Архітектура вебзастосунків 2024: Ультимативний гайд для розробників

Все, що потрібно знати

Архітектура вебзастосунків — це високорівнева структура, що визначає, як працюватиме, функціонуватиме та масштабуватиметься ваш продукт і бізнес. На сьогодні етап вибору архітектури вебзастосунку часто є тим моментом, коли легко загубитися серед різноманіття доступних варіантів на ринку розробки програмного забезпечення. Що більше нових назв і трендів з’являється, то складніше стає ухвалити рішення.

У цій статті поговоримо детальніше про те, що таке архітектура вебзастосунків, її основні компоненти, типи й моделі, розглянемо найкращі практики та основні тренди. Сподіваємося, це допоможе вам легше орієнтуватися серед різноманіття варіантів та обрати той самий, що відповідає вашим потребам.

Що таке вебзастосунок і чому це важливо?

Почнемо з головного, і найпростішого: що таке вебзастосунок? Це клієнт-серверний застосунок, де є браузер (клієнт) і вебсервер. Логіка роботи вебзастосунку розподіляється між сервером і клієнтом, існує канал для обміну інформацією, а дані зберігаються локально або в хмарі.

Фактично, вебзастосунки — це еволюція вебсайтів, вони мають з ними багато спільного. Вебсайт відрізняється від вебзастосунку за декількома критеріями: інтерактивність, інтеграція та автентифікація. Якщо коротко, що більше налаштовуваним, інтерактивним і функціональним є вебсайт, то ближче він до того, щоб називатися вебзастосунком.

Вебзастосунки набувають популярності, адже мають суттєві переваги як для користувачів, так і для власників бізнесу:

Доступність і кросплатформність: працюють у будь-якому браузері, їх можуть використовувати на будь-якому пристрої з доступом до інтернету.
Легкість в оновленні: оновлення проводять на сервері без потреби завантажувати нові версії.
Масштабованість і гнучкість: відповідають сучасним вимогам до швидкого масштабування та персоналізації досвіду великої кількості користувачів.
Інтеграція: легко інтегруються з API та сторонніми сервісами.
Зниження витрат: вимагають більших витрат на створення, однак економічно ефективніші у подальшій підтримці та оновленнях.

Звучить, як щось, що треба було почати розробляти ще вчора, правда? Однак не поспішайте, ми ще тільки підібралися до найцікавішого.

Що таке архітектура вебзастосунків?

Архітектура вебзастосунків — це структурна основа, яка відповідає за їх проєктування і дизайн. Вона охоплює набір принципів і найкращих практик, що визначають, як різні частини застосунку працюють разом, щоб забезпечити виконання його функцій.

Простими словами, це як план, що організовує фронтенд (те, що бачать користувачі), бекенд (сервер і бізнес-логіку) і базу даних, забезпечуючи їхню безперебійну взаємодію.

Основна мета полягає в створенні єдиної та масштабованої системи, яка відповідає функціональним потребам застосунку, зважаючи також на такі фактори, як-от продуктивність, безпека та підтримка.

Компоненти архітектури вебзастосунків

Архітектура застосунків складається з кількох ключових складників, які спільно створюють структуру та функціональність застосунку:

Система доменних імен (DNS)

DNS — це адресна книга Інтернету, яка перетворює зручні для користувачів доменні імена на IP-адреси, що забезпечує надійну та ефективну ідентифікацію ресурсів.
Балансувальник навантаження

Цей компонент розподіляє вхідний трафік для оптимізації продуктивності та надійності, що дає змогу вебзастосункам впоратися з коливаннями навантаження.
Вебсервери

Вебсервери обробляють запити користувачів, виконують бізнес-логіку та взаємодіють з базами даних для створення динамічного контенту. Вони забезпечують комунікацію між браузером та бекендом.
Бази даних

Бази даних є основою вебархітектури, відповідальні за зберігання та організацію даних. Вони забезпечують ефективне зберігання, отримання та подання даних.
Сервіс кешування

Кеш (обчислення) зберігає часто запитувані дані для швидшого доступу. Це покращує продуктивність, особливо у випадках, коли обчислення є повільними.
Черга завдань (опційно)

Черга завдань дозволяє організувати обробку завдань на вебсервері, що забезпечує ефективне управління завантаженням і пріоритетами.
Сервіс повнотекстового пошуку (опційно)

Цей сервіс дає змогу виконувати ефективні текстові запити для отримання найактуальніших результатів з великих обсягів даних.
Сервіси

Зі збільшенням складності застосунків інтеграція різних сервісів стає важливою для підвищення можливостей і реактивності основного застосунку.
Сховище даних

Сучасні застосунки потребують ефективної обробки даних, що відбувається через потокову передачу і зберігання в сховищі даних для аналізу та зберігання.
CDN (мережа доставки контенту)

CDN спрощує обмін HTML, CSS, JavaScript і зображеннями, забезпечуючи швидкий доступ до контенту з найближчих серверів.

Ці компоненти архітектури вебзастосунків забезпечують безперебійну роботу й високу продуктивність вебзастосунків. За умови їх використання діаграма архітектури застосунку матиме такий вигляд:

Рівні архітектури вебзастосунків

Сьогодні більшість сучасних архітектур вебзастосунків базується на різних рівнях, які дотримуються принципу розподілу обов’язків. Зазвичай використовують трирівневу архітектуру вебзастосунків, що розділяє їх на рівні UI, бізнес-логіки та доступу до даних.

Рівень представлення (Presentation Layer)

Цей рівень відповідає за інтерфейс користувача або UI. Він обробляє взаємодії з клієнтською стороною, приймає вхідні дані від користувача та забезпечує зв'язок між UI та браузером. Побудований за допомогою HTML, CSS, JavaScript та фронтенд-фреймворків, цей рівень взаємодіє з рівнем застосунку для отримання даних та відтворює їх на екранах користувачів.

Прикладний рівень (Application Layer)

Цей рівень є «двигуном» вебзастосунку, який обробляє введені дані, генерує вихідні дані та передає їхній на рівень представлення. Прикладний рівень відповідає за основну логіку вебзастосунків і також називається рівнем бізнес-логіки або доменною логікою. Цей рівень взаємодіє з рівнями представлення та доступу, отримуючи дані для обробки разом із введеними даними користувача.

Рівень доступу до даних (Data Access Layer)

Цей рівень є шаром збереження, який допомагає встановити зв’язок між базою даних та прикладним рівнем. Він відповідає за всі транзакційні виклики даних та надає доступ до постійних даних. Програмне забезпечення системи керування базами даних забезпечує комунікацію між застосунками, інфраструктурою бази даних та UI для парсингу й отримання даних. На прикладному рівні дані отримують з рівня доступу до даних та обробляють для використання в представленні. Цей рівень також може містити сторонні інтеграції, як-от платіжні шлюзи.

Окрім цих рівнів, можуть бути й інші залежно від складності вебзастосунку. Однак ці три є загальними для більшості вебзастосунків, оскільки вони забезпечують базовий фундамент.

Моделі компонентів вебзастосунків

Існує три моделі компонентів вебзастосунків, які тісно пов'язані з кількістю служб і баз даних, що використовують у них.

1. Один вебсервер, одна база даних

Ця модель, хоча і не є кращим вибором для великих застосунків, має простоту, що робить її цінною для навчання та невеликих проєктів. Вона базується на одному сервері, який обробляє логіку застосунку і використовує єдину базу даних. Однак така модель є найменш надійною, оскільки за збою сервера вся система зупиняється. Проте її часто застосовують для тестування і навчання.

2. Кілька вебсерверів, одна база даних

Ця модель характеризується архітектурою «без стану», що означає, що сервер не зберігає дані всередині. Клієнт надає інформацію, яку сервер обробляє і записує в зовнішню базу даних. Для реалізації цієї архітектури потрібно мінімум два вебсервери, що забезпечує надійність. Якщо один сервер виходить з ладу, другий автоматично продовжує обслуговування запитів. Однак, коли виникають проблеми з базою даних, це може призвести до збою всього застосунку.

3. Кілька вебсерверів, кілька баз даних

Ця складна модель виділяється своєю стратегією надмірності, яка охоплює як бази даних, так і сервери, що забезпечує високу стійкість до відмов. У разі збою сервера навантаження автоматично перенаправляється на інший сервер, що дає змогу вебзастосунку продовжувати роботу. Модель має два варіанти: надмірне зберігання даних або рівномірний розподіл між базами даних. Проте у разі розподілу можуть виникнути тимчасові проблеми з доступністю деяких даних за збоїв бази. Попри це загальний дизайн моделі спрямований на підтримку стабільності системи.

Хоча останній варіант і видається найскладнішим і найдорожчим (так і є), його найбільш широко застосовують великі компанії, які прагнуть отримати лідерство на ринку та забезпечити комфорт усіх користувачів.

Типи архітектури вебзастосунків

Існує кілька типів архітектури, які допомагають створити надійний застосунок. Вибір найкращої з них залежить від різних факторів та ваших вимог. Ідеальна архітектура може зробити ваш вебзастосунок ефективнішим і забезпечити максимальний прибуток на інвестиції.

Рендеринг на стороні сервера (SSR)

SSR базується на клієнт-серверній архітектурі, де клієнт запитує контент із сервера, на якому зберігаються бізнес-логіка та база даних. Сервер обробляє запити й повертає готову HTML-сторінку клієнту.

Переваги:

пошукові системи можуть легко індексувати відрендерені HTML-сторінки;
миттєве завантаження початкової сторінки: користувачі бачать контент швидше, оскільки він вже готовий на сервері;
SSR працює навіть за вимкненого JavaScript у браузері.

Недоліки:

за високих навантажень з’являється затримка в рендерингу, особливо під час перезавантаження сторінок;
взаємодія з користувачем може бути менш інтерактивною, що не підходить для складних UI.

Статична генерація сайтів (SSG)

Статична генерація сайтів автоматизує створення HTML-сторінок із шаблонів. Готові сторінки розміщують на CDN, що дає змогу зберігати й віддавати їх без повторного генерування за кожного запиту.

Переваги:

статичні сайти завантажуються швидше завдяки зберіганню на CDN;
легко налаштувати й реалізувати.

Недоліки:

вміст змінюється лише за додавання нових даних, що вимагає повної перегенерації сайту;
не підходить для часто змінюваного контенту, що, своєю чергою, обмежує можливості для бізнесів з динамічними даними.

Односторінкові застосунки (SPA)

SPA завантажується в браузері та не вимагає перезавантаження сторінки для відтворення нових даних. Цей підхід широко використовують у популярних вебзастосунках, як-от Facebook і Gmail.

Переваги:

користувачі можуть взаємодіяти із застосунком без перезавантаження сторінки;
після первинного завантаження контент з’являється швидко.

Недоліки:

ускладнена оптимізація для пошукових систем;
користувачам може знадобитися більше часу для очікування початкового контенту;
можливі проблеми з користувацьким інтерфейсом у застарілих браузерах.

Прогресивні (поступові) вебзастосунки (PWA)

Прогресивні вебзастосунки (PWA) поєднують у собі можливості односторінкових застосунків (SPA) з офлайн-режимом, синхронізацією у фоновому режимі та push-сповіщеннями. Це забезпечує користувачам швидкий і зручний доступ до контенту.

Переваги:

використання HTTPS гарантує безпечний доступ;
користувачі можуть встановити PWA безпосередньо на свої пристрої без App Store або Google Play;
завдяки кешуванню PWA завантажуються швидше.

Недоліки:

деякі функції можуть бути недоступними на пристроях Apple;
підтримка функцій може відрізнятися в різних браузерах.

PWA є відмінним вибором для бізнесів, які прагнуть забезпечити інтерактивний та швидкий досвід для користувачів.

Мікросервіси

Мікросервіси стали популярним архітектурним патерном для різних програмних рішень. Вони складаються з незалежних, слабозв'язаних сервісів, які можна окремо створювати, тестувати, розгортати й підтримувати. Це краща альтернатива монолітній архітектурі, де компоненти застосунку тісно пов'язані один з одним.

Мікросервісами можна керувати окремо, і вони можуть взаємодіяти із зовнішніми системами через API. Це розв’язує багато проблем, з якими стикаються розробники монолітних архітектур, як-от складнощі з розгортанням через тісну прив’язаність компонентів, що забезпечує гнучкість для дизайну вебзастосунків.

Переваги:

незалежність сервісів дає змогу швидше ідентифікувати й усувати проблеми, не впливаючи на всю систему;
збої в одному сервісі не впливають на інші, що підвищує надійність системи;
команди можуть використовувати різні мови програмування й технології для окремих сервісів, обираючи оптимальні рішення для кожного завдання;
можливість працювати над різними частинами одночасно скорочує час на розробку нових функцій;
легко масштабувати окремі сервіси відповідно до бізнес-потреб;
кожен сервіс може мати свої специфічні механізми безпеки, що дозволяє краще захистити дані.

Недоліки

збільшення кількості сервісів може ускладнити управління системою;
взаємодія між сервісами через API може призвести до затримок;
витрати на інфраструктуру можуть суттєво збільшиться через потребу в додаткових ресурсах для розгортання та підтримки сервісів;
необхідність тестувати численні сервіси окремо, що може вимагати більше часу.

Безсерверна архітектура

Цей тип вебзастосунку працює в хмарі, що усуває потребу управляти сервером. Обчислювальні ресурси надає постачальник хмарних послуг за запитом, а користувачі отримують доступ до застосунку через інтернет. Безсерверна архітектура дає змогу створювати багатосторінкові застосунки без управління сервером.

Ця архітектура застосунків стає популярнішою завдяки перевагам, зокрема нижчим витратам. Для її реалізації можна використовувати хмарні сервіси, як-от AWS або Azure.

Переваги:

можливість швидко змінювати масштаб і налаштування залежно від навантаження;
легке збільшення ресурсів для обробки пікових навантажень;
дає змогу швидше розгортати нові функції;
вимагає менше зусиль для налаштування інфраструктури;
ви платите лише за фактичне використання ресурсів, що може значно знизити витрати;
підвищена швидкість реакції для кінцевих користувачів завдяки хмарним рішенням.

Недоліки:

менша можливість оптимізації та налаштування серверних параметрів;
проблеми у постачальника хмарних послуг можуть вплинути на доступність вашого застосунку;
важче відстежувати й усувати проблеми через відсутність доступу до сервера;
деякі функції або завдання можуть бути обмеженими в часі або ресурсах, що, ймовірно, негативно вплине на продуктивність.

Обираючи тип архітектури застосунків, насамперед орієнтуйтеся на власні потреби та заплановані зростання й розвиток: вам буде набагато простіше оновити й розширити свій вебзастосунок, якщо ви подумаєте про таку можливість заздалегідь.

Найкращі практики та тренди в архітектурі вебзастосунків

Тепер, коли ми розглянули основи, перейдемо до остаточних вдосконалень — найкращих практик та новітніх трендів, які піднімуть ваш вебзастосунок до вершин архітектурної досконалості.

Модульна структура

Дотримуйтеся принципу розділення обов'язків, утримуючи презентацію, логіку та дані окремими для ясності й зручності обслуговування. Такий підхід не лише спрощує зрозумілість коду, але й полегшує обслуговування та модифікацію, оскільки зміни в одній частині не впливають на інші.
Оптимізована продуктивність

Час завантаження вебзастосунку є критично важливим для збереження уваги користувачів. Забезпечення швидкого відтворення контенту й миттєвої реакції на дії користувача значно підвищує задоволеність і, як наслідок, імовірність повернення до вашого ресурсу. Це може охоплювати оптимізацію зображень, використання кешування та оптимізацію запитів до бази даних.
Безпека — на першому місці

У сучасному світі турбота про безпеку даних користувачів є одним з найважливіших аспектів. Залучення новітніх протоколів для шифрування даних, регулярне оновлення програмного забезпечення, а також впровадження методів автентифікації та авторизації допомагають захистити ваш застосунок від атак і витоків даних.
Планування масштабованості

Під час розробки вебзастосунків важливо передбачати зростання трафіку. Масштабованість означає, що ваш застосунок повинен мати змогу адаптуватися до збільшення кількості користувачів без втрати продуктивності. Цього можна досягнути за допомогою мікросервісної архітектури, яка дозволяє масштабувати окремі компоненти незалежно один від одного.
Комплексне тестування та моніторинг

Регулярне тестування та моніторинг вашого вебзастосунку допомагають виявити проблеми на ранніх етапах. Використання інструментів для автоматизованого тестування та моніторингу продуктивності допомагає своєчасно реагувати на збої, що підвищує надійність вашого продукту.

Якщо ж ви плануєте суттєво випередити час і своїх конкурентів, послуговуйтеся такими трендами:

Мікросервіси
Адаптуйте модульність і гнучкість, які пропонують мікросервіси, під власні потреби, щоб швидко та надійно оновлювати свій вебзастосунок.
Хмарна безсерверна архітектура

Оптимізуйте свої витрати й застосунок, зосередившись на розробці опцій, а не на управлінні сервером.
Синергія штучного інтелекту й машинного навчання

Задіюйте потужність ШІ для персоналізації користувацького досвіду та оптимізації продуктивності вебзастосунку.

У світі, де технології постійно еволюціонують, важливо залишатися на піку нових розробок і практик. Розуміння основних принципів архітектури вебзастосунків і їхня адаптація до ваших специфічних потреб допоможе створити потужні, гнучкі та безпечні рішення, які не лише задовольняють користувачів, але й відкривають нові горизонти для бізнесу.

Залишайтеся відкритими до нових технологій, вдосконалюйте свої навички та використовуйте інноваційні підходи, щоб ваші вебзастосунки могли не лише виживати, а й процвітати у динамічному цифровому світі.

Автор: Рогнєда Княжина