Mẫu thiết kế (Design Pattern) là những giải pháp đã được thiết lập và tái sử dụng cho các vấn đề phổ biến trong thiết kế phần mềm. Chúng cung cấp cho các lập trình viên một framework để giải quyết những thách thức lặp lại một cách mô-đun, dễ bảo trì và có khả năng mở rộng.
Bài viết này khám phá một số mẫu thiết kế thiết yếu cho phát triển backend, bao gồm cách sử dụng, lợi ích và ứng dụng thực tế của chúng. Hãy cùng khám phá nhé!
Các mẫu thiết kế khởi tạo
Mẫu khởi tạo đơn giản hóa và tiêu chuẩn hóa việc tạo đối tượng, điều này đặc biệt hữu ích khi xây dựng các hệ thống backend phức tạp. Mẫu khởi tạo bao gồm các loại sau:
1. Mẫu Singleton
Mẫu này đảm bảo chỉ có một thể hiện duy nhất của một lớp được tạo, thường được sử dụng để ghi nhật ký, kết nối cơ sở dữ liệu hoặc cài đặt cấu hình. Bằng cách duy trì một thể hiện duy nhất, Singleton ngăn chặn nhiều kết nối, giảm mức sử dụng bộ nhớ và đảm bảo tính nhất quán giữa các thể hiện.
class Singleton { constructor() { if (!Singleton.instance) { Singleton.instance = this; } return Singleton.instance; } } const instance1 = new Singleton(); const instance2 = new Singleton(); console.log(instance1 === instance2); // true
2. Mẫu Factory
Mẫu Factory cho phép tạo đối tượng mà không cần hiển thị loại lớp cụ thể, giúp nó thích ứng với các yêu cầu động. Nó lý tưởng cho các ứng dụng mà loại đối tượng được xác định tại thời điểm chạy, chẳng hạn như các vai trò người dùng khác nhau trong một ứng dụng web.
class UserFactory { createUser(type) { if (type === 'admin') return new Admin(); if (type === 'guest') return new Guest(); return new User(); } }
Các mẫu thiết kế cấu trúc
Mẫu cấu trúc xác định cách các đối tượng và lớp tương tác, tập trung vào việc xây dựng kiến trúc linh hoạt và hiệu quả. Chúng bao gồm các loại mẫu sau:
1. Mẫu Facade
Mẫu này cung cấp một giao diện đơn giản hóa cho một hệ thống con phức tạp, giúp dễ dàng tương tác với các thành phần khác nhau. Ví dụ: nó có thể đơn giản hóa các tương tác cơ sở dữ liệu bằng cách cung cấp một API thống nhất, trừu tượng hóa sự phức tạp khỏi mã máy khách.
class DatabaseFacade { constructor() { this.database = new ComplexDatabaseSystem(); } query(sql) { return this.database.executeQuery(sql); } }
2. Mẫu Proxy
Proxy hoạt động như trung gian, kiểm soát quyền truy cập vào một đối tượng. Mẫu này thường được sử dụng để lưu vào bộ nhớ cache, bảo mật hoặc khởi tạo lười biếng, đảm bảo các đối tượng chỉ được truy cập khi cần thiết. Ví dụ: một proxy có thể lưu vào bộ nhớ cache các yêu cầu API thường xuyên, giảm tải trên backend.
class DataProxy { constructor() { this.cache = {}; } fetchData(id) { if (!this.cache[id]) { this.cache[id] = fetchFromDatabase(id); } return this.cache[id]; } }
Các mẫu thiết kế hành vi
Mẫu hành vi tập trung vào các tương tác và trách nhiệm của đối tượng, tạo điều kiện cho giao tiếp linh hoạt giữa các thành phần. Chúng bao gồm các loại sau:
1. Mẫu Observer
Mẫu Observer cho phép các đối tượng quan sát các thay đổi trong các đối tượng khác, điều này hữu ích để triển khai các thông báo hoặc cập nhật theo thời gian thực. Ví dụ: một hệ thống thương mại điện tử có thể sử dụng điều này để cập nhật giao diện người dùng khi trạng thái đơn hàng thay đổi.
class Subject { constructor() { this.observers = []; } addObserver(observer) { this.observers.push(observer); } notifyObservers(data) { this.observers.forEach(observer => observer.update(data)); } }
2. Mẫu Command
Mẫu này đóng gói các yêu cầu dưới dạng đối tượng, cho phép thực hiện lệnh linh hoạt. Nó hữu ích trong các hệ thống có chức năng hoàn tác/làm lại hoặc trong lập lịch công việc, nơi các lệnh có thể được xếp hàng đợi và thực hiện không đồng bộ.
class Command { execute() { // execute a specific command } }
Mẫu Repository cho tầng truy cập dữ liệu
Mẫu Repository trừu tượng hóa việc truy cập dữ liệu, cung cấp một tầng quản lý dữ liệu tập trung. Sự trừu tượng này giúp làm cho mã nguồn sạch hơn và cho phép dễ dàng hoán đổi các nguồn dữ liệu (ví dụ: từ MongoDB sang PostgreSQL) mà không ảnh hưởng đến logic cốt lõi.
class UserRepository { constructor(database) { this.database = database; } getUserById(id) { return this.database.findById(id); } }
Mô hình Dependency Injection (DI)
Dependency Injection (DI) cung cấp các dependency cho các đối tượng tại thời điểm chạy thay vì mã hóa cứng chúng, thúc đẩy sự kết hợp lỏng lẻo và khả năng kiểm thử. Phổ biến trong các framework như Spring (Java) và NestJS (Node.js), DI cho phép dễ dàng hoán đổi hoặc chế giễu các dependency, cải thiện khả năng bảo trì của các dịch vụ backend.
class UserService { constructor(userRepository) { this.userRepository = userRepository; } }
Một số mẫu Microservices
Kiến trúc Microservices dựa trên một số mẫu thiết kế để quản lý các dịch vụ phân tán một cách hiệu quả.
- API Gateway: Hoạt động như một điểm vào duy nhất, định tuyến các yêu cầu đến các dịch vụ thích hợp, xử lý xác thực, giới hạn tốc độ và cân bằng tải. API Gateway cải thiện bảo mật và hợp lý hóa trải nghiệm người dùng trong các hệ thống dựa trên microservices.
- Circuit Breaker: Mẫu này giúp hệ thống duy trì khả năng phục hồi khi xảy ra lỗi bằng cách tạm thời chặn các yêu cầu đến một dịch vụ bị lỗi, tránh lỗi tầng và cho phép hệ thống phục hồi. Circuit Breaker rất cần thiết trong môi trường phân tán, nơi lỗi trong một dịch vụ có thể ảnh hưởng đến các dịch vụ khác.
Các mẫu hướng sự kiện
Các mẫu hướng sự kiện quản lý các sự kiện, giúp hệ thống phản hồi nhanh hơn và có khả năng mở rộng tốt hơn.
- Event Sourcing: Thay vì chỉ lưu trữ trạng thái hiện tại, Event Sourcing theo dõi các thay đổi theo thời gian, điều này hữu ích cho nhật ký kiểm tra và cung cấp khả năng truy xuất nguồn gốc đầy đủ trong các ứng dụng. Nó được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng tài chính hoặc thương mại điện tử để đảm bảo ghi lại mọi giao dịch.
- CQRS (Command Query Responsibility Segregation): Tách các hoạt động đọc và ghi, tối ưu hóa cho các trường hợp sử dụng cụ thể và cho phép khả năng mở rộng trong môi trường đọc nhiều. CQRS hữu ích cho các hệ thống có hoạt động đọc/ghi nặng, chẳng hạn như các trang web thương mại điện tử, nơi khách hàng liên tục truy vấn hàng tồn kho.
Vậy khi nào và làm thế nào để sử dụng Design Pattern?
Sử dụng các mẫu thiết kế một cách chu đáo là chìa khóa để phát triển backend hiệu quả. Không phải tất cả các mẫu đều phù hợp với mọi tình huống và việc lạm dụng chúng có thể dẫn đến sự phức tạp không cần thiết.
Trước khi triển khai một mẫu, hãy đánh giá sự phù hợp của nó với trường hợp sử dụng, bộ kỹ năng của nhóm và các yêu cầu của hệ thống. Các mẫu thiết kế mang lại giá trị khi được áp dụng để giải quyết các vấn đề cụ thể nhưng có thể làm phức tạp mọi thứ nếu được thiết kế quá mức hoặc áp dụng sai.
Kết luận
Các mẫu thiết kế là công cụ vô giá trong phát triển backend, cung cấp các giải pháp cho các thách thức kiến trúc phổ biến. Từ việc đơn giản hóa việc tạo đối tượng với các mẫu khởi tạo đến quản lý giao tiếp với các mẫu hành vi, các cấu trúc này cho phép các nhà phát triển xây dựng mã mô-đun, dễ bảo trì và có khả năng mở rộng.
Thực hành thường xuyên và hiểu rõ khi nào nên sử dụng từng mẫu cho phép các lập trình viên backend tạo ra các hệ thống hiệu quả, mạnh mẽ đáp ứng nhu cầu của các ứng dụng hiện đại.