Softwarearchitekt: Stratege hinter den Kulissen

Architektonische Grundsätze dienen als Grundlage für die Entscheidungsfindung bei der Systemgestaltung. Sie bieten eine Reihe von Werten und Standards, die die Ausrichtung an organisatorischen Zielen und Best Practices sicherstellen und Architekten durch die Komplexität der Systemarchitektur führen.

Die allgemeinen und bekannten Systementwurfsprinzipien sind:

• Trennung von Zuständigkeiten
• Modularität
• Lose Kopplung
• Hohe Kohäsion

Für die objektorientierte Softwareentwicklung wurden die 5 formuliert:

• Single Responsibility: Jede Klasse sollte genau eine Verantwortung haben und sich nicht um mehrere Aufgaben kümmern.
• Open-Closed: Eine Klasse sollte offen für Erweiterungen sein, aber geschlossen für Änderungen. Dies ermöglicht die Hinzufügung neuer Funktionalität ohne die Änderung des bestehenden Codes.
• Liskov Substitution: Eine Unterklasse sollte anstelle der Oberklasse verwendet werden können, ohne dass dies den Funktionszusammenhang beeinträchtigt.
• Interface Segregation: Eine Schnittstelle sollte nicht zu breit sein, sondern sich auf eine bestimmte Gruppe von Klassen konzentrieren, die sie implementieren.
• Dependency Inversion: Eine Klasse sollte nicht direkt abhängig von einer anderen Klasse sein, sondern über eine Schnittstelle oder ein Interface kommunizieren.

Gerade bei komplexen Systemen ist es eine große Herausforderung die Dinge einfach zu halten. Man neigt eventuell schnell dazu, sich in Details zu verlieren und übermäßig komplizierte Lösungen zu entwickeln. Das erinnert uns daran, dass die einfachste Lösung oft die beste ist: Keep it simple stupid.

Die Beherrschung dieser genannten Prinzipien ermöglicht es Architekten, während des gesamten Lebenszyklus der Softwareentwicklung fundierte Entscheidungen zu treffen.

Architekturmuster sind quasi Blaupausen für die Strukturierung von Softwaresystemen. Sie bieten bewährte Lösungen für wiederkehrende Architekturprobleme. Die Designprinzipien helfen uns dabei, diese Muster effektiv umzusetzen. Ein umfassendes Verständnis der verschiedenen Architekturmuster und -stile ist für Architekten unerlässlich. Dieses Wissen hilft nicht nur beim Aufbau des Softwaresystems, sondern auch bei der Navigation durch die verschiedenen Phasen des Softwareentwicklungsprozesses (Software Development Life Cycle), wie z. B. Anforderungserfassung, Analyse, Design, Implementierung, Test, Bereitstellung und Wartung.

Die Verwendung von Architektur-Entscheidungsprotokollen (Architecture Decision Records, ADRs) ist eine wertvolle Praxis zur Dokumentation von Architekturentscheidungen. Dieser Prozess fördert die Transparenz und die systematische Entscheidungsfindung und ermöglicht es den Architekten, ihre Entscheidungen zu überprüfen und zu überarbeiten, während sich die Software weiterentwickelt.

Architekten müssen sich auch auf Skalierbarkeit und Leistung konzentrieren, um sicherzustellen, dass sich die Systeme an unterschiedliche Belastungen anpassen können und die Funktionalität erhalten bleibt. Wenn Projekte wachsen, ist eine kontinuierliche Auswertung des Feedbacks zur Leistung einer Anwendung erforderlich, um die Auswirkungen der architektonischen Entscheidungen auf die Benutzererfahrung und die Systemeffizienz zu ermitteln.

Für moderne Softwarearchitekten ist ein fundiertes Wissen über Cloud Computing unerlässlich. Die Vertrautheit mit Plattformen wie Amazon Web Services (AWS), Microsoft Azure und Google Cloud Platform (GCP) ermöglicht es Architekten, Cloud-native Anwendungen zu entwickeln, die Serverless Computing nutzen und hohe Verfügbarkeit und Skalierbarkeit gewährleisten. Tools wie Infrastructure as Code (IaC) verbessern die Fähigkeit des Architekten, die Infrastruktur effizient zu verwalten und bereitzustellen.

Die Sicherheit eines Softwaresystems ist eines der wichtigsten Qualitätsmerkmale. Sie sollte daher von Anfang an in den Designprozess integriert werden, anstatt sie erst nachträglich zu berücksichtigen (Security by Design).

Die CIA-Triade ist ein weltweit anerkanntes Sicherheitsmodell, das IT-Sicherheitsrichtlinien innerhalb einer Organisation leitet und als Allzweckwerkzeug für sicheres Design dient. Es definiert drei wichtige Ziele für die Schutzmaßnahmen von Daten und Systemen:

• Vertraulichkeit (Confidentiality): Daten sollten geheim und vor unbefugten Zugriffen geschützt werden.
• Integrität (Integrity): Daten sollten unverändert und unverfälscht bleiben, um ihre Gültigkeit und Zuverlässigkeit zu garantieren.
• Verfügbarkeit (Availability): Daten und Systeme sollten jederzeit und für legitime Zwecke zugänglich und verfügbar sein.

Das Thread Modeling ist ein strukturiertes Vorgehen, um potenzielle Bedrohungen und Schwachstellen in Software-Anwendungen zu identifizieren und zu priorisieren. Es umfasst die Analyse von Angriffsvektoren, möglichen Angreifern, ihren Motiven und den Methoden, die sie verwenden, um Schwachstellen auszunutzen. Dieser Prozess hilft Architekten, potenzielle Bedrohungen zu verstehen und geeignete Sicherheitsmaßnahmen zu ergreifen.

Sicherheit wird immer als ein "Querschnittsanliegen" betrachtet, das mehrere Bereiche des Systems betrifft. Dies bedeutet, dass Sicherheitsmaßnahmen nicht nur auf einzelne Komponenten beschränkt sein sollten, sondern auf das gesamte System angewendet werden müssen. Softwarearchitekten sollten sich über aktuelle Sicherheitsbedrohungen und Best Practices auf dem Laufenden halten und diese Kenntnisse in ihre Designs einfließen lassen.

Modellierungs- und Diagrammwerkzeuge spielen ihre entscheidende Rolle bei der Visualisierung der Systemarchitektur. Werkzeuge wie UML (Unified Modeling Language) und BPMN (Business Process Model and Notation) helfen Architekten bei der Erstellung klarer Darstellungen ihrer Entwürfe, was die Kommunikation mit Interessengruppen und Teammitgliedern verbessert. Diese visuellen Hilfsmittel sind unverzichtbar, wenn es darum geht, komplexe Systeme in einem verständlicheren Format darzustellen, so dass sich die Teammitglieder auf bestimmte Aspekte konzentrieren können, die für ihre Arbeit relevant sind.

Versionskontrollsysteme wie Git sind von grundlegender Bedeutung für die Softwareentwicklung und ebenso wichtig für die Softwarearchitektur. Sie ermöglichen es Architekten, Änderungen zu verwalten, mit anderen zusammenzuarbeiten und die Entwicklung von Architekturentwürfen im Laufe der Zeit zu verfolgen. Durch die Erleichterung der Verwaltung gleichzeitiger Änderungen trägt die Versionskontrolle zur Vermeidung von Konflikten und Inkonsistenzen bei und gewährleistet, dass alle Änderungen an der Architektur koordiniert und angemessen dokumentiert werden.

API-Design-Tools, einschließlich Swagger und OpenAPI, werden verwendet, um APIs zu dokumentieren und zu entwerfen, die konsistent und klar sind und eine nahtlose Interaktion zwischen Systemkomponenten fördern. Diese Tools helfen bei der Definition, wie verschiedene Teile eines Softwaresystems miteinander kommunizieren, was für die Integration und Funktionalität entscheidend ist.

Achten Sie beim Entwurf der API auf die Möglichkeit einer : Dann können neue Funktionalitäten parallel zu bestehenden Methoden existieren und die Nutzer der API können mit unterschiedlichen Clientversionen darauf zugreifen.

Zusätzlich zu den Modellierungswerkzeugen setzen Architekten Design- und Analysewerkzeuge ein, um Architekturentwürfe zu entwickeln und Leistungsmetriken zu bewerten. Diese Werkzeuge helfen dabei, strategische Entscheidungen in Bezug auf Entwurfsmuster, Skalierbarkeit und potenzielle Engpässe zu treffen und tragen so zur allgemeinen Robustheit der Architektur bei.

Ein iterativer Ansatz ist im Zusammenhang mit dem Einsatz von Architekturwerkzeugen von Vorteil. Diese Praxis beinhaltet die Verwendung dieser Werkzeuge des Projektlebenszyklus - nicht nur während des anfänglichen Entwurfs - um die Architektur kontinuierlich zu aktualisieren und zu verfeinern, wenn sich die Projektanforderungen weiterentwickeln. Diese Flexibilität ermöglicht es den Architekten, sich an Änderungen anzupassen, Feedback einzubeziehen und sicherzustellen, dass die Architektur mit den Geschäftszielen im Einklang bleibt.

Die Integration von Architekturwerkzeugen über den gesamten Entwicklungszyklus hinweg fördert die Kommunikation und Zusammenarbeit zwischen Teammitgliedern und Stakeholdern. Zusätzlich wird so sichergestellt, dass der IST-Stand und die Dokumentation im Einklang sind. Die mit diesen Werkzeugen erstellten visuellen Darstellungen helfen dabei, komplexe Ideen effektiver zu vermitteln, was zu einer verbesserten Entwurfsqualität und Abstimmung innerhalb des Entwicklungsteams führt.