Architettura software: cosa è e come si definisce

L’architettura di un software è la struttura fondamentale di un sistema informatico, in un certo senso, per spiegarsi meglio, paragonabile alla struttura e all’organizzazione di una casa di cemento e mattoni. Essa definisce come le varie parti del software (come i moduli e i componenti) si collegano e interagiscono tra loro per formare un sistema completo, rispondente ai requisiti del business.

Proprio come una buona architettura di una casa assicura che tutte le stanze siano ben collegate e funzionali, una buona architettura software garantisce che tutte le parti del sistema funzionino insieme in modo efficiente e affidabile.

Per fare un esempio, immaginiamo un’app di messaggistica: l’architettura software di questa app includerebbe il modo in cui viene gestito l’invio e la ricezione dei messaggi, come ci si connette ai server per sincronizzare i dati e come viene presentata l’interfaccia utente agli utenti finali.

Cosa è l’architettura software?

L’architettura software è la struttura organizzativa di un sistema che identifica e caratterizza le componenti software e le loro interazioni, garantendo la soddisfazione dei requisiti funzionali e non funzionali, come scalabilità, manutenibilità e sicurezza.

Le architetture software sono nate negli anni ’60 e ’70 con l’evoluzione dei primi sistemi informatici, quando i software sono diventati più complessi.

Inizialmente, i sistemi erano monolitici, con tutto il codice e le funzionalità contenute in un’unica unità. Con il tempo, si è riconosciuto il bisogno di strutture più modulari e flessibili, portando all’introduzione di concetti come la programmazione strutturata e, successivamente, la programmazione orientata agli oggetti negli anni ’80.

Negli anni ’90, con la diffusione di internet e delle applicazioni distribuite, sono emerse nuove architetture come i microservizi e le architetture a layer, che permettono una maggiore scalabilità e manutenibilità.

I principali pattern di software architecture

I modelli di architettura del software sono in continua evoluzione e si adeguano nel tempo alle nuove tecnologie. I principali modelli di architettura software sono:

1. Architettura Monolitica. Tutte le funzionalità del software sono combinate in un’unica unità, rendendo il sistema più semplice da sviluppare inizialmente ma meno flessibile e difficile da scalare.
2. Architettura a Strati (Layered Architecture). Il sistema è organizzato in livelli separati (presentazione, logica di business, accesso ai dati), facilitando la separazione degli ambiti e migliorandone la manutenibilità.
3. Architettura a Microservizi. L’applicazione è suddivisa in piccoli servizi indipendenti che possono essere sviluppati, distribuiti e scalati separatamente, migliorando la flessibilità e la scalabilità.
4. Architettura Event-Driven. Il sistema è basato su eventi, con componenti che reagiscono a eventi generati da altre parti del sistema, facilitando l’integrazione e la scalabilità.
5. Architettura a Servizi (Service-Oriented Architecture, SOA). Simile ai microservizi, ma con un focus su servizi che interagiscono tramite protocolli di rete standardizzati, spesso utilizzando un bus di servizio per l’integrazione.
6. Architettura a Pipeline (Pipes and Filters). I dati passano attraverso una serie di componenti di elaborazione (filtri), collegati da canali di comunicazione (pipes), favorendo la modularità e la riusabilità.
7. Architettura Client-Server. Divide il sistema in client che richiedono servizi e server che forniscono tali servizi, comune nelle applicazioni con un database centralizzato.
8. Architettura Peer-to-Peer (P2P). Ogni nodo del sistema può fungere sia da client che da server, permettendo una distribuzione equa del carico e migliorando la resilienza.
9. MVC (Model-View-Controller). Divide l’applicazione in tre componenti principali: modello (dati), vista (interfaccia utente) e controller (logica di controllo).
10. MVVM (Model-View-ViewModel). Un’evoluzione dell’MVC utilizzata principalmente nelle applicazioni di interfaccia utente.
11. Broker Architecture. Utilizza un broker intermedio per gestire la comunicazione tra i componenti del sistema.
12. Master-Slave Architecture. Un master distribuisce compiti ai nodi slave, che eseguono i compiti e restituiscono i risultati.
13. Blackboard Architecture. Componenti specializzati interagiscono attraverso uno spazio di lavoro comune chiamato board (lavagna).
14. Interpreter Pattern. Implementa un linguaggio e un’interprete per analizzare ed eseguire comandi.
15. Microkernel Architecture. Comprende un nucleo minimo di funzioni e una serie di moduli plug-in per estendere il sistema.
16. Component-Based Architecture. Il sistema è composto da componenti riutilizzabili che possono essere facilmente sostituiti o aggiornati.
17. Domain-Driven Design (DDD). Focus sull’organizzazione del codice attorno ai concetti del dominio aziendale.
18. Hexagonal Architecture (Ports and Adapters). Organizza il codice in modo che il core del sistema sia isolato da dettagli infrastrutturali.
19. CQRS (Command Query Responsibility Segregation). Divide le operazioni di scrittura (comandi) dalle operazioni di lettura (query) per ottimizzare le performance.
20. Service Mesh. Un’architettura per gestire il networking dei microservizi con funzionalità come bilanciamento del carico, autenticazione e autorizzazione.
21. Serverless Architecture. Utilizzo di servizi cloud che eseguono il codice in risposta a eventi, senza gestire l’infrastruttura.

Come si definisce l’architettura software di un sistema

La definizione dell’architettura software è un processo fondamentale per garantire che il sistema sia pienamente rispondente ai requisiti di business e presenti le giuste caratteristiche tecniche.

Il processo di definizione dell’architettura, condotto generalmente da un solution architect, può essere schematizzato nelle seguenti fasi.

1 – Raccolta dei requisiti

La raccolta dei requisiti è il primo e fondamentale step nel processo di definizione di un’architettura software ed è finalizzato all’identificazione e alla comprensione delle esigenze degli stakeholder, sia in termini di funzionalità, sia in termini di requisiti non funzionali come prestazioni, scalabilità, sicurezza e manutenibilità.

Per fare ciò, è necessario condurre interviste, workshop e analisi documentali con utenti finali, clienti e altri stakeholder chiave.

Un’accurata raccolta dei requisiti permette di delineare una chiara visione del sistema desiderato e stabilisce una base solida su cui costruire l’architettura, garantendo che tutte le aspettative siano prese in considerazione e che il prodotto finale risponda alle reali necessità degli utenti.

2 – Definizione degli obiettivi

Questo step prevede la chiara identificazione degli obiettivi principali che l’architettura deve raggiungere, come la scalabilità, la facilità di manutenzione, la sicurezza, le prestazioni e l’affidabilità. Inoltre, è essenziale riconoscere e documentare le restrizioni e i vincoli del progetto, come i limiti tecnologici, di budget, di risorse umane e di tempo.

Definire obiettivi concreti e realistici, insieme ai vincoli, permette di prendere decisioni architetturali ponderate, assicurando che l’architettura finale sia allineata con le aspettative degli stakeholder e le possibilità tecniche e operative del team di sviluppo.

3 – Analisi dei sistemi esistenti

L’analisi dei sistemi esistenti è un passaggio fondamentale per comprendere le soluzioni già disponibili e identificare best practice e potenziali criticità.

Questo processo prevede lo studio approfondito di architetture simili, valutando come sono stati affrontati problemi analoghi e quali pattern e tecnologie sono stati utilizzati.

L’analisi dei sistemi esistenti consente di apprendere da esperienze precedenti, riducendo il rischio di ripetere errori comuni e accelerando il processo di progettazione grazie all’adozione di approcci collaudati.

Si tratta di una sorta di analisi comparativa, che aiuta a costruire una base solida su cui sviluppare un’architettura software robusta e efficace.

4 – Selezione del pattern architetturale

La selezione del pattern architetturale è un passo cruciale nella definizione dell’architettura software, poiché determina la struttura generale e l’organizzazione del sistema.

In questa fase, si valutano diversi pattern architetturali, come l’architettura monolitica, a microservizi, a strati, event-driven e service-oriented (SOA), considerando come ciascuno risponde ai requisiti e agli obiettivi stabiliti.

Optare per il pattern architetturale più appropriato permette di strutturare il sistema in modo che le diverse componenti possano interagire efficacemente, facilitando l’implementazione, il testing e la futura manutenzione.

Questa decisione, basata su un’attenta valutazione dei pro e contro di ciascun pattern, influisce significativamente sul successo complessivo del progetto.

5 – Identificazione dei componenti architetturali

Durante questo step, si individuano i principali moduli o servizi che comporranno il sistema, determinando il loro ruolo specifico e come si integreranno tra loro. Questa suddivisione facilita la comprensione e la gestione del sistema, consentendo di assegnare compiti specifici ai vari team di sviluppo e di isolare le diverse funzionalità per semplificare il debug e la manutenzione.

Ogni componente deve essere progettato con interfacce chiare e ben definite, che stabiliscano come esso interagirà con gli altri componenti.

Questo approccio modulare migliora la manutenibilità, la scalabilità del sistema e la sua flessibilità, permettendo di aggiornare o sostituire singole parti senza compromettere l’integrità dell’intero sistema.

6 – Definizione delle interfacce

Questo passaggio è finalizzato a stabilire come i vari componenti del sistema comunicheranno tra loro. In questa fase, vengono specificati i punti di interazione tra i componenti, descrivendo dettagliatamente i metodi, i protocolli e i formati di dati utilizzati per lo scambio di informazioni.

Interfacce ben definite assicurano che i componenti possano essere sviluppati e testati indipendentemente, migliorando la modularità e facilitando l’integrazione.

Questo step coinvolge la documentazione delle API (Application Programming Interfaces) e la definizione dei service contracts, che delineano le funzionalità esposte dai componenti e le modalità di accesso.

Una corretta definizione delle interfacce permette di minimizzare le dipendenze tra i componenti, aumentando la flessibilità e la manutenibilità del sistema, e garantendo che le modifiche a un componente non abbiano impatti negativi sugli altri. Inoltre, facilita la collaborazione tra diversi team di sviluppo, offrendo una base chiara e condivisa per l’implementazione e l’integrazione delle diverse parti del software.

7 – Disegno dei diagrammi architetturali

Il disegno dei diagrammi architetturali server per visualizzare e comunicare la struttura del sistema software.

Questa fase prevede la creazione di vari tipi di diagrammi, come i diagrammi dei componenti, che mostrano i principali moduli e le loro interazioni, i diagrammi di sequenza, che illustrano il flusso delle operazioni nel tempo, e i diagrammi di distribuzione, che rappresentano come i componenti sono distribuiti su hardware fisico o virtuale.

Questi diagrammi forniscono una visione chiara e comprensibile dell’architettura, aiutando gli stakeholder a comprendere come il sistema sarà organizzato e come le diverse parti lavoreranno insieme. Inoltre, i diagrammi architetturali servono come riferimento durante l’implementazione e il testing. Utilizzando strumenti di modellazione standard, come UML (Unified Modeling Language), i diagrammi aiutano a identificare potenziali problemi e a comunicare in modo efficace le soluzioni architetturali all’interno del team di sviluppo e con altri stakeholder, facilitando la collaborazione e la coerenza durante tutto il ciclo di vita del progetto.

I principali strumenti che possono essere utilizzati per la rappresentazione dei diagrammi architetturali sono Microsoft Visio e Lucidchart. Enterprise Architect di Sparx Systems è un potente strumento di modellazione UML che offre funzionalità avanzate per la progettazione e la documentazione delle architetture. Inoltre, Draw.io (ora conosciuto come diagrams.net) è una soluzione gratuita e open-source che permette di creare diagrammi direttamente dal browser. Infine, Gliffy è un altro strumento online semplice da usare, ideale per la creazione rapida di diagrammi.

8 – Prototipazione e validazione

La prototipazione e validazione sono fasi cruciali per assicurare che l’architettura software soddisfi i requisiti stabiliti e funzioni come previsto.

Durante la prototipazione, vengono creati modelli o versioni preliminari del sistema che permettono di testare le scelte architetturali in un contesto reale, consentendo di identificare e risolvere eventuali problemi prima di investire risorse significative nello sviluppo completo.

La validazione coinvolge l’esecuzione di test dettagliati per verificare che l’architettura risponda ai requisiti funzionali e non funzionali, come prestazioni, scalabilità e sicurezza.

Durante questa fase, è fondamentale raccogliere feedback dagli stakeholder e dai team di sviluppo per apportare le necessarie modifiche e miglioramenti. Attraverso iterazioni successive di prototipazione e validazione, si garantisce che l’architettura finale sia robusta, efficiente e in linea con le aspettative, riducendo il rischio di costosi errori e ritardi nelle fasi successive del progetto.

9 – Documentazione

In questa fase occorre documentare la struttura del sistema, i componenti principali, le loro interfacce, le relazioni e le interazioni tra di essi, nonché le decisioni architetturali prese e le motivazioni.

La documentazione deve essere chiara e completa, rendendo possibile agli sviluppatori o ai testerdi comprendere e lavorare efficacemente con l’architettura.

La documentazione serve come guida durante l’implementazione, facilitando la coerenza e l’allineamento con la progettazione iniziale e fornisce un riferimento prezioso per la manutenzione futura e l’evoluzione del sistema.

Inoltre, una documentazione ben redatta contribuisce a migliorare la comunicazione all’interno del team, assicurando che tutti abbiano una comprensione condivisa della struttura e degli obiettivi del sistema.

10 – Iterazione e revisione

L’iterazione e revisione sono processi fondamentali nel ciclo di vita dell’architettura software, che garantiscono che il progetto evolva in risposta ai feedback e ai cambiamenti nei requisiti.

Durante questa fase l’architettura viene rivisitata periodicamente per identificare aree di miglioramento e per assicurarsi che continui a soddisfare gli obiettivi iniziali. Il feedback raccolto dagli stakeholder, dai team di sviluppo e dai test di prototipi viene analizzato per apportare modifiche necessarie.

Questo processo iterativo permette di affinare l’architettura, migliorando la sua robustezza, flessibilità e performance. Inoltre, la revisione costante aiuta a identificare e mitigare potenziali rischi e problemi prima che diventino critici.

11 – Implementazione e monitoraggio

L’implementazione e il monitoraggio sono le fasi finali nel processo di definizione dell’architettura software, dove le idee progettuali vengono tradotte in un sistema reale e funzionante.

Durante l’implementazione, i componenti architetturali vengono sviluppati secondo le specifiche stabilite. È fondamentale che il team di sviluppo aderisca strettamente all’architettura definita per assicurare coerenza e integrità del sistema.

Una volta implementato, il sistema entra nella fase di monitoraggio, dove vengono utilizzati strumenti di monitoraggio e logging per tracciare le prestazioni, identificare eventuali problemi e assicurare che tutte le componenti funzionino come previsto. Il monitoraggio continuo permette di rilevare anomalie e colli di bottiglia, facilitando interventi tempestivi per migliorare l’efficienza e la stabilità del sistema.

12 – Manutenzione e aggiornamento

Una volta che il sistema è implementato e in produzione, è necessario effettuare manutenzione regolare per correggere bug, migliorare le performance e aggiungere nuove funzionalità in risposta ai cambiamenti delle esigenze degli utenti o del mercato.

Gli aggiornamenti periodici assicurano che il software rimanga sicuro e compatibile con le nuove tecnologie, oltre che efficiente ed affidabile. Durante questa fase è importante documentare le modifiche e aggiornare continuamente la documentazione tecnica, per facilitare la manutenzione e l’evoluzione continua del sistema.

La legge di Conway

La Legge di Conway afferma che le architetture dei sistemi software riflettono le strutture di comunicazione delle organizzazioni che le progettano.

Formulata da Melvin Conway nel 1967, questa legge empirica correla il design di un sistema rispecchierà con l’organizzazione e la dinamica del team di sviluppo. Ad esempio, se un team è suddiviso in più gruppi che non comunicano efficacemente tra loro, il sistema risultante avrà probabilmente componenti mal integrati.

Comprendere questa legge aiuta i manager a strutturare meglio i team e a facilitare la comunicazione per progettare architetture software più coese ed efficienti.

Architetture cloud e DevOps

Le architetture cloud e DevOps rappresentano un’evoluzione moderna nella progettazione e gestione dei sistemi software, focalizzandosi sulla scalabilità, flessibilità e automazione.

Le architetture cloud sfruttano piattaforme come AWS, Azure e Google Cloud per distribuire risorse computazionali in modo dinamico, permettendo alle applicazioni di scalare rapidamente in risposta alla domanda. Questo approccio riduce i costi infrastrutturali e aumenta l’affidabilità del sistema.

DevOps, d’altra parte, integra sviluppo (Dev) e operazioni (Ops) per migliorare la collaborazione e l’efficienza attraverso l’automazione e la standardizzazione dei processi di sviluppo e deploy. Strumenti come Docker, Kubernetes, Jenkins e Terraform sono comunemente utilizzati per implementare pratiche DevOps, consentendo un rilascio continuo e un monitoraggio costante.

Insieme, cloud e DevOps trasformano il modo in cui le aziende sviluppano, distribuiscono e gestiscono il software, promuovendo una cultura di rapidità, innovazione e resilienza.