Architectural Styles & Patterns

ในโลกของการพัฒนาซอฟต์แวร์ การออกแบบ architecture ถือเป็นหนึ่งในขั้นตอนที่สำคัญที่สุด เพราะ software architecture นั้นทำหน้าที่เหมือน blueprint ที่กำหนดโครงสร้างและการทำงานของระบบทั้งหมด การเลือกใช้ architectural styles และ patterns ที่เหมาะสมจะช่วยให้ระบบมีความยืดหยุ่น บำรุงรักษาง่าย และสามารถรองรับการเปลี่ยนแปลงในอนาคตได้

หากไม่มีการกำหนดรูปแบบของ architecture ที่ดีตั้งแต่เริ่มต้น อาจทำให้เกิดความไม่สอดคล้องกันในการพัฒนาได้ ซึ่งมีความเสี่ยงหลายอย่าง เช่น เกิด coupling ระหว่าง dependencies จำนวนมาก หรือมีความซับซ้อนเกืนความจำเป็น ซึ่งส่งผลให้การบริหารจัดการ และการพัฒนาต่อยอดในอนาคตทำได้ยากมากขึ้น

โดยเนื้อหาเกี่ยวกับ architectural styles และ patterns ที่พบได้บ่อยในปัจจุบันได้จากหัวข้อด้านล่างนี้เลยค่ะ

Architectural Styles

Architectural Styles เป็นการอธิบายภาพใหญ่ของ architecture โดยให้ความสำคัญกับภาพรวมของระบบที่กำลังออกแบบมากกว่ารายละเอียดในการ implementation เชิงลึก โดยอาจละเว้นในส่วนของ technologies หรือเครื่องมือที่จะใช้กับองค์ประกอบนั้นๆ แต่จะเป็นการอธิบายภาพรวมและคุณลักษณะขององค์ประกอบนั้นๆ เช่น

• ระบบย่อยต่างๆ
• ระบบภายนอก
• รูปแบบการเชื่อมต่อระหว่างองค์ประกอบต่างๆ
• การจัดการข้อมูลในระบบ
• กลไกความปลอดภัย
• Layers

โดย architectural styles ที่เรามักพบเห็นได้บ่อยในปัจจุบัน มีดังนี้

• Monolithic Architecture: เป็นรูปแบบของ architecture ที่ทุกส่วนประกอบของ application เช่น user interface, business logic, หรือ data access ถูกรวมเข้าไว้ใน codebase เดียวกัน โดย application ที่เป็น monolith จะถูกพัฒนา ทดสอบ และบริหารจัดการอยู่ใน package เดียวกัน
• Microservices Architecture: เป็นรูปแบบของ architecture ที่ application จะถูกแยกออกไป service ย่อยๆหลายตัว โดยที่แต่ละ service จะทำหน้าที่เฉพาะงานที่เกี่ยวข้องกับตัวเอง และเป็นอิสระจาก service อื่นๆในการพัฒนาและบริหารจัดการ ทำให้มีความคล่องตัวในการพัฒนาและยืดหยุ่นในการเลือกใช้เทคโนโลยี
• Event-Driven Architecture: เป็นรูปแบบ architecture ที่ใช้ event ในการสื่อสารระหว่าง service ต่างๆในระบบ โดย events ต่างๆจะแสดงถึงการเปลี่ยนแปลงของข้อมูล หรือเหตุการณ์ต่างๆที่เกิดขึ้นในระบบ รูปแบบ architecture นี้มักจะมีตัวกลางในการรับส่ง events เรียกว่า message broker หรือ event broker
• Client-Server: เป็นรูปแบบของ architecture ที่ใช้งานกันแพร่หลาย โดย client หรือผู้ใช้งานจะร้องขอการประมวลผลหรือการทำงานไปที่ server ซึ่งทำหน้าที่ประมวลผลและส่งผลลัพธ์กลับไปที่ client หนึ่งในลักษณะการใช้งานที่พบได้บ่อยที่สุดในปัจจุบันคือ web server ที่ให้บริการ website หรือ web service ต่างๆ

นอกจากนี้ยังมี architectural styles อื่นๆอีกมากมาย โดยสามารถอ่านเพิ่มเติมจาก บทความของทาง JavatPoint โดยในบทความนี้จะเปรียบเทียบข้อดีข้อเสียของแต่ละ architectural styles ให้เห็นด้วยค่ะ

Architectural Patterns

Architectural Patterns คือแนวทางการและวิธีการต่างๆที่ใช้เพื่อแก้ปัญหาที่มักเกิดขึ้นซ้ำๆในการออกแบบ software architecture เช่น

• การจัดการกับความซับซ้อน
• ประสิทธิภาพของระบบ
• Scalability
• การ test ระบบ
• การ reuse ส่วนประกอบต่างๆในระบบ

โดยตัวอย่างของ architectural patterns มีดังนี้

• MVC (Model-View-Controller): เป็นการแบ่ง software ออกเป็นสามส่วนหลักๆ ได้แก่ models ที่ทำหน้าทีจัดการกับข้อมูล, views ที่ทำหน้าที่ติดต่อกับผู้ใช้ในการแสดงผลและรับคำสั่งต่างๆ, และ controllers ที่ทำหน้าที่ในการประมวลผลต่างๆและเชื่อมโยง views กับ models เข้าด้วยกัน
• Event Sourcing: เป็นรูปแบบของ architecture ที่ทุกการเปลี่ยนแปลงของข้อมูลต่างๆใน application เช่น entity หรือ aggregate จะถูกเก็บในลักษณะของ ลำดับของเหตุการณ์ (sequence of events) โดยจะเป็นการจัดการข้อมูลในลักษณะ append-only ทำให้สามารถตรวจสอบทุกการเปลี่ยนแปลงของข้อมูลและสามารถนำ events เหล่านี้ไปประมวลผลเพิ่มเติมได้ โดยมักจะใช้คู่กับ pattern แบบ CQRS
• Command Query Responsibility Segregation (CQRS): เป็นการแยก application ออกเป็นสองส่วน ได้แก่ ส่วนที่เป็น command ทำหน้าที่เปลี่ยนแปลงข้อมูล และส่วนที่เป็น query ทำหน้าที่เรียกดูข้อมูล โดยทั้งสองส่วนจะใช้ model แยกจากกันชัดเจน ในบางระบบอาจแยกฐานข้อมูล และ process ในการทำงานออกจากกันเพื่อประสิทธิภาพสูงสุด
• Saga Pattern: เป็นรูปแบบของการจัดการ long-running transactions ผ่านระบบต่างๆ โดยมักจะถูกใช้ใน architecture ที่เป็น distributed systems เช่น microservices โดยแต่ละ microservice จะทำการประมวลผลและส่งต่อไปยัง microservice ถัดไป

ความแตกต่างระหว่าง Architectural Styles และ Patterns

หลายครั้งที่ architectural styles และ patterns มีความแตกต่างกันในมุมมองของ architecture โดยที่ architectural styles จะเน้นการอธิบายองค์ประกอบของระบบในภาพกว้างโดยไม่ลงลึกในรายละเอียดและ tools หรือ frameworks ที่ใช้การพัฒนา โดยส่วนใหญ่แล้วมักจะเป็นการกำหนดรูปร่างของ architecture ของระบบ เช่น จำนวน service ต่างๆ ระบบภายนอก และลักษณะการเชื่อมต่อขององค์ประกอบต่างๆ

ในขณะที่ architectural patterns จะเป็นการมองในระดับที่เล็กลงมาและมีรายละเอียดมากขึ้น โดยเน้นไปที่การแก้ปัญหาเฉพาะจุดของระบบ เช่น รูปแบบในการเก็บข้อมูล รูปแบบในการจัดวาง modules ในระบบ หรือรูปแบบในการรับ-ส่งข้อมูลที่มีความเฉพาะเจาะจงมากขึ้น

ตัวอย่างเช่น การออกแบบระบบโดยใช้ architectural style แบบ microservice และ event-driven architecture อาจเลือกใช้ architectural pattern แบบ pub/sub โดยมี message broker เป็นตัวกลางเพื่อรับ-ส่งข้อมูลระหว่าง module ต่างๆ

ตารางด้านล่างเป็นการเปรียบเทียบโดยคร่าวๆระหว่าง architectural styles และ patterns

Feature	Architectural Styles	Architectural Patterns
Level of Abstraction	ภาพกว้าง	มีรายละเอียดมากขึ้น
Scope	รวมของระบบทั้งหมด	การแก้ปัญหาเฉพาะส่วน
Focus	องค์ประกอบและความสัมพันธ์ต่างๆ	รูปแบบ แนวทางในการแก้ปัญหา
Examples	Event-Driven Architecture	Pub/Sub, Event Stream Processing, CQRS