多層アーキテクチャ

ソフトウェアエンジニアリングにおいて、多層アーキテクチャ( n層アーキテクチャとも呼ばれる) は、プレゼンテーション、アプリケーション処理、およびデータ管理機能が物理的に分離されているクライアントサーバーアーキテクチャです。多層アーキテクチャの最も広く使用されているのは、3 層アーキテクチャです(たとえば、Cisco の階層型インターネットワーキングモデル)。

N層アプリケーションアーキテクチャは、開発者が柔軟で再利用可能なアプリケーションを作成できるモデルを提供します。アプリケーションを層に分離することで、開発者はアプリケーション全体を作り直すのではなく、特定の層を変更または追加するオプションを取得できます。N 層アーキテクチャはシンプルで低コストであるため、小規模でシンプルなアプリケーションに適しています。また、アーキテクチャ要件がまだ明確でない場合の出発点としても適しています。^[1]^[2] 3 層アーキテクチャは通常、プレゼンテーション層、ロジック層、およびデータ層で構成されます。

レイヤーとティアの概念はしばしば互換的に使用されますが、実際には違いがあるというかなり一般的な見解があります。この見解では、レイヤーはソフトウェアソリューションを構成する概念要素の論理的構造化メカニズムであり、ティアはシステムインフラストラクチャを構成するハードウェア要素の物理的構造化メカニズムであるとされています。^[3]^{[4]たとえば、}RDBMSのみのアーキテクチャと呼ばれる極端なデータベース中心のアーキテクチャの場合^[5]や、個人用ワークステーションの場合など、3層のソリューションは単一のティアに簡単に展開できます。^[6]

レイヤー

「レイヤー」アーキテクチャパターンはさまざまな出版物で説明されています。^[7]

共通レイヤー

オブジェクト指向設計の情報システムの論理多層アーキテクチャでは、次の 4 つが最も一般的です。

プレゼンテーション層(別名 UI 層、ビュー層、多層アーキテクチャのプレゼンテーション層)
アプリケーション層（別名サービス層^[8]^[9]またはGRASPコントローラ層^[10]）
ビジネスレイヤー(別名: ビジネスロジックレイヤー (BLL)、ドメインロジックレイヤー)
データアクセス層(別名、永続層、ログ記録、ネットワーク、および特定のビジネス層をサポートするために必要なその他のサービス)

ドメイン駆動設計という本では、主にドメイン層に焦点を当てていますが、上記の4つの層の一般的な使用法がいくつか説明されています。^[11]

アプリケーションアーキテクチャでビジネス層とプレゼンテーション層が明確に区別されていない場合 (つまり、プレゼンテーション層がビジネス層の一部と見なされる場合)、従来のクライアントサーバー (2 層) モデルが実装されています。^{[引用が必要]}

より一般的な慣習では、アプリケーション層 (またはサービス層) はビジネス層のサブ層と見なされ、通常はサポートされているビジネス機能を表す API 定義をカプセル化します。アプリケーション層/ビジネス層は、実際にはさらに細分化され、異なる責任を持つ追加のサブ層を強調することができます。たとえば、モデル - ビュー - プレゼンターパターンを使用する場合、プレゼンターサブ層は、ユーザーインターフェイス層とビジネス層/アプリケーション層 (モデルサブ層で表される) の間の追加層として使用される可能性があります。^{[引用が必要]}

また、ビジネスインフラストラクチャレイヤー (BI) と呼ばれる別のレイヤーを、ビジネスレイヤーとインフラストラクチャレイヤーの間に配置していると考える人もいます。このレイヤーは、「低レベルビジネスレイヤー」または「ビジネスサービスレイヤー」と呼ばれることもあります。このレイヤーは非常に汎用的で、複数のアプリケーションレイヤー (例: CurrencyConverter) で使用できます。^[12]

インフラストラクチャ層は、異なるレベル（高レベルまたは低レベルの技術サービス）に分割できます。^[12] 開発者は、インフラストラクチャ層の永続性（データアクセス）機能に焦点を当てることが多いため、永続性層またはデータアクセス層（インフラストラクチャ層または技術サービス層ではなく）についてのみ話します。言い換えると、他の種類の技術サービスは、必ずしも特定の層の一部として明示的に考えられているわけではありません。^{[引用が必要] 。データアクセス層には通常、}データアクセスオブジェクト（DAO）と呼ばれるオブジェクトが含まれます。

レイヤーは他のレイヤーの上にあります。なぜなら、レイヤーは他のレイヤーに依存しているからです。すべてのレイヤーは、その上のレイヤーがなくても存在でき、機能するには下のレイヤーが必要です。もう 1 つの一般的な見解は、レイヤーが常に隣接する下のレイヤーにのみ厳密に依存しているわけではないというものです。たとえば、緩やかなレイヤーシステム (厳密なレイヤーシステムとは対照的) では、レイヤーはそれより下のすべてのレイヤーに依存することもできます。^[7]緩やかなレイヤーシステムでは結合が多く、その結果、変更がより困難になります。マルチティアアーキテクチャでは、一部のレイヤーを厳密なレイヤーにし、他のレイヤーを緩やかなレイヤーにするハイブリッドアプローチを使用できます。^[13]^[14]

3層アーキテクチャ

3層アーキテクチャは、ユーザーインターフェイス（プレゼンテーション）、機能プロセスロジック（「ビジネスルール」）、コンピュータデータストレージ、およびデータアクセスが独立したモジュールとして開発および保守されるクライアントサーバーソフトウェアアーキテクチャパターンであり、ほとんどの場合、別々のプラットフォーム上で開発されます。^{[15]これは}、マサチューセッツ州ケンブリッジで彼が設立したツール会社、Open Environment Corporation（OEC）でジョンJ.ドノバンによって開発されました。

明確に定義されたインターフェースを備えたモジュール式ソフトウェアの通常の利点とは別に、3 層アーキテクチャは、要件やテクノロジーの変更に応じて、3 つの層のいずれかを個別にアップグレードまたは置き換えることができるように設計されています。たとえば、プレゼンテーション層でオペレーティングシステムを変更しても、ユーザーインターフェースコードにのみ影響します。

通常、ユーザーインターフェイスはデスクトップPCまたはワークステーション上で実行され、標準のグラフィカルユーザーインターフェイス、ワークステーションまたはアプリケーションサーバー上で実行される1つ以上の個別のモジュールで構成される機能プロセスロジック、およびコンピューターデータストレージロジックを含むデータベースサーバーまたはメインフレーム上のRDBMSを使用します。中間層自体が多層化されることもあります（その場合、全体的なアーキテクチャは「n層アーキテクチャ」と呼ばれます）。^[16]

プレゼンテーション層: これはアプリケーションの最上位レベルです。プレゼンテーション層は、商品の閲覧、購入、ショッピングカートの内容などのサービスに関連する情報を表示します。他の層と通信して、結果をブラウザー/クライアント層およびネットワーク内の他のすべての層に出力します。簡単に言えば、ユーザーが直接アクセスできる層です (Web ページやオペレーティングシステムの GUI など)。
アプリケーション層 (ビジネスロジック、ロジック層、または中間層): 論理層はプレゼンテーション層から引き出され、そのレイヤーとして詳細な処理を実行してアプリケーションの機能を制御します。
データ層: データ層には、データ永続化メカニズム (データベースサーバー、ファイル共有など) と、永続化メカニズムをカプセル化してデータを公開するデータアクセス層が含まれます。データアクセス層は、データストレージメカニズムを公開したり依存関係を作成したりすることなく、保存されたデータを管理する方法を公開するAPI をアプリケーション層に提供する必要があります。ストレージメカニズムへの依存を回避すると、アプリケーション層のクライアントが影響を受けたり変更を認識したりすることなく、更新や変更を行うことができます。どの層を分離する場合も、実装にコストがかかり、スケーラビリティと保守性が向上する代わりにパフォーマンスが低下することがよくあります。

Web開発の使用

Web 開発の分野では、3 層という用語は、次の 3 つの層を使用して構築される Web サイト(通常は電子商取引Web サイト) を指すためによく使用されます。

静的コンテンツと、場合によってはキャッシュされた動的コンテンツを提供するフロントエンドWeb サーバー。Webベースのアプリケーションでは、フロントエンドはブラウザーによってレンダリングされるコンテンツです。コンテンツは静的である場合もあれば、動的に生成される場合もあります。
中間レベルの動的コンテンツ処理および生成アプリケーションサーバー (例: Symfony、Spring、ASP.NET、Django、Rails、Node.js )。
バックエンドデータベースまたはデータストア。データセットと、データを管理およびアクセスするデータベース管理システムソフトウェアの両方で構成されます。

その他の考慮事項

層間のデータ転送はアーキテクチャの一部です。関連するプロトコルには、SNMP、CORBA、Java RMI、.NET Remoting、Windows Communication Foundation、ソケット、UDP、Web サービス、その他の標準または独自のプロトコルの 1 つ以上が含まれます。多くの場合、ミドルウェアは個別の層を接続するために使用されます。個別の層は多くの場合 (必ずしもそうとは限りませんが) 個別の物理サーバー上で実行され、各層自体がクラスター上で実行されることもあります。

トレーサビリティ

n層システムを通るデータフローのエンドツーエンドの追跡可能性は、システムが複雑になるにつれて重要になる困難なタスクです。アプリケーション応答測定では、パフォーマンスを測定し、層間のトランザクションを相関させるための概念とAPIを定義します。一般に、「層」という用語は、システムのコンポーネントを別々のサーバー、コンピューター、またはネットワーク (処理ノード) に物理的に分散していることを表すために使用されます。3 層アーキテクチャには、3 つの処理ノードがあります。「レイヤー」という用語は、1 つの処理ノードに物理的に配置されているかどうかに関係なく、コンポーネントの論理グループを指します。

参照

参考文献

^ リチャーズ、マーク (2020)。ソフトウェアアーキテクチャの基礎：エンジニアリングアプローチ（第1版）。オライリーメディア。ISBN 978-1492043454。
^ リチャーズ、マーク (2022)。ソフトウェアアーキテクチャパターン。O'Reilly Media, Inc. ISBN 9781098134273。
^ 展開パターン (Microsoft エンタープライズアーキテクチャ、パターン、およびプラクティス)
^ Fowler, Martin「エンタープライズアプリケーションアーキテクチャのパターン」(2002)。Addison Wesley。
^ Vicente, Alfonso; Etcheverry, Lorena; Sabiguero, Ariel (2021). 「Web アプリケーション向けの RDBMS のみのアーキテクチャ」。2021 XLVII Latin American Computing Conference (CLEI)。pp. 1–9。doi : 10.1109 / CLEI53233.2021.9640017。ISBN 978-1-6654-9503-5. S2CID 245387844。
^ 展開パターン (Microsoft エンタープライズアーキテクチャ、パターン、およびプラクティス)
^ ab ブッシュマン、フランク;ムニエ、レジーヌ。ローナート、ハンス。サマーラッド、ピーター。マイケル・スタール（1996-08）。パターン指向ソフトウェアアーキテクチャ、第 1 巻、パターンのシステム。 Wiley、1996 年 8 月。ISBN 978-0-471-95869-7。 http://www.wiley.com/WileyCDA/WileyTitle/productCd-0471958697.html から取得。
^ マーティン・ファウラーのサービスレイヤー
^ マーティン・ファウラーはサービス層はアプリケーション層と同じであると説明している。
^ GRASP コントローラ層とアプリケーション/サービス層の比較/議論
^ ドメイン駆動設計、書籍、pp. 68-74。http://www.domaindrivendesign.org/books#DDD から取得。
^ ab UML とパターンの適用、第 3 版、203 ページISBN 0-13-148906-2
^ リチャーズ、マーク（2020年3月3日）。ソフトウェアアーキテクチャの基礎：エンジニアリングアプローチ（第1版）。オライリーメディア。ISBN 978-1492043454。
^ リチャーズ、マーク。ソフトウェアアーキテクチャパターン。O'Reilly Media, Inc.
^ Eckerson, Wayne W.「3層クライアント/サーバーアーキテクチャ: クライアントサーバーアプリケーションにおけるスケーラビリティ、パフォーマンス、効率性の実現」Open Information Systems 10, 1 (1995年1月): 3(20)
^この記事は、2008 年 11 月 1 日より前の Free On-line Dictionary of Computingの three-tier から取得した資料に基づいており、 GFDLバージョン 1.3 以降の「再ライセンス」条件に基づいて組み込まれています。

外部リンク

Linux ジャーナル、3 層アーキテクチャ
Microsoft アプリケーションアーキテクチャガイド
無料の3層システムの例
3 層アーキテクチャとは何ですか?
.NET/WPF リッチクライアントアプリケーション用の具体的な階層化アーキテクチャの説明

[1] リチャーズ、マーク (2020)。ソフトウェアアーキテクチャの基礎：エンジニアリングアプローチ（第1版）。オライリーメディア。ISBN 978-1492043454。

[2] リチャーズ、マーク (2022)。ソフトウェアアーキテクチャパターン。O'Reilly Media, Inc. ISBN 9781098134273。

[3] 展開パターン (Microsoft エンタープライズアーキテクチャ、パターン、およびプラクティス)

[4] Fowler, Martin「エンタープライズアプリケーションアーキテクチャのパターン」(2002)。Addison Wesley。

[5] Vicente, Alfonso; Etcheverry, Lorena; Sabiguero, Ariel (2021). 「Web アプリケーション向けの RDBMS のみのアーキテクチャ」。2021 XLVII Latin American Computing Conference (CLEI)。pp. 1–9。doi : 10.1109 / CLEI53233.2021.9640017。ISBN 978-1-6654-9503-5. S2CID 245387844。

[6] 展開パターン (Microsoft エンタープライズアーキテクチャ、パターン、およびプラクティス)

[posa-7] ブッシュマン、フランク;ムニエ、レジーヌ。ローナート、ハンス。サマーラッド、ピーター。マイケル・スタール（1996-08）。パターン指向ソフトウェアアーキテクチャ、第 1 巻、パターンのシステム。 Wiley、1996 年 8 月。ISBN 978-0-471-95869-7。 http://www.wiley.com/WileyCDA/WileyTitle/productCd-0471958697.html から取得。

[8] マーティン・ファウラーのサービスレイヤー

[9] マーティン・ファウラーはサービス層はアプリケーション層と同じであると説明している。

[10] GRASP コントローラ層とアプリケーション/サービス層の比較/議論

[11] ドメイン駆動設計、書籍、pp. 68-74。http://www.domaindrivendesign.org/books#DDD から取得。

[craiglarman.com-12] UML とパターンの適用、第 3 版、203 ページISBN 0-13-148906-2

[13] リチャーズ、マーク（2020年3月3日）。ソフトウェアアーキテクチャの基礎：エンジニアリングアプローチ（第1版）。オライリーメディア。ISBN 978-1492043454。

[14] リチャーズ、マーク。ソフトウェアアーキテクチャパターン。O'Reilly Media, Inc.

[15] Eckerson, Wayne W.「3層クライアント/サーバーアーキテクチャ: クライアントサーバーアプリケーションにおけるスケーラビリティ、パフォーマンス、効率性の実現」Open Information Systems 10, 1 (1995年1月): 3(20)

[16] ^この記事は、2008 年 11 月 1 日より前の Free On-line Dictionary of Computingの three-tier から取得した資料に基づいており、 GFDLバージョン 1.3 以降の「再ライセンス」条件に基づいて組み込まれています。