Arquitectura de software: ¿Qué es y qué tipos hay?
La arquitectura de software se basa en la toma de decisiones de diseño cruciales para organizar el software y asegurar que cumpla con los atributos de calidad deseados.
La arquitectura de software, como se conoce hoy, se ha desarrollado a lo largo del tiempo en respuesta a la creciente complejidad de los sistemas de software y la necesidad de abordarla de manera más organizada y estructurada.
La formalización de conceptos arquitectónicos ha permitido un diseño más efectivo, una gestión más sencilla y una mejor comprensión de los sistemas de software.
En la actualidad la arquitectura de software es un punto central al desarrollar sistemas de software. El principal objetivo de dicha arquitectura se basa en desarrollar sistemas de software grandes de forma eficiente, estructurada y sobre todo que tenga la capacidad de ser reutilizado.
¿Qué es la arquitectura de software?
La arquitectura de software se refiere a la estructura y diseño de un sistema de software. Es una representación de alto nivel que define cómo los componentes del software interactúan entre sí, cómo se organizan y cómo cumplen con los requisitos funcionales y no funcionales del sistema.
La arquitectura de software proporciona una visión global del sistema, lo que permite a los desarrolladores y arquitectos comprender su estructura y tomar decisiones informadas durante el proceso de desarrollo.
Una buena arquitectura de software es fundamental para el éxito de un proyecto, ya que afecta a la calidad, el rendimiento y la escalabilidad del software. Además, facilita la colaboración entre los miembros del equipo de desarrollo y brinda una visión clara de cómo se estructura el sistema, lo que ayuda a minimizar problemas y errores a medida que avanza el desarrollo del software.
Elementos de la arquitectura de software
La arquitectura de software se conforma mediante la combinación de varios elementos y conceptos. Estos elementos fundamentales se combinan para definir la estructura y el diseño del sistema de software. Entre ellos se encuentran:
Componentes: Los componentes son los módulos, servicios o partes del software que realizan tareas específicas dentro del sistema. Estos pueden incluir componentes de interfaz de usuario, lógica de negocio, acceso a bases de datos, servicios web, etc.
Conexiones: Las conexiones representan cómo los componentes se comunican y colaboran entre sí. Esto incluye la definición de interfaces, protocolos de comunicación y flujos de datos.
Patrones de diseño: Los patrones de diseño son soluciones probadas y recurrentes para problemas comunes de diseño de software. Los patrones pueden ayudar a estructurar el software de manera efectiva.
Estilo arquitectónico: El estilo arquitectónico es el enfoque de alto nivel que rige la estructura del sistema. Algunos ejemplos de estilos arquitectónicos incluyen la arquitectura de tres capas, la arquitectura orientada a servicios, la arquitectura de microservicios, entre otros.
Requisitos no funcionales: Los requisitos no funcionales son los atributos de calidad que debe cumplir la arquitectura del software, como el rendimiento, la escalabilidad, la seguridad y la disponibilidad.
Tecnologías y herramientas: La elección de las tecnologías específicas, como lenguajes de programación, bases de datos, frameworks y herramientas, tiene un impacto significativo en la arquitectura.
Documentación: La documentación adecuada es esencial para describir y comunicar la arquitectura a los miembros del equipo y las partes interesadas. Esto incluye diagramas, descripciones de componentes, interfaces y decisiones clave de diseño.
Consideraciones de evolución y mantenimiento: La arquitectura debe ser diseñada pensando en la capacidad de evolucionar y mantener el sistema a lo largo del tiempo.
La conformación de la arquitectura de software implica tomar decisiones fundamentales en cada uno de estos aspectos para definir cómo se organizará el software y cómo cumplirá con los requisitos del proyecto. La arquitectura proporciona una estructura sólida que guía el desarrollo y garantiza que el sistema cumpla con sus objetivos de manera eficaz.
Ventajas de una arquitectura de software
La arquitectura de software permite planificar el desarrollo del proyecto y elegir las mejores herramientas para llevar a cabo el mismo. Es un paso importante antes de comenzar a programar pues determinará el ritmo del desarrollo, incluyendo los factores económicos y humanos durante el proceso.
Una arquitectura de software efectiva proporciona beneficios como:
Organización eficiente: La arquitectura establece una estructura organizativa para el software, lo que facilita el desarrollo, la colaboración y la gestión del proyecto.
Reutilización de componentes: Permite la reutilización de componentes y módulos de software en diferentes partes del sistema o en proyectos posteriores, lo que ahorra tiempo y recursos.
Mantenibilidad: Una buena arquitectura facilita la identificación y corrección de problemas, ya que divide el sistema en componentes más manejables y localizables.
Escalabilidad: La arquitectura adecuada permite la escalabilidad del sistema, lo que significa que se pueden agregar más recursos y componentes para satisfacer la demanda creciente.
Rendimiento: Permite la optimización del rendimiento, ya que se pueden tomar decisiones de diseño específicas para mejorar la velocidad y la eficiencia del software.
Seguridad: Ayuda a implementar medidas de seguridad de manera efectiva, al permitir la identificación de puntos vulnerables y la aplicación de soluciones de seguridad en los componentes adecuados.
Facilita la colaboración: Proporciona un marco claro para que los miembros del equipo colaboren de manera más efectiva, ya que todos entienden la estructura y los principios de diseño del software.
Adaptabilidad y evolución: Una arquitectura bien diseñada permite que el sistema sea adaptable a cambios futuros, lo que es esencial en un entorno en constante evolución.
Documentación y comunicación: Facilita la comunicación entre los miembros del equipo y las partes interesadas, ya que proporciona una representación visual y descriptiva de la estructura y el diseño del software.
Facilita la resolución de problemas: Proporciona una estructura que facilita la identificación y resolución de problemas técnicos y de diseño.
Como pudimos ver, la arquitectura de software proporciona una serie de beneficios significativos para el desarrollo de sistemas de software complejos.
7 tipos de arquitectura de software
Los patrones de arquitectura son soluciones probadas para problemas comunes en el diseño y desarrollo de aplicaciones para aprovecharlas en otras creaciones y utilizarlas para ganar eficiencia.
Los arquitectos de software son los encargados de seleccionar, adaptar y combinar los diferentes tipos de patrones para adaptarlos en donde se necesite. Algunos tipos de patrones son los siguientes:
Modelo-Vista-Controlador (MVC)
Divide una aplicación en tres componentes principales: el Modelo (que maneja los datos y la lógica de negocio), la Vista (que se encarga de la presentación y la interfaz de usuario) y el Controlador (que coordina las interacciones entre el Modelo y la Vista).
Capas
Divide una aplicación en capas lógicas, como la capa de presentación, la capa de lógica de negocio y la capa de acceso a datos. Este patrón promueve la modularidad y la escalabilidad, puede tener varias capas y se pueden modificar dependiendo la complejidad y lo que se requiera.
Arquitectura de Microservicios
Descompone una aplicación en servicios pequeños e independientes que se comunican entre sí a través de APIs. Esto mejora la escalabilidad, la flexibilidad y la facilidad de mantenimiento.
Arquitectura Hexagonal (puertos y adaptadores)
Separa la lógica de negocio del código de infraestructura, permitiendo que la aplicación sea independiente de las tecnologías y las interfaces externas.
Arquitectura en Capas de Servicio
Similar al patrón de capas, pero con un enfoque en la exposición de servicios web a través de capas, lo que facilita la integración con otros sistemas.
Arquitectura Orientada a Servicios (SOA)
Basada en la creación y el uso de servicios independientes que se pueden reutilizar en toda la aplicación. Esto promueve la interoperabilidad y la flexibilidad.
Modelo-Vista-VistaModelo (MVVM)
Es un patrón de diseño especialmente útil en aplicaciones de interfaz de usuario, donde el Modelo representa los datos y la lógica de negocio, la Vista maneja la presentación y el ViewModel actúa como intermediario entre el Modelo y la Vista. Es un patrón eficaz para aplicaciones de interfaz de usuario que ofrece ventajas en términos de organización, reutilización, pruebas y colaboración.
Estos son algunos ejemplos de patrones de arquitectura de software, existen muchos otros patrones específicos para abordar diversas necesidades y desafíos en el diseño de aplicaciones. La elección del patrón adecuado depende de los requisitos del proyecto y del problema a resolver. A menudo, se combinan varios patrones para crear arquitecturas más complejas y eficientes.
Escalabilidad a través de la arquitectura de software
Escalabilidad es la capacidad del software para adaptarse a la carga de trabajo a medida que el número de usuarios aumenta o las transacciones crecen, sin que se afecte el rendimiento de esta, con la posibilidad de crecer sin afectar el funcionamiento operativo.
Existen dos formas de mejorar la escalabilidad en los sistemas:
Vertical o hacia arriba: para que haya crecimiento se agregan recursos físicos a la infraestructura que soporta el software, es decir aumentar el hardware como la memoria, almacenamiento, procesador, capacidad de cómputo, ancho de banda, etc. Al realizar el crecimiento el esfuerzo es mínimo pues el software solo se respaldará y no habrá repercusiones. Entre las repercusiones que existen, es que al estar el crecimiento ligado al hardware, este tiene un límite, por lo que llegará el momento en que se tenga que cambiar el servidor y esto puede resultar costoso; además cada cierto tiempo se presentará el mismo problema.
Horizontal: con esta se aumenta el número de servidores (Nodos) los cuales trabajan como un todo, es más potente, pero a la vez el más complicado. Se crea una red de servidores (Cluster), para que el trabajo se reparta entre todos los nodos del cluster, al incrementarse los usuarios, se añaden nodos en la medida que se requieran. Se necesita un servidor primario para que este tipo de escalamiento funcione, desde donde se administra el cluster.
Se puede combinar con el escalamiento vertical, soporta la alta disponibilidad y si un nodo falla, los demás continúan trabajando, por otro lado, requiere bastante mantenimiento, así como una gran infraestructura.
Herramientas para la arquitectura de software
Existen numerosas herramientas que pueden ser útiles en el diseño y la gestión de la arquitectura de software. Estas herramientas facilitan la visualización, la documentación, la colaboración y la toma de decisiones en todas las etapas del ciclo de vida del desarrollo de software.
Para lograr un diseño competente de la arquitectura de software se utilizan diferentes técnicas y herramientas que ayudan a los arquitectos a tomar decisiones inteligentes. Las herramientas de arquitectura de software se clasifican generalmente en tres grupos:
Herramientas de modelado: permiten a los arquitectos de software crear representaciones visuales de la arquitectura del software utilizando notaciones como UML (Lenguaje de Modelado Unificado). Esto ayuda a visualizar la estructura del sistema, las interacciones entre componentes y los flujos de datos. Algunas herramientas de modelado populares incluyen Enterprise Architect, IBM Rational Software Architect y Lucidchart.
Diagramas de código: se centran en la generación automática de diagramas a partir del código fuente existente. Ayudan a los arquitectos y desarrolladores a comprender la estructura del código y las relaciones entre clases, funciones y módulos. Ejemplos de herramientas de diagramas de código son Doxygen, Visual Studio's Architecture Tools y Java Dependency Viewer.
Herramientas de diagramación: se utilizan para crear diagramas de arquitectura de software y otros tipos de diagramas que no necesariamente están vinculados al código. Pueden incluir diagramas de flujo, diagramas de red, diagramas de despliegue, entre otros. Microsoft Visio, draw.io y Gliffy son ejemplos de herramientas de diagramación ampliamente utilizadas.
El modelado y los diagramas son usados como herramientas de código, son adecuados para la documentación a largo plazo, cuentan con mayor estructura y requieren de mayor configuración, mientras que las herramientas de diagramación son útiles para bocetos rápidos y exclusivos, siendo estas más genéricas sin necesidad de tanto pensamiento.
Existen muchas herramientas de arquitectura de software para elegir, lo importante es tomar en cuenta las razones por las que se está creando la arquitectura, si es únicamente para visualizar es recomendable utilizar una herramienta de diagramación, pero si se busca crear algo que tenga beneficio para un periodo de largo plazo, es mejor una herramienta de modelado, porque esta puede impulsar cambios en los diagramas al actualizar el modelo.
La adopción de una arquitectura de software eficaz proporciona una serie de mejoras significativas en el desarrollo, implementación y mantenimiento de sistemas de software.
