Fortgeschrittene Softwarearchitekturen

Weiterbildungsinhalte

Modul 1: Grundlagen und Prinzipien moderner Softwarearchitekturen

• Architektonisches Denken: Rolle und Verantwortlichkeiten eines Softwarearchitekten, Anforderungsanalyse (NFRs – Non-Functional Requirements) sowie Erstellung von Architecture Decision Records (ADR).

• Grundlegende Prinzipien und technische Schulden: Anwendung der Prinzipien SOLID, DRY, KISS und YAGNI in Unternehmensprojekten, Codekomplexität (Cyclomatic Complexity) und Management technischer Schulden.

• Moderne Architekturpatterns: Über die klassische Schichtenarchitektur hinaus; eingehende Analyse von Clean Architecture, Onion Architecture und Hexagonal Architecture (Ports and Adapters).

• Domain-zentriertes Design: Identifikation von Use Cases, Dependency Rule (Abhängigkeitsregel) und Gestaltung einer von der Außenwelt isolierten Core-Schicht.

• Praktische Fallstudie: Theoretische Neugestaltung einer Finanzanwendung mit monolithischer Struktur und Spaghetti-Code nach den Prinzipien der Clean Architecture sowie Trennung der einzelnen Schichten.

Modul 2: Verteilte Systeme und Microservices

• Domain-Driven Design (DDD): Abgrenzung von Bounded Contexts, Entwicklung einer Ubiquitous Language sowie Entity-, Value Object-, Aggregate- und Repository-Patterns.

• Migration zu Microservices: Sichere Strategien für die Migration von monolithischen Strukturen zu Microservices, Anwendung des Strangler Fig Pattern und Einsatz des Anti-Corruption Layer (ACL).

• Kommunikation zwischen Services: Synchrone Kommunikationsmethoden (REST, gRPC), API-Designstandards (Richardson Maturity Model) und Design idempotenter Endpunkte.

• API- und Traffic-Management: Gestaltung eines API-Gateways (Routing, Rate Limiting, Authentication), Service-Mesh-Architektur (Istio/Envoy) und Backend for Frontend (BFF) Pattern.

• Service Discovery und Konfiguration: Service Discovery (Consul, Eureka) in dynamischen Umgebungen sowie verteiltes Konfigurationsmanagement.

Modul 3: Datenmanagement und ereignisgesteuerte (Event-Driven) Architekturen

• Datenkonsistenz: CAP-Theorem, PACELC-Theorem und die Herausforderungen hinsichtlich der Datenintegrität durch den Ansatz „Database per Service“.

• Verwaltung verteilter Transaktionen: Grenzen von Two-Phase Commit (2PC) und Verwaltung langlaufender Transaktionen mit dem Saga Pattern (Choreography- und Orchestration-Modelle).

• CQRS-Architektur: Optimierung der Performance durch die physische bzw. logische Trennung von Lese- und Schreibdatenbanken mittels Command Query Responsibility Segregation (CQRS).

• Event Sourcing: Speicherung sämtlicher Zustandsänderungen des Systems als Abfolge von Events anstelle der Speicherung des aktuellen Zustands sowie das Konzept des „Event Store“.

• Asynchrone Kommunikation und Messaging: Message-Broker-Architekturen (Kafka, RabbitMQ), Publish/Subscribe Pattern, Eventual Consistency (letztendliche Konsistenz) und Dead-Letter-Queue-(DLQ)-Strategien.

Modul 4: Performance, Skalierbarkeit und Observability

• Skalierungsstrategien: Dynamik der vertikalen (Vertical) und horizontalen (Horizontal) Skalierung, zustandslose (Stateless) Anwendungsarchitektur und Auto-Scaling-Szenarien.

• Performanceoptimierung: Verteiltes Caching (Distributed Cache – Redis, Memcached), Strategien zur Cache-Invalidierung (Cache-Aside, Write-Through usw.) und Einsatz von CDNs.

• Fehlertoleranz (Resilience): Fehlerbehandlung in verteilten Systemen; Entwicklung resilienter Architekturen mit Circuit Breaker, Retry, Timeout, Fallback und Bulkhead Patterns.

• Cloud-Native und moderne Bereitstellung: 12-Factor-App-Prinzipien, Grundlagen der Containerisierung (Docker), Deployment auf Kubernetes sowie die Konzepte Pod und Service.

• Observability: Erkennung von Systemengpässen durch zentrale Protokollierung (ELK Stack), Metriküberwachung (Prometheus/Grafana) und Distributed Tracing (Jaeger/Zipkin).