معماری مونولیتیک، یک مدل سنتی و یکپارچه برای طراحی نرم افزار می باشد. کلمه «Monolithic» در این زمینه به معنی «تشکیل شده از یک قطعه واحد» است. طبق فرهنگ لغت کمبریج، صفت «Monolithic» به معنای «بسیار بزرگ» و «غیر قابل تغییر» نیز می باشد.
برخلاف نرم افزارهای modular که اجزای آنها وابستگی کمی به هم دارند، نرم افزار Monolithic یکپارچه طراحی شده و اجزای آن به یکدیگر بسیار وابسته هستند. در معماری مونولیتیک وجود تمامی اجزا و نیازمندی های آنها برای کامپایل شدن، اجرای کد و در نهایت کل نرم افزار، ضروری است.
نرم افزارهای مونولیتیک تک-لایه هستند، به این معنی که اجزای مختلف در قالب یک برنامه بزرگ با هم ترکیب شدهاند. در نتیجه، آنها معمولا کدبیس (codebase) های حجیمی دارند که مدیریت آن میتواند به مرور پیچیده شود.
تصویر(1)
همچنین اگر نیاز به بروزرسانی یک جزء از برنامه باشد، ممکن است سایر اجزا نیز نیاز به بازنویسی داشته باشند و در نتیجه کل نرم افزار باید دوباره کامپایل و تست شود. این فرآیند میتواند زمانبر باشد و سرعت تیمهای توسعه نرم افزار را محدود کند. با وجود مشکلات مذکور، این رویکرد هنوز به دلیل مزایایی که دارد مورد استفاده قرار میگیرد. همچنین، بسیاری از نرم افزارها به صورت مونولیتیک توسعه یافتهاند، بنابراین زمانی که این نوع نرم افزارها هنوز در حال استفاده هستند و نیاز به بروزرسانی دارند، نمیتوان این رویکرد را کاملاً نادیده گرفت.
درک معماری مونولیتیک با یک مثال
برای درک بهتر معماری مونولیتیک، یک نرم افزار بانکداری را در نظر بگیرید. این نرم افزار ابتدا کاربران را احراز هویت میکند، آنها را وارد حساب کاربریشان نموده و این امکان را فراهم می کند تا انتقال وجه آنلاین به حسابهای دیگر داشته باشند. در فرآیند مذکور، چندین جزء وجود دارد. از جمله این بخش ها می توان به رابط کاربری، سرویسهای احراز هویت کاربر، دانلود صورتحساب، انتقال وجه و... اشاره کرد.
در صورتی که برنامه از یک معماری مونولیتیک استفاده کند، کل برنامه به صورت یکپارچه ساخته و اجرا میشود، فارغ از اینکه کاربر چگونه آن را به کار گیرد. بنابراین، تمام اجزاء و ماژولهای مختلف مستقیما به یکدیگر متصل هستند. همچنین ممکن است از یک سیستم مدیریت پایگاه داده رابطهای به عنوان تنها منبع داده استفاده نماید. در نهایت، اگر برای هر یک از اجزاء نیاز به تغییر باشد، تغییرات کد روی سایرین نیز ضروری خواهد بود.
اجزای کلیدی نرم افزارهای مونولیتیک
در معماری نرمافزارهای مونولیتیک، اجزای کلیدی شامل موارد زیر است:
تصویر(2)
- رابط کاربری (UI): بخشی است که کاربران به طور مستقیم با آن تعامل دارند. این رابط می تواند به صورت یک وب سایت، برنامه موبایل یا نرم افزار دسکتاپ باشد.
- منطق برنامه (Business Logic): این بخش، هسته اصلی برنامه را تشکیل می دهد و نحوه عملکرد آن را تعریف می کند. این مورد شامل قوانین، فرآیندها و الگوریتم های برنامه است.
- لایه دسترسی به داده (Data Access Layer): این بخش مسئولیت برقراری ارتباط با پایگاه داده یا سایر مکانیزمهای ذخیرهسازی اطلاعات را بر عهده دارد. این لایه شامل توابعی برای جستجو، درج، بروزرسانی و حذف دادهها است که اطمینان میدهد برنامه بتواند در صورت نیاز اطلاعات را بازیابی و تغییر دهد.
- پایگاه داده (Database): پایگاه داده، اطلاعات برنامه را به صورت ساختاریافته ذخیره میکند. این پایگاه داده میتواند بسته به نیازمندیهای برنامه، از نوع رابطهای، NoSQL و.. باشد.
- وابستگیهای خارجی (External Dependencies): برنامههای مونولیتیک ممکن است با سیستمها یا سرویسهای خارجی مانند API ها، ارائه دهندگان سرویس های احراز هویت و پیامرسانی نیز تعامل داشته باشند. این External Dependency ها، قابلیتهای اضافی برای برنامه فراهم میکنند و امکان ادغام با سیستمهای دیگر را میسر میسازند.
- میانافزار (Middleware): در برخی موارد، معماری مونولیتیک ممکن است شامل بخش میانافزار باشد که به ارتباط بین بخشهای مختلف برنامه کمک نموده یا وظایف جانبی همچون لاگگیری، امنیت و نظارت را مدیریت می نماید.
مزایای معماری مونولیتیک
با وجود چالشهایی که ذکر شد، معماری مونولیتیک در مقایسه با معماریهای جدیدتر مانند میکروسرویس، مزایای متعددی به خصوص برای پروژههای کوچک تا متوسط دارد. برخی از این مزایا در ادامه ذکر شده اند:
سادگی
- آشنایی: اکثر توسعهدهندگان با معماری مونولیتیک آشنا هستند و نیازی به یادگیری مفاهیم جدید و پیچیده نیست.
- استقرار آسان: استقرار یک برنامه مونولیتیک سادهتر است زیرا فقط یک واحد برای پیکربندی و اجرا وجود دارد.
- اشکالزدایی آسان: به دلیل یکپارچگی کد، اشکالزدایی برنامههای مونولیتیک اغلب آسانتر است.
کارایی
- عملکرد سریعتر: در برخی موارد، برنامههای مونولیتیک میتوانند به دلیل ارتباطات داخلی سریعتر بین اجزا، عملکرد سریعتری داشته باشند.
- تراکنشهای سادهتر: مدیریت تراکنشها (Transactions) در برنامه های مونولیتیک که تمامی دادهها در یک مکان هستند، آسانتر است.
توسعه
- سرعت توسعه سریعتر: با وجود سادگی و نیاز به هماهنگی کمتر بین تیمها، توسعه برنامههای مونولیتیک میتواند سریعتر باشد.
- ابزارهای بهتر: ابزارهای مختلفی برای توسعه و تست برنامههای مونولیتیک به طور گسترده در دسترس هستند.
موارد دیگر
- هزینه کمتر: برنامههای مونولیتیک به طور کلی نیازمند منابع و زیرساختهای کمتری هستند و در نتیجه هزینه پایین تری دارند.
- قابلیت اطمینان: برنامههای مونولیتیک به دلیل یکپارچگی و عدم وجود وابستگیهای خارجی، میتوانند قابلاطمینانتر باشند.
در مجموع، معماری مونولیتیک، انتخابی مناسب برای پروژههای کوچک تا متوسط میباشد که نیازمند سادگی، سرعت توسعه و کارآیی بالا هستند. با این حال، برای پروژههای بزرگتر و پیچیدهتر که نیاز به انعطافپذیری و مقیاسپذیری بیشتری دارند، ممکن است این معماری مناسب نباشد.
معایب معماری مونولیتیک
به طور کلی، معماریهای مونولیتیک دارای معایبی هستند که میتوانند توسعه و استقرار برنامه را به تاخیر بیندازند. این معایب به ویژه زمانی که پیچیدگی محصول افزایش مییابد یا تیم توسعهدهنده بزرگتر میشود، اهمیت بیشتری پیدا میکنند.
معایبی که باید قبل از انتخاب این معماری برای پروژه در نظر بگیرید عبارتند از:
پیچیدگی
- مدیریت دشوار: با بزرگ شدن کدبیس، مدیریت و نگهداری یک برنامه مونولیتیک میتواند دشوارتر شود.
- اشکالزدایی پیچیدهتر: اشکالزدایی برنامههای مونولیتیک، مخصوصا در پروژههای بزرگ، میتواند به دلیل وابستگیهای متعدد بین اجزا، چالشبرانگیز باشد.
- عدم انعطافپذیری: ایجاد تغییرات در یک بخش از برنامه مونولیتیک میتواند بر کل برنامه تأثیر بگذارد که موجب کند شدن روند توسعه می شود.
مقیاسپذیری
- مقیاسپذیری محدود: در معماری مونولیتیک، برای پشتیبانی از افزایش تقاضا و بار ترافیکی، کل برنامه باید به صورت یکپارچه ارتقا پیدا کند که این امر باعث محدودیت می شود. در معماریهای توزیعشده مانند میکروسرویس، هر بخش به صورت مستقل قابل ارتقا است و انعطافپذیری بیشتری را فراهم میکند.
- استفاده ناکارآمد از منابع: در برنامههای مونولیتیک، کل برنامه باید اجرا شود، حتی اگر فقط به بخشی از آن نیاز باشد. این مورد میتواند منجر به عدم بهینگی در استفاده از منابع گردد.
قابلیت اطمینان
- نقطه تکی شکست (Single Point of Failure) یا SPOF: در صورت بروز مشکل در یک بخش از برنامه مونولیتیک، کل برنامه ممکن است غیر فعال شود.
- استقرار دشوار: استقرار بروزرسانیها در برنامههای مونولیتیک میتواند دشوارتر باشد زیرا کل برنامه باید به طور همزمان بروزرسانی شود.
موارد دیگر
- وابستگی به یک زبان برنامهنویسی: برنامههای مونولیتیک معمولاً با یک زبان برنامهنویسی واحد نوشته میشوند که میتواند انعطافپذیری برای استفاده از فناوریهای جدید را محدود نماید.
- چالشهای تست: تست برنامههای مونولیتیک به دلیل یکپارچگی کد و وابستگیهای متعدد بین اجزا، میتواند دشوارتر باشد.
نتیجه گیری
معماری مونولیتیک به دلیل ویژگیهای مطلوبی همچون سادگی، کارایی و سرعت توسعه بالا، برای پروژههای کوچک تا متوسط مناسب میباشد. این معماری دارای محدودیتهایی از قبیل مقیاسپذیری محدود و نقطه تکی شکست (SPOF) است که آن را برای پروژههای بزرگتر و پیچیدهتر نامناسب میکند.
امروزه بسیاری از سازمانها در حال دور شدن از معماریهای مونولیتیک و پذیرش معماری مبتنی بر میکروسرویس (Microservices Architecture - MSA) هستند زیرا این نوع معماری مزایای متعددی را ارائه میدهد.