی مبتنی بر فناوری ابری شامل متعادل کننده بار ترافیکی، وب‌سرورها، سرورهای کاربردی و پایگاه‌داده‌ها است.

فیلم آموزش آشنایی با رایانش ابری یا کلود کامپیوتینگ در فرادرس

کلیک کنید

این معماری می‌تواند از ویژگی‌های ابری نظیر کشسانی (Elasticity)، شبکه‌سازی نرم‌افزاری (software-defined networking)، تهیه خودکار (auto-provisioning)،‌ دسترس‌پذیری بالا و گسترش‌پذیری بهره‌مند شود. این نوع معماری برای سازمان‌هایی ایده‌آل است که نیازی به نگهداری سرور ندارند. کارکردهای بدون سرور از زبان‌های برنامه‌نویسی مختلفی نظیر PHP ،.NET ،Node.js پایتون، روبی، داکر و Go پشتیبانی می‌کنند.

API Gateway

API Gateway یک سرویس مهم برای توسعه‌دهندگان جهت ایجاد و انتشار API‌های ایمن در معماری مبتنی بر فضای ابری محسوب می‌شود. این API به عنوان یک درب ورود برای اپلیکیشن‌ها جهت دسترسی به داده‌ها و منطق کسب‌وکار است. همچنین، API Gateway کار تایید اعتبار و مدیریت دسترسی را انجام می‌دهد. توسعه‌دهندگان از API Gateway برای فراخوانی کارکردهای مختلف بدون سرور در فراخوانی‌های API مختلف استفاده می‌کنند.

چطور می‌توان تصمیم گرفت کدام معماری برای یک کاربرد خاص بهتر است ؟

تصمیمی که در زمان انتخاب مدل معماری گرفته می‌شود، می‌تواند به موفقیت یا شکست پروژه منجر شود. بنابراین، تصمیم‌گیری باید بر اساس ملزومات کاربردی گرفته شود. برای مثال، سفرهای کوتاه نیازی به استفاده از هواپیما ندارند. بنابراین، قبل از انتخاب یک معماری برای یک کاربرد خاص نرم‌افزاری، باید موارد زیر را در نظر گرفت:

• آیا اولویت با معماری سه لایه تغییرناپذیر است یا معماری ریز‌خدمت؟ (برای پروژه‌های کوچک‌تر با ملزومات اپلیکیشن ساده، روش معماری سه لایه انتخاب بهتری است)
• آیا تیم توسعه آمادگی لازم برای استفاده از معماری ریز‌خدمات را دارد؟
• آیا تیم توسعه در حال حاضر یک پروسه CI/CD و DevOps مبتنی بر فناوری ابری دارد؟
• مدل میزبانی چیست؟ خصوصی، عمومی یا ترکیبی است؟
• معماری اپلیکیشن چگونه پروژه را تحت تأثیر قرار می‌دهد؟
• آیا ترکیبی از چند مدل معماری پاسخگوی نیازها هست؟

اکنون، تقریباً تمام مبحث پیرامون معماری سه لایه پوشش داده شده و زمان آن فرا رسیده است تا توضیحات مختصری درباره سایر مدل‌های معماری چند لایه ارائه شود.

معماری دو لایه

معماری دو لایه (Two-Tier Architecture) مشابه معماری کلاینت سرور است که در آن، ارتباط میان کلاینت و سرور رخ می‌دهد. در این نوع از معماری نرم‌افزار، لایه نمایش یا رابط کاربری در سمت کلاینت اجرا می‌شود. در حالی که، لایه پایگاه‌داده در سمت سرور اجرا و ذخیره می‌شود. هیچ لایه منطق کسب‌و‌کار یا لایه مشخصی بین کلاینت و سرور وجود ندارد.

فیلم آموزش آشنایی با معماری سه لایه درASP.NET با MVC و Core در فرادرس

کلیک کنید

در واقع، منطق کسب‌وکار یا در داخل لایه نمایش، یا لایه داده و یا در هر دو قرار می‌گیرد. در معماری دو لایه، رده نمایش و در نتیجه کاربر نهایی، به لایه داده دسترسی مستقیم دارند و معمولاً منطق کسب‌وکار محدود است. مثالی از یک معماری دو لایه می‌تواند یک برنامه کاربردی مدیریت مخاطبین باشد که کاربران می‌توانند در آن داده‌های مخاطبین را دریافت یا وارد کنند.

معماری تک لایه

ساده‌ترین معماری ممکن محسوب می‌شود چرا که، متناظر با اجرای اپلیکیشن روی یک رایانه شخصی است. در معماری تک لایه (در اصل تک رده یا One-Tier)، تمام قطعات مورد نیاز برای اجرای یک اپلیکیشن روی یک برنامه کاربردی یا سرور قرار دارد. در واقع در چنین معماری، لایه‌های سه‌گانه نمایش، منطق کسب‌و‌کار و لایه داده همگی روی یک ماشین (دستگاه) واقع شده‌اند.

فیلم آموزش برنامه نویسی سه لایه در VB.Net ویژوال بیسیک دانت نت در فرادرس

کلیک کنید

مزایا و معایب معماری‌های چند لایه

در این بخش، مزایا و معایب معماری چند لایه در جدول زیر ارائه شده است.

بنابراین، رمزگذاری مسائل کسب‌وکار جهان واقعی و نحوه به‌روزرسانی، ایجاد، ذخیره یا تغییر داده‌ها برای انجام وظایف به طور کامل، بخشی از معماری یک نرم افزار به حساب می‌آید.

نکاتی در مورد معماری چند لایه

با در نظر داشتن این مسئله که متخصصین نرم‌‌افزار باید کنترل کاملی روی لایه‌های معماری داشته باشند، نکاتی در مورد معماری چند لایه در ادامه فهرست شده است.

فیلم آموزش آشنایی با معماری سه لایه درASP.NET با MVC و Core در فرادرس

کلیک کنید

1. با استفاده از روشی مانند soap XML باید سعی شود تا جای ممکن هر لایه از لایه دیگر جدا شود.
2. می‌توان برخی از ابزارهای خودکار را برای ایجاد نگاشت میان لایه منطق کسب‌وکار و لایه پایگاه‌داده رابطه‌ای (لایه داده) به کار گرفت. از جمله ابزارهایی که می‌توانند به مدل‌سازی این روش‌های نگاشتی کمک کنند، می‌توان به فریم‌ورک Entity و Hibernate برای ‎.NET‎‎‎‎ اشاره کرد.
3. می‌توان در لایه نمایش یک کد رایج برای همه کلاینت‌ها در یک کتابخانه مجزا قرار داد. این کار امکان استفاده مجدد از کدها را برای انواع کلاینت‌ها بیشینه می‌کند.
4. یک لایه حافظه پنهان می‌تواند در یک لایه موجود اضافه شود تا سرعت عملکرد را بهبود دهد.

معماری سه لایه در سی شارپ

در این بخش، نحوه پیاده‌سازی معماری سه لایه در یک اپلیکیشن سی‌شارپ با فریم‌ورک دات‌نت آموزش داده شده است. قبل از آغاز مثال پیاده‌سازی معماری سه لایه در سی‌شارپ، باید به این سوال پاسخ داده شود که چگونه می‌توان داده‌ها را از یک لایه به لایه دیگر انتقال داد؟ به بیان دیگر، داده‌ها در چه قالبی انتقال داده خواهند شد؟ راه‌حل‌های بسیاری برای این مسئله وجود دارد. در اینجا، برای انتقال داده از پارامترهای تابع استفاده شده است.

فیلم آموزش آشنایی با معماری سه لایه درASP.NET با MVC و Core در فرادرس

کلیک کنید

در این مثال، یک اپلیکیشن ویندوز کوچک برای واکشی داده از پایگاه‌داده با استفاده از معماری سه لایه پیاده‌سازی شده است. در این مثال،‌ داده‌ها از تنها یک جدول به نام «شخص» (Person) خوانده می‌شوند.

کدهای مربوط به لایه دسترسی داده

پیاده‌سازی این پروژه کوچک با لایه دسترسی داده شروع می‌شود. در کدهای زیر، یک تابع برای خواندن داده از پایگاه‌داده ایجاد شده است:

1using System;  
2using System.Collections.Generic;  
3using System.Data;  
4using System.Data.SqlClient;  
5namespace WindowsFormsApplication1.DAL  
6{  
7    public class PersonDAL  
8    {  
9        public string ConString = "Data Source=SOURAV-PC\\SQL_INSTANCE;Initial Catalog=test;Integrated Security=True";  
10        SqlConnection con = new SqlConnection();  
11        DataTable dt = new DataTable();  
12        public DataTable Read()  
13        {  
14            con.ConnectionString = ConString;  
15            if (ConnectionState.Closed == con.State)  
16                con.Open();  
17            SqlCommand cmd = new SqlCommand("select * from Person",con);  
18            try  
19            {  
20                SqlDataReader rd = cmd.ExecuteReader();  
21                dt.Load(rd);  
22                return dt;  
23            }  
24            catch  
25            {  
26                throw;  
27            }  
28        }  
29        public DataTable Read(Int16 Id)  
30        {  
31            con.ConnectionString = ConString;  
32            if (ConnectionState.Closed == con.State)  
33                con.Open();  
34            SqlCommand cmd = new SqlCommand("select * from Person where ID= "+ Id +"", con);  
35            try  
36            {  
37                SqlDataReader rd = cmd.ExecuteReader();  
38                dt.Load(rd);  
39                return dt;  
40            }  
41            catch  
42            {  
43                throw;  
44            }  
45        }  
46    }  
47}

دو تابع با نام یکسان و پیاده‌سازی متفاوت (Overloaded Function) در کدهای بالا ایجاد شده است. یک تابع هیچ آرگومانی دریافت نخواهد کرد و سایر توابع، داده‌ها را با استفاده از شناسه واکشی خواهند کرد.

فیلم آموزش آشنایی با معماری سه لایه درASP.NET با MVC و Core در فرادرس

کلیک کنید

ایجاد لایه منطق کسب‌و‌کار

اکنون یک لایه منطق کسب‌وکار برای ارتباط با لایه نمایش و لایه دسترسی داده ایجاد خواهد شد. کدهای مربوط به لایه کسب‌وکار در ادامه ارائه شده است.

1using System;  
2using System.Collections.Generic;  
3using System.Data;  
4using WindowsFormsApplication1.DAL;  
5namespace WindowsFormsApplication1.BLL  
6{  
7    public class PersonBLL  
8    {  
9        public DataTable GetPersons()  
10        {  
11            try  
12            {  
13                PersonDAL objdal = new PersonDAL();  
14                return objdal.Read();  
15            }  
16            catch  
17            {  
18                throw;  
19            }  
20        }  
21        public DataTable GetPersons(Int16 ID)  
22        {  
23            try  
24            {  
25                PersonDAL objdal = new PersonDAL();  
26                return objdal.Read(ID);  
27            }  
28            catch  
29            {  
30                throw;  
31            }  
32        }  
33    }  
34}

ایجاد لایه نمایش

در این بخش، لایه نمایش ایجاد می‌شود که بالاترین لایه محسوب شده و از طریق آن کاربر با سیستم به تعامل می‌پردازد. مطابق تصویر زیر یک پنجره ساده ایجاد می‌شود:

این فُرم دارای یک شبکه داده (DataGrid)، یک محفظه متن (TextBox) و یک دکمه است. در رویداد بارگذاری این فرم، تمام داده‌ها در DataGrid نمایش داده خواهند شد. عملیات دیگری هم وجود دارد که در آن کاربر می‌تواند یک شخص خاص را با داشتن شناسه‌اش از پایگاه داده بیرون بکشد. کدهای مربوط به لایه نمایش در ادامه آمده است.

1using System;  
2using System.Collections.Generic;  
3using System.ComponentModel;  
4using System.Data;  
5using System.Drawing;  
6using System.Linq;  
7using System.Text;  
8using System.Threading.Tasks;  
9using System.Windows.Forms;  
10using WindowsFormsApplication1.BLL;  
11namespace WindowsFormsApplication1  
12{  
13    public partial class Form1 : Form  
14    {  
15        public Form1()  
16        {  
17            InitializeComponent();  
18        }  
19        private void button1_Click(object sender, EventArgs e)  
20        {  
21            try  
22            {  
23                PersonBLL p = new PersonBLL();  
24                this.dataGridView1.DataSource = p.GetPersons(Convert.ToInt16(this.txtID.Text));  
25            }  
26            catch  
27            {  
28                MessageBox.Show("Error Occurred");  
29            }  
30        }  
31        private void Form1_Load(object sender, EventArgs e)  
32        {  
33            try  
34            {  
35                PersonBLL p = new PersonBLL();  
36                this.dataGridView1.DataSource = p.GetPersons();  
37            }  
38            catch  
39            {  
40                MessageBox.Show("Error Occurred");  
41            }  
42        }  
43    }  
44}

ساختار کامل پروژه به صورت تصویر زیر است:

در تصویر زیر، یک خروجی نمونه در رویداد بارگذاری فرم ملاحظه می‌شود:

در صورتی که قصد جستجو برای شخص خاصی وجود داشته باشد، آنگاه باید شناسه شخص مربوطه را در محفظه ورود داده وارد کرد تا رکورد مربوط به شخص مورد نظر نمایش داده شود:

ساختار جدول به صورت زیر است. این جدول شامل سه بخش (فیلد) شناسه (ID)، نام و نام خانوادگی است. نام جدول نیز Person است. در ادامه این مطلب، فیلم‌های آموزش معماری سه لایه ارائه شده است که یکی از این فیلم‌های آموزشی نیز مربوط به پیاده‌سازی معماری سه لایه در سی‌شارپ است.

در ادامه و آخرین بخش از این مطلب، هر یک از فیلم‌های آموزش معماری سه لایه برای یادگیری بیش‌تر ارائه شده است.

فیلم مجموعه آموزش برنامه نویسی ASP.NET – مقدماتی تا پیشرفته در فرادرس

کلیک کنید

جمع‌بندی

معماری سه لایه تغییرناپذیر همچنان برای بسیاری از کاربردها معتبر است. اما، برای دست‌یابی به ظرافت و ورود به موقع به بازار، باید بهترین مدل معماری ممکن را برگزید. برای یک کاربرد ساده، می‌توان انتخاب رویکرد معماری سه لایه تغییرناپذیر را در نظر داشت. الگوهای معماری ابری بومی یا ریز‌خدماتی در مورد کاربردهای تکامل‌یافته و پیچیده به خوبی عمل می‌کنند.

فیلم مجموعه آموزش برنامه نویسی سی شارپ C#‎ – مقدماتی تا پیشرفته در فرادرس

کلیک کنید

معماری چند لایه به مدیریت بهتر تمام اجزاء نرم‌افزار کمک می‌کند. اجزاء نرم‌افزار در معماری سه لایه و چند لایه شامل لایه کسب‌و‌کار، لایه نمایش و لایه پایگاه‌داده است. اپلیکیشن‌هایی که دارای تعداد کاربران اندکی در یک شبکه محلی هستند، می‌توانند از معماری چند لایه و معماری سه لایه بهره ببرند. چنین طراحی معماری، کارایی نگهداشت‌پذیری، گسترش‌پذیری و به‌کارگیری یک اپلیکیشن در اینترنت را تضمین می‌کند. البته باید توجه داشت که رفته رفته سامانه‌‌ها و راه‌کارهای ابری در حال جایگزینی با معماری سه لایه هستند.