Obiettivi della lezione:
- Comprendere i concetti di livelli e strati nelle architetture software. Gli studenti impareranno a differenziare tra livelli logici e strati fisici e a spiegare l’importanza della separazione delle preoccupazioni.
- Analizzare le architetture a 1, 2, 3 e multi-tier. Gli studenti acquisiranno conoscenze sulle diverse configurazioni di architetture a livelli, comprendendo i vantaggi e gli svantaggi di ciascun modello.
- Esaminare l’architettura a microservizi. Gli studenti comprenderanno i principi dei microservizi, le loro applicazioni e i benefici rispetto alle architetture monolitiche tradizionali.
Introduzione all’architettura a livelli
Le architetture a livelli sono un modello fondamentale nella progettazione dei sistemi informativi. La separazione delle funzionalità in livelli distinti aiuta a migliorare la manutenibilità, la scalabilità e la comprensione del sistema. Questo modello è ampiamente utilizzato per organizzare il software in componenti gestibili e riutilizzabili. L’architettura a livelli è essenziale per creare applicazioni modulari, facilitando l’aggiornamento e la manutenzione delle singole parti senza influire sul resto del sistema.
Livelli e strati: differenze e importanza
Livelli logici: Rappresentano l’organizzazione concettuale del software. Ogni livello ha una responsabilità specifica e interagisce con gli altri livelli in modo definito.
- Presentazione: Gestisce l’interfaccia utente e l’interazione. Include tutti i componenti con cui l’utente finale interagisce direttamente, come le pagine web, le finestre delle applicazioni e i componenti grafici.
- Logica di business: Contiene le regole di business e la logica applicativa. Questo livello implementa le regole che definiscono il funzionamento dell’applicazione e gestisce le operazioni principali, come l’elaborazione delle transazioni e l’applicazione delle regole di business.
- Accesso ai dati: Gestisce l’interazione con il database e altre fonti di dati. Include le funzionalità per l’accesso, la manipolazione e la gestione dei dati, come l’esecuzione di query SQL, l’accesso ai file e l’interazione con servizi esterni.
Strati fisici: Rappresentano l’implementazione fisica dei livelli logici. Possono essere distribuiti su diversi server o dispositivi fisici, permettendo una maggiore flessibilità e scalabilità.
Architetture a livelli: 1, 2, 3 e multi-tier
Architettura a 1 livello (monolitica)
In una architettura monolitica, tutte le funzionalità del software sono integrate in un unico blocco. Questo modello è semplice da implementare ma può diventare difficile da gestire man mano che il sistema cresce.
- Vantaggi: Semplicità di sviluppo, facilità di deployment. Ideale per applicazioni semplici e progetti di piccole dimensioni dove la complessità è minima.
- Svantaggi: Difficoltà di manutenzione, scalabilità limitata. Le modifiche al codice possono avere ripercussioni su tutto il sistema, aumentando il rischio di bug e errori.
Architettura a 2 livelli
In una architettura a 2 livelli, l’applicazione è divisa in due parti: client e server. Il client gestisce la presentazione e parte della logica di business, mentre il server gestisce l’accesso ai dati e parte della logica di business.
- Vantaggi: Migliore separazione delle preoccupazioni rispetto al modello monolitico. Facilita la distribuzione del carico tra client e server.
- Svantaggi: Carico pesante sul server, complessità di gestione della rete. La scalabilità può essere limitata dal server che deve gestire tutte le richieste dei client.
Architettura a 3 livelli
In una architettura a 3 livelli, l’applicazione è suddivisa in tre livelli distinti: presentazione, logica di business e accesso ai dati. Questa separazione permette una migliore manutenibilità e scalabilità.
- Vantaggi: Elevata manutenibilità, facilità di scalabilità orizzontale. Ogni livello può essere sviluppato, mantenuto e scalato indipendentemente.
- Svantaggi: Maggiore complessità rispetto alle architetture a 1 e 2 livelli. Richiede una buona gestione delle interfacce tra i livelli per garantire un’interazione efficiente.
Architettura multi-tier
L’architettura multi-tier estende il concetto di architettura a 3 livelli aggiungendo ulteriori livelli per migliorare la modularità e la scalabilità. Ogni livello può essere scalato indipendentemente.
- Vantaggi: Massima flessibilità, elevata scalabilità e resilienza. Permette di distribuire le funzionalità su più server specializzati, migliorando le prestazioni e la tolleranza ai guasti.
- Svantaggi: Complessità di progettazione e implementazione, costi maggiori. Richiede una gestione avanzata dell’infrastruttura e delle comunicazioni tra i vari livelli.
Esempio: Applicazioni enterprise che separano ulteriormente i servizi di autenticazione, autorizzazione, logica di business, accesso ai dati e altri servizi specializzati.
Architettura a microservizi
L’architettura a microservizi è un approccio moderno che suddivide un’applicazione in servizi piccoli e indipendenti che comunicano tra loro attraverso API ben definite. Ogni microservizio gestisce un aspetto specifico della logica di business ed è sviluppato, distribuito e scalato indipendentemente.
- Vantaggi: Facilità di scalabilità, indipendenza dei componenti, miglior manutenibilità. Ogni servizio può essere sviluppato e distribuito separatamente, permettendo aggiornamenti e modifiche senza influire sul sistema nel suo complesso.
- Svantaggi: Complessità nella gestione delle comunicazioni e delle dipendenze tra i servizi, necessità di una robusta infrastruttura di gestione. Richiede un coordinamento avanzato e strumenti per la gestione dei microservizi.
Esempio: Netflix utilizza un’architettura a microservizi per gestire i diversi aspetti della sua piattaforma di streaming, consentendo a ciascun servizio di essere aggiornato e scalato indipendentemente.
Esercitazioni pratiche
- Esercizio di progettazione di architettura a livelli:
- Dividere la classe in gruppi e assegnare a ciascun gruppo il compito di progettare un’applicazione utilizzando una delle architetture a livelli discusse. Gli studenti dovranno presentare il loro progetto e spiegare le scelte fatte, includendo diagrammi dettagliati dei vari livelli e dei flussi di dati tra di essi.
- Esercizio di analisi dei vantaggi e svantaggi:
- Presentare casi di studio reali di applicazioni sviluppate con diverse architetture a livelli e chiedere agli studenti di analizzare i vantaggi e gli svantaggi di ciascuna architettura. Gli studenti dovranno identificare le principali sfide affrontate e le soluzioni adottate per superarle.
- Progetto pratico di implementazione di microservizi:
- Assegnare a ciascun gruppo il compito di sviluppare un piccolo servizio come parte di un sistema basato su microservizi. Gli studenti dovranno implementare il servizio, definirne le API e spiegare come il servizio interagisce con gli altri componenti del sistema. Ogni gruppo dovrà inoltre presentare un piano per il deployment e la scalabilità dei microservizi.