Ohjelmistot ovat läsnä kaikkialla. Yrityksille, jotka haluavat kehittää omia ohjelmistojaan, käsitteiden ymmärtäminen on tärkeää. Yksi näistä peruskäsitteistä on ohjelmistoarkkitehtuuri. Mutta mitä ohjelmistoarkkitehtuuri oikein on?

Ohjelmistoala on pitkään kamppaillut ohjelmistoarkkitehtuurin tarkan määritelmän kanssa. On olemassa kuuluisa lainaus tietojenkäsittelytieteen professorilta ja kirjailijalta Ralph Johnsonilta, jota käytetään usein ohjelmistoarkkitehtuurin kuvaamiseen: ”Architecture is about the important stuff…whatever that is.” Mielestäni tämä on todennäköisesti tarkin vastaus, jonka voi antaa, vaikka onkin varsin epämääräinen. Tarkastellaan ohjelmistoarkkitehtuurin eri näkökulmia, voidaksemme avata tätä ajatusta hieman tarkemmin.

Ohjelmistoarkkitehdin rooli kattaa laajan vastuualueen, joka kasvaa ja muuttuu jatkuvasti. Aiemmin rooli keskittyi vain ohjelmistokehityksen teknisiin osa-alueisiin, kuten komponentteihin ja rakenteisiin, mutta arkkitehtuurityylien ja ohjelmistokehityksen yleinen kehittyminen on laajentanut myös ohjelmistoarkkitehdin tehtäviä. Jatkuvasti muuttuvat ja kehittyvät arkkitehtuurityylit, kuten mikropalvelut, tapahtumiin pohjautuva arkkitehtuuri ja jopa tekoälyn hyödyntäminen, vaativat arkkitehdilta laajempaa näkemystä ja osaamista. Näin ollen vastaus kysymykseen ”Mitä on ohjelmistoarkkitehtuuri?” muuttuu jatkuvasti. Mikä tahansa nyt annettu määritelmä on pian vanhentunut.

Ohjelmistokehityksessä muutos on ainoa pysyvä asia. Uusia teknologioita ja toimintatapoja syntyy lähes päivittäin. Vaikka ohjelmistoarkkitehtien ympärillä oleva maailma muuttuu jatkuvasti, meidän on sopeuduttava ja pystyttävä tekemään päätöksiä alati muuttuvassa ympäristössä.

Yleisesti ottaen ohjelmistoarkkitehtuuria kutsutaan usein järjestelmän suunnitelmaksi tai tiekartaksi sen kehittämiseen. Mielestäni vastaus löytyy näistä määritelmistä, mutta on tärkeää ymmärtää, mitä suunnitelma tai tiekartta todella sisältää ja miksi tietyt päätökset on tehty, jotta voidaan puhua koko ohjelmistoarkkitehtuurin ymmärtämisestä.

Mitä ohjelmistoarkkitehtuuri tarkoittaa?

Ymmärtääksemme todella, mitä ohjelmistoarkkitehtuuri sisältää tai mitä tulisi analysoida tarkasteltaessa olemassa olevaa arkkitehtuuria, pidän hyödyllisenä tapana ajatella ohjelmistoarkkitehtuuria neljän tekijän yhdistelmänä: järjestelmän rakenne, arkkitehtuurin ominaispiirteet, arkkitehtuuripäätökset ja suunnitteluperiaatteet.

Järjestelmän rakenne viittaa siihen, millaista arkkitehtuuria ohjelmistossa käytetään, kuten esimerkiksi monoliittiä, kerrosarkkitehtuuria, mikropalveluita tai jotakin muuta, joka soveltuu käsillä olevaan tapaukseen. Pelkkä järjestelmän rakenteen kuvaaminen ei kuitenkaan anna kattavaa kuvaa koko ohjelmistoarkkitehtuurista. Kokonaiskuvan saamiseksi järjestelmän arkkitehtuurista ja sen vaatimuksien ymmärtämiseksi tarvitaan myös tietoa muista ohjelmistoarkkitehtuurin tekijöistä.

Arkkitehtuurin ominaispiirteet ovat ohjelmistoarkkitehtuurin osa-alueita, jotka vaativat huolellista harkintaa järjestelmän kokonaisarkkitehtuuria suunniteltaessa. Mitkä ovat ne asiat, joihin ohjelmiston on kyettävä, mutta jotka eivät suoraan liity toiminnallisiin vaatimuksiin? Näitä kutsutaan usein ei-toiminnallisiksi vaatimuksiksi, sillä ne eivät suoraan koske järjestelmän toiminnallisuutta, mutta ovat välttämättömiä sen käytön kannalta. Tällaisia ovat esimerkiksi saatavuus, skaalautuvuus, turvallisuus ja viansietokyky.

Seuraava palanen on arkkitehtuuripäätökset. Kuten nimi viittaa, nämä päätökset määrittelevät säännöt, joiden mukaan järjestelmä tulee rakentaa ja mitä siinä sallitaan ja mitä ei. Arkkitehtuuripäätökset rajaavat puitteet kehitystiimin työskentelylle ja kehitystyöhön liittyvien päätösten teolle. Yksinkertainen esimerkki voisi olla rajoitus, jonka mukaan eri palvelut eivät voi olla suoraan yhteydessä tietokantaan, vaan niiden on hyödynnettävä rajapintaa datan hakemiseksi. Koska muutos on jatkuvaa, näitä sääntöjä tullaan ja pitääkin haastaa. Keskeistä on kuitenkin tehdä huolellinen harkinta kunkin ratkaisun hyvistä ja huonoista puolista ennen arkkitehtuuripäätöksiin tehtäviä muutoksia.

Ohjelmistoarkkitehtuurin viimeinen tekijä on suunnitteluperiaatteet. Näitä voidaan ajatella kehitystyötä ohjaavina suuntaviivoina, ei ehdottomina sääntöinä. Esimerkiksi jos arkkitehtuuripäätöksessä ei voida ottaa huomioon kaikkia tilanteita tai tapauksia, suunnitteluperiaate voi toimia suositeltuna toimintatapana, mikä jättää lopullisen päätöksen kehittäjälle kyseisessä tilanteessa.

Miksi ohjelmistoarkkitehtuuri on tärkeää?

Se riippuu tilanteesta. Kaikki päätökset ohjelmistoarkkitehtuurissa on kompromisseja, minkä vuoksi vastaus jokaiseen arkkitehtuurikysymykseen on aina ”se riippuu tilanteesta.” Et voi (tai no, ainakaan ei pitäisi) etsiä Googlesta vastausta siihen, onko mikropalveluarkkitehtuuri oikea valinta projektiisi, koska vastaus riippuu monista tekijöistä. Se riippuu ohjelmistolle asetetuista lähtösuunnitelmista, liiketoimintatarpeista, käytettävissä olevasta budjetista, aikamääreistä, käytettävissä olevien kehittäjien osaamisesta ja monista muista seikoista. Jokainen arkkitehtuuritapaus on ainutlaatuinen ja jokaisessa on omat erityiset haasteensa. Tämä tekee ohjelmistoarkkitehtuurista niin vaikeaa. Kaikki nämä tekijät on otettava huomioon arkkitehtuuria suunniteltaessa, ja jokaisessa ratkaisussa on arvioitava kunkin vaihtoehdon hyviä ja huonoja puolia, jotta löydetään paras ratkaisu juuri kyseiseen tapaukseen.

Arkkitehdit tekevät yleensä yhteistyötä liiketoiminta- tai toimialavaatimusten määrittämiseksi yhdessä aihealueasiantuntijoiden kanssa, mutta yksi tärkeimmistä lopputuloksista on määrittää ne ohjelmiston vaatimukset, jotka eivät liity suoraan sen toiminnallisuuteen, eli aiemmin mainitut arkkitehtuurin ominaispiirteet.

Yleisesti ottaen ei ole järkevää yrittää maksimoida jokaista ominaispiirrettä järjestelmän suunnittelussa, vaan tunnistaa ja keskittyä olennaisimpiin. Ohjelmistosovellukset voivat yleensä painottaa vain muutamaa ominaisuutta, sillä ne vaikuttavat usein toisiinsa. Esimerkiksi datan eheyden varmistaminen voi heikentää saatavuutta; joissakin tapauksissa on tärkeää näyttää varmasti oikeaa tietoa, vaikka se tarkoittaisi, että osa sovelluksesta ei olisi aina saatavilla. Lisäksi jokaisen ominaisuuden priorisoiminen lisää järjestelmän suunnittelun monimutkaisuutta, mikä jo itsessään pakottaa tekemään kompromisseja eri osa-alueiden välillä.

Arkkitehtuurisuunnittelu perustuu eri lähestymistapojen välisiin kompromisseihin. Sen määrittäminen, mitkä ratkaisut ovat optimaalisia kuhunkin tapaukseen, sekä ymmärrys siitä, miksi sovellukset tulisi rakentaa tietyllä tavalla ja mitä se tarkoittaa, tekee ohjelmistoarkkitehtuurista niin arvokasta.

Arkkitehtuurimallit

Ohjelmiston suunnittelussa käytettävissä olevia arkkitehtuurimalleja on valtavasti, joista jokaisella on omat vahvuutensa ja heikkoutensa. Yleisimpiä tyyppejä ovat muun muassa:

Monoliittinen arkkitehtuuri: Yhtenäinen koodikanta, jossa kaikki komponentit ovat tiiviisti integroituja. Sen kehittäminen on aluksi helpompaa, mutta useimmiten muodostuu taakaksi ohjelmiston kasvaessa. Vaikka kehitys ja käyttöönotto on suoraviivaista, ylläpito voi olla haastavaa sovelluksen laajentuessa, sillä jopa pienet muutokset saattavat vaatia koko järjestelmän muutosta.

Mikropalveluarkkitehtuuri: Ohjelmisto jaetaan usein pieniin, itsenäisiin palveluihin, jotka kommunikoivat keskenään tarvittaessa. Jokainen palvelu hoitaa tietyn tehtävän ja niitä voidaan kehittää, ottaa käyttöön ja skaalata erikseen. Tämä arkkitehtuurimalli tarjoaa hyvän skaalautuvuuden ja joustavuuden, mutta edellyttää huolellista palveluiden välisen kommunikaation hallintaa ja lisää järjestelmän monimutkaisuutta sen kasvaessa.

Kerrosarkkitehtuuri: Perinteinen lähestymistapa, jossa järjestelmä jaetaan eri kerroksiin, kuten esitys-, logiikka- ja tietomallikerrokseen. Jokainen kerros hoitaa tiettyjä tehtäviä, mikä tekee järjestelmästä helpommin hallittavan ja testattavan. Tämä malli voi kuitenkin olla haastava toteuttaa nopeasti kehittyvissä ja monimutkaisissa järjestelmissä.

Tapahtumapohjainen arkkitehtuuri: Keskittyy reagoimaan tapahtumiin (esim. käyttäjän toiminnot, tietojen päivitykset), ja se on hyvä ratkaisu järjestelmissä, joiden on oltava reaktiivisia käyttäjän toimille. Se mahdollistaa skaalautuvuuden ja lähes reaaliaikaiset toiminnot, mutta edellyttää tapahtumavirtojen huolellista suunnittelua mahdollisten ongelmakohtien löytämiseksi ja tietojen eheyden varmistamiseksi.

Serverless-arkkitehtuuri: Pilvipohjainen lähestymistapa, jossa sovellus on saatavilla tarpeen mukaan ilman itse ylläpidettäviä palvelimia. Tällä lähestymistavalla voidaan vähentää operatiivisia kustannuksia ja yksinkertaistaa skaalausta, mutta se tekee sovelluksen vahvasti riippuvaiseksi kolmansien osapuolten pilvipalveluntarjoajista, mikä voi johtaa ongelmiin palveluntarjoajaa vaihdettaessa.

Jokainen arkkitehtuurimalli pitää sisällään kompromisseja, ja paras valinta riippuu liiketoiminnan tavoitteista, kehitystiimin resursseista, aikatauluista, budjetista ja monista muista tekijöistä. Esimerkiksi startupit voivat valita monoliitin tai serverless-arkkitehtuurin mahdollistamaan kehitystyön nopeuden ja yksinkertaisuuden, kun taas suuret yritykset saattavat suosia mikropalveluja monimutkaisten ja laajamittaisten järjestelmien hallintaan.

Mahdollisuudet ja haasteet

Mahdollisuudet

Hyvin suunniteltu ohjelmistoarkkitehtuuri avaa monia mahdollisuuksia liiketoiminnallesi:

• Räätälöidyt ratkaisut: Ohjelmisto voidaan mukauttaa vastaamaan yksilöllisiä tarpeita ja muuttuvia vaatimuksia. Esimerkiksi modulaarinen arkkitehtuuri mahdollistaa uusien ominaisuuksien lisäämisen tai päivittämisen ilman, että koko järjestelmää tarvitsee muuttaa.
• Nopeampi tuotteen julkaisu: Arkkitehtuurimallit, kuten mikropalvelut, mahdollistavat nopeat käyttöönottojaksot ja iteratiiviset parannukset. Tämä auttaa yrityksiä tuomaan uusia ominaisuuksia markkinoille nopeasti ja pysymään kilpailijoiden edellä.
• Integraatio: Saumaton yhteensopivuus muiden työkalujen, alustojen ja rajapintojen (API) kanssa. Tämä on erityisen tärkeää yrityksille, jotka haluavat integroitua kolmansien osapuolten palveluihin, kuten maksujärjestelmiin, asiakkuudenhallintajärjestelmiin (CRM) tai analytiikka-alustoihin.
• Innovaatio: Oikeanlaisella arkkitehtuurilla yritys voi kokeilla uusia teknologioita, kuten tekoälyä, ja integroida niitä olemassa oleviin järjestelmiin ilman suuria häiriöitä.
• Tiimin asiantuntemus: Hyvin suunniteltu arkkitehtuuri, joka sopii kehitystiimin osaamiseen, helpottaa kehitystyötä, uusien työntekijöiden perehdytystä ja laadukkaan tuotteen julkaisua.

Haasteet

On kuitenkin myös haasteita, jotka on syytä ottaa huomioon:

• Alkuvaiheen hitaus: Hyvin suunnitellun arkkitehtuurin kehittäminen vaatii asiantuntemusta ja aikaa. Tiimin on ennakoitava tulevaisuuden tarpeet samalla kun varmistetaan nykyisten vaatimusten täyttyminen, mikä voi olla haastavaa ilman kokemusta.
• Kustannukset: Arkkitehtuurisuunnitteluun tehtävä alkuinvestointi voi olla merkittävä, mutta pitkällä aikavälillä se on usein kannattavaa. Kustannuksiin sisältyvät kokeneiden arkkitehtien palkkaaminen, tarvittavien työkalujen hankinta sekä mahdolliset viivästykset projektin aikataulussa suunnitteluvaiheen aikana.
• Teknologian kehitys: Teknologiaympäristö muuttuu nopeasti, ja yritysten on varmistettava, ettei valittu arkkitehtuuri muutu yhteensopimattomaksi tulevien innovaatioiden kanssa.
• Tiimin asiantuntemus: Monimutkaisten arkkitehtuurien, kuten mikropalvelujen tai tapahtumapohjaisten järjestelmien, toteuttaminen voi vaatia erikoisosaamista. Ilman asianmukaista koulutusta tai osaavan henkilöstön rekrytointia tiimi voi kohdata vaikeuksia laadukkaan tuotteen toimittamisessa.

Työskentelemällä kokeneiden kehittäjien tai konsulttien kanssa ja tarkastelemalla arkkitehtuuripäätöksiä säännöllisesti näitä haasteita voidaan lieventää. Oikea lähestymistapa varmistaa, että ohjelmistosi pysyy tukevana, mutta kuitenkin mukautuvana ja on linjassa pitkän aikavälin tavoitteidesi kanssa.

Yhteenveto

Ohjelmistoarkkitehtuuria kuvataan usein järjestelmän rakennesuunnitelmana tai kehityksen tiekarttana. Näistä määritelmistä löytyy usein vastaus, mutta on tärkeää ymmärtää, mitä tämä suunnitelma tai tiekartta todella sisältää ja miksi tietyt päätökset on tehty. ”Miksi” on tärkeämpää kuin ”miten”.

Vaikka ohjelmistoarkkitehtuurin tarkka määrittely on haastavaa, sitä voidaan tarkastella neljän keskeisen tekijän yhdistelmänä: järjestelmän rakenne, arkkitehtuurin ominaispiirteet, arkkitehtuuripäätökset ja suunnitteluperiaatteet.

Kaiken kaikkiaan arkkitehtuurisuunnittelu on erilaisten lähestymistapojen kompromissien arviointia. Se, että ymmärtää, miksi sovellukset tulisi rakentaa tietyllä tavalla ja mitä se tarkoittaa, tekee ohjelmistoarkkitehtuurista niin arvokasta.