Architektura aplikacji webowych — jak wygląda i jakie powinna spełniać warunki?

Architektura aplikacji webowych to pojęcie, które przewija się w kontekście projektów IT bardzo często i jest dla nich niezwykle istotne. Nie dla każdej firmy, która chce na swojej stronie internetowej udostępniać różnego rodzaju usługi i narzędzia, będzie jednak w pełni jasne. W takim razie, czym jest architektura aplikacji internetowych i jak powinna wyglądać?

Architektura aplikacji webowych — czym jest i do czego służy?

Zanim przejdziemy do szczegółów architektury aplikacji internetowych, warto wyjaśnić, czym jest aplikacja webowa i czym różni się od zwykłej strony firmowej, która również jest dostępna z poziomu przeglądarki. Otóż tradycyjna, statyczna strona, nie zawiera wielu elementów interaktywnych, poza (ewentualnie) formularzem kontaktowym. 

Z kolei aplikacja webowa daje użytkownikowi możliwość wchodzenia w zaawansowane interakcje z witryną, co może oznaczać np. edycję obrazów, wideo czy też tworzenie dokumentów tekstowych. Jednocześnie oznacza to, że architektura aplikacji z reguły jest znacznie bardziej złożona i pracuje nad nią większa ilość specjalistów.

Co to jest architektura aplikacji webowych? Najprościej można powiedzieć, że jest to sposób organizacji i strukturyzacji aplikacji internetowej. Obejmuje to zarówno front-end (interfejs użytkownika), jak i back-end (serwer, baza danych).

Warstwy aplikacji webowej — najważniejsze informacje

Architektura aplikacji webowej składa się z wielu warstw (oddzielnych segmentów o z góry określonej roli), z których większość jest niewidoczna dla użytkownika końcowego. Stąd na pierwszy rzut oka trudno ocenić, jak skomplikowane w rzeczywistości jest dane oprogramowanie. 

Ponadto nie da się zaplanować architektury aplikacji bez posiadania odpowiedniej wiedzy technicznej. Jest to zadanie dla architektów oprogramowania, takich jak eksperci Develos, którzy dbają o dobór właściwych narzędzi i rozwiązań, a także o spójność między poszczególnymi modułami aplikacji. Z ich pomocą wielowarstwowa architektura aplikacji webowej nie będzie problemem.

Można wyróżnić kilka podstawowych warstw aplikacji webowych, które spotkamy najczęściej i są najbardziej istotne. Pierwsza z nich, czyli właśnie ta, którą widzi użytkownik oprogramowania, to front-end, czyli warstwa prezentacji. Odpowiada za wyświetlanie danych użytkownikowi i przyjmowania od niego danych wejściowych. Zazwyczaj obejmuje, takie języki programowania jak HTML, CSS i JavaScript. W nowoczesnych aplikacjach ponadto często wykorzystuje się frameworki i biblioteki ostatniego z wymienionych języków, takie jak React, Angular czy Vue.js.

Architektura aplikacji webowej składa się także z warstwy logiki biznesowej, a więc back-endu. Składają się na nią reguły niezbędne do przetwarzania danych aplikacji. Odpowiada za przetwarzanie zapytań od klienta, komunikację z bazą danych i inne zewnętrzne usługi oraz zwracanie odpowiednich wyników. Może być zbudowana w różnych językach programowania, takich jak JavaScript (Node.js), Python, Ruby, Java czy .NET.

Bardzo istotna warstwa aplikacji webowej to także warstwa danych. Jak sama nazwa wskazuje, zajmuje się przechowywaniem i zarządzaniem danymi, wykorzystując do tego różne systemy baz danych: relacyjne (np. MySQL, PostgreSQL) lub nierelacyjne (np. MongoDB, Cassandra).

Oprócz trzech kluczowych warstw, opisanych powyżej, często pojawia się także m.in. warstwa aplikacyjna (służąca jako pośrednik między front-endem a back-endem), a także warstwa bezpieczeństwa.

Architektura aplikacji webowych — jakie czynniki wpływają na jej poprawność?

Przede wszystkim trzeba powiedzieć, że nie ma czegoś takiego, jak idealna architektura aplikacji webowych, którą każde oprogramowanie powinno stosować. Okoliczności, w tym przede wszystkim funkcje i cel aplikacji, są bardzo różnorodne, więc ciężko o jeden gotowy wzór, który zawsze się sprawdza. 

Można jednak wskazać kilka kluczowych aspektów i dobrych praktyk, które dobrze mieć na uwadze, planując architekturę oprogramowania. Omówimy je poniżej. Wcześniej jednak trzeba podkreślić, że między niektórymi z wymienionych czynników mogą pojawić się tarcia i napięcia. Skupienie się na którymś z nich w stu procentach może utrudnić lub uniemożliwić pełną realizację innego kryterium — trzeba więc zachować pewien balans i być otwartym na kompromisy.

Najbardziej istotne czynniki, które należy brać pod uwagę, oceniając poprawność architektury aplikacji internetowych, to:

• skalowalność: architektura powinna być zaprojektowana tak, aby łatwo radzić sobie ze wzrostem liczby użytkowników, transakcji i danych;
• wydajność: opiera się na minimalizowaniu opóźnienia i maksymalizowaniu szybkości przetwarzania. Obejmuje efektywne zarządzanie zasobami, optymalizację bazy danych i szybką obsługę żądań użytkowników;
• bezpieczeństwo: bezpieczna architektura aplikacji chroni dane użytkowników i systemu przed nieautoryzowanym dostępem i atakami. Składa się na nią m.in. autoryzacja, szyfrowanie danych i ochrona przed atakami typu SQL Injection, Cross-Site Scripting (XSS);
• testowalność: testowanie komponentów aplikacji, zarówno automatycznie, jak i manualnie, musi być proste. Dbałość o testowalność pomaga szybciej wykrywać i naprawiać błędy;
• utrzymanie i rozwój: należy ułatwić wprowadzanie zmian, aktualizacji i dodawanie nowych funkcji, m.in. poprzez modularność aplikacji. Ważne jest także, aby kod był napisany w przejrzysty sposób, z dobrze zdefiniowanymi interfejsami i modułami.

Oprócz tego w kontekście jakości architektury aplikacji webowych niekiedy wymienia się zgodność z aktualnymi standardami i technologiami, kwestię dostępności i niezawodności, a także integrację i kompatybilność.

Jakie są typy architektury aplikacji webowych?

Chociaż twórcy architektury aplikacji webowych mają pod wieloma względami dużą swobodę, jest kilka najpopularniejszych typów architektury, które warto znać i rozważyć. 

Każdy z nich ma swoje wady i zalety, w związku z którymi w określonych okolicznościach będzie przydatny, a w innych niekoniecznie. Dobór rodzaju architektury aplikacji powinien więc być przemyślany i oparty na realnych potrzebach firmy.

Architektura monolityczna

W przypadku architektury monolitycznej wszystkie komponenty aplikacji (interfejs użytkownika, logika biznesowa, baza danych) są zintegrowane w jednym, dużym systemie.

To prosta w rozwoju i wdrożeniu architektura aplikacji, ale może być trudna w utrzymaniu i skalowaniu w miarę rozwoju usługi.

Architektura mikrousług (microservices)

Aplikacja jest podzielona na mniejsze, niezależne mikrousługi, które komunikują się między sobą za pomocą lekkich mechanizmów, takich jak HTTP/REST.

Architektura mikrousług ułatwia skalowanie, utrzymanie i szybkie wdrażanie nowych funkcji, ale wymaga bardziej skomplikowanego zarządzania i monitorowania.

Architektura Serverless

W tym typie architektury aplikacji deweloperzy koncentrują się na pisaniu kodu funkcji, które są uruchamiane w środowisku zarządzanym przez dostawcę chmury.

Takie rozwiązanie zmniejsza obciążenie związane z zarządzaniem infrastrukturą, ale może wprowadzać ograniczenia związane z czasem wykonania i zależnościami.

Architektura aplikacji webowej oparta na API (API-First)

Przy zastosowaniu takiej architektury aplikacji webowej, rozwój oprogramowania zaczyna się od zaprojektowania API. 

Front-end i back-end komunikują się głównie przez dobrze zdefiniowane interfejsy API, co ułatwia integrację z różnymi klientami (np. web, mobilnymi) i zewnętrznymi usługami.

Single-Page Applications (SPA)

Jak sugeruje już ich nazwa, SPA, czyli Single-Page Applications, to jednostronicowe aplikacje webowe. Są to więc aplikacje, które ładują cały kod (HTML, CSS, JavaScript) przy pierwszym żądaniu, a następnie dynamicznie aktualizują treść, komunikując się z serwerem w tle.

Zapewniają płynne doświadczenie użytkownika, ale mogą mieć problemy z SEO i początkowym czasem ładowania.

Multi-Page Applications (MPA)

Multi-Page Applications w zakresie swojej architektury są przeciwieństwem opisanych powyżej SPA. W MPA każda strona aplikacji jest ładowana z serwera jako nowa strona HTML. Oznacza to, że przy każdym przejściu do nowej sekcji lub strony, przeglądarka użytkownika odświeża całą stronę i ładuje nowy dokument HTML.

Jest to tradycyjny model stosowany w tworzeniu stron internetowych, gdzie każda strona ma swój własny adres URL. MPA mogą być odpowiednie dla dużych aplikacji internetowych z dużą ilością treści i różnorodnych funkcji, gdzie oddzielenie stron może pomóc w organizacji i zarządzaniu treścią.

Mają jednak także swoje słaby strony: każde przeładowanie strony wymaga dodatkowego czasu i przesyłania danych. Ponadto rozwój i konserwacja w przypadku tej architektury aplikacji internetowych mogą być bardziej złożone i czasochłonne, zwłaszcza gdy oprogramowanie jest rozwijane i staje się bardziej skomplikowane.

Właściwa architektura aplikacji webowych — dlaczego jest taka ważna?

Co wypada jeszcze raz podkreślić, architektura aplikacji webowej będzie różniła się pomiędzy różnymi projektami — to naturalne. Nie ma więc jednego ścisłego schematu, który można skopiować i mieć pewność, że wszystko będzie prawidłowo funkcjonowało, czyli dobrze wyglądało, wydajnie działało, a także gwarantowało bezpieczeństwo aplikacji webowych. Nie zmienia to faktu, że warto stosować się do powyżej opisanych dobrych praktyk.

Niewłaściwa architektura aplikacji internetowych może prowadzić do licznych problemów i zagrożeń. Jeśli będzie nieefektywna lub zbyt skomplikowana, zwiększy czas i koszty związane z utrzymaniem i rozwijaniem oprogramowania, a także utrudni wprowadzanie zmian. Trzeba się także liczyć z wolnym ładowaniem się strony i opóźnieniami w odpowiedziach serwera, co z kolei wpływa negatywnie na doświadczenia użytkowników.

Nie można zapomnieć o kwestiach bezpieczeństwa: nieprawidłowa architektura może wiązać z lukami bezpieczeństwa, które sprawią, że aplikacja będzie podatna na ataki hakerskie, wycieki danych i inne zagrożenia. 

Inne potencjalne konsekwencje uchybień przy opracowywaniu architektury aplikacji to między innymi:

• trudności w testowaniu i zapewnieniu odpowiednio wysokiej jakości oprogramowania,
• zła integracja z innymi systemami,
• problemy z dostępnością i niezawodnością,
• utrudnienia w zakresie skalowania aplikacji.

Mając na uwadze powyższe kwestie, dbałość o właściwą architekturę aplikacji webowych powinna być priorytetem dla twórców oprogramowania, a także dla firm, które zlecają jego wykonanie. Mamy nadzieję, że udało nam się dostarczyć Wam solidną dawkę wiedzy w tym zakresie!