Общ преглед
Програмирането на базата на компоненти е по-популярно от всякога. Днес почти няма приложение, което да не използва компоненти в някаква форма, обикновено от различни доставчици. С усложняването на приложенията се увеличи и необходимостта от използване на компоненти, разположени на отдалечени машини.
Пример за приложение, изградено на базата на компоненти, е цялостно решение за електронна търговия. Приложение за електронна търговия, разположено в уеб ферма, трябва да изпраща поръчки към бек-енд приложение за планиране на корпоративните ресурси (ERP). В много случаи ERP приложението се намира на различен хардуер и може да работи на различна операционна система.
Моделът на Microsoft за разпределени компонентни обекти (DCOM) – инфраструктура за разпределени обекти, която позволява на дадено приложение да извиква компоненти от Модела на компонентни обекти (COM), инсталирани на друг сървър – е пренесен на редица платформи, различни от Windows. DCOM обаче никога не е намерил широко приложение на тези платформи, поради което рядко се използва за улесняване на комуникацията между компютри с Windows и такива с други операционни системи. Доставчиците на ERP софтуер често създават компоненти за платформата Windows, които комуникират със системата на сървъра чрез собствен протокол.
Някои услуги, използвани от приложение за електронна търговия, може изобщо да не се намират в центъра за данни. Например, ако приложението за електронна търговия приема плащания с кредитна карта за стоки, закупени от клиента, то трябва да се възползва от услугите на търговската банка, за да обработи данните за кредитната карта на клиента. Но от практическа гледна точка DCOM и свързаните с него технологии, като CORBA и Java RMI, са ограничени до приложения и компоненти, инсталирани в корпоративния център за данни. Две основни причини за това са, че по подразбиране тези технологии използват собственически протоколи и че тези протоколи по своята същност са ориентирани към връзката.
Клиентите, които комуникират със сървъра чрез интернет, се сблъскват с множество потенциални пречки при комуникацията със сървъра. Мрежовите администратори по целия свят, загрижени за сигурността, са внедрили корпоративни рутери и защитни стени, за да блокират практически всеки вид комуникация през интернет. Често е необходима сила, по-голяма от човешката, за да се убеди мрежовият администратор да отвори портове извън абсолютно необходимото минимум.
Ако имате късмета мрежовият администратор да отвори необходимите портове за поддръжка на вашата услуга, вероятно вашите клиенти няма да са толкова щастливи. В резултат на това собственическите протоколи, като тези, използвани от DCOM, CORBA и Java RMI, не са практични за интернет сценарии.
Другият проблем, както вече споменах, при тези технологии е, че по своята същност те са ориентирани към връзката и поради това не могат да се справят адекватно с прекъсвания на мрежовата връзка. Тъй като интернет не е под вашия пряк контрол, не можете да правите никакви предположения относно качеството или надеждността на връзката. Ако възникне прекъсване на мрежовата връзка, следващото заявка, която клиентът изпраща към сървъра, може да се провали.
Фактът, че тези технологии са ориентирани към връзката, също затруднява изграждането на инфраструктури с балансиране на натоварването, необходими за постигане на висока мащабируемост. Щом връзката между клиента и сървъра бъде прекъсната, не е възможно просто да се пренасочи следващото заявка към друг сървър.
Разработчиците са се опитали да преодолеят тези ограничения, като са се възползвали от модел, наречен без гражданство програмиране, но успехът им е бил ограничен, тъй като технологиите са доста тежки и правят възстановяването на връзката с отдалечен обект скъпо.
Тъй като обработката на кредитната карта на клиента се извършва от отдалечен сървър в интернет, DCOM не е идеалният вариант за осигуряване на комуникацията между клиента на електронната търговия и сървъра за обработка на кредитни карти. Както при ERP решенията, често в центъра за данни на клиента се инсталира компонент на трета страна (в този случай от доставчика на решението за обработка на кредитни карти). Този компонент служи като нещо повече от прокси, което улеснява комуникацията между софтуера за електронна търговия и търговската банка чрез собствен протокол.
Забелязвате ли някаква тенденция тук? Поради ограниченията на съществуващите технологии за улесняване на комуникацията между компютърните системи, доставчиците на софтуер често са прибягвали до изграждането на собствена инфраструктура. Това означава, че ресурси, които биха могли да бъдат използвани за добавяне на подобрена функционалност към ERP системата или системата за обработка на кредитни карти, вместо това са били насочени към разработването на собствени мрежови протоколи.
В стремежа си да подкрепи по-добре подобни интернет сценарии, Microsoft първоначално възприе стратегията за разширяване на съществуващите си технологии, включително COM Internet Services (CIS), която позволява установяването на DCOM връзка между клиента и отдалечения компонент през порт 80. По различни причини CIS не се наложи широко.
Стана ясно, че е необходим нов подход. Затова Microsoft реши да подходи към проблема „отдолу нагоре“. Нека разгледаме някои от изискванията, на които решението трябваше да отговаря, за да бъде успешно.
- Оперативна съвместимост Услугата за отдалечен достъп трябва да може да се използва от клиенти на други платформи.
- Удобство за ползване в интернет Решението би трябвало да функционира добре за обслужване на клиенти, които използват услугата от разстояние чрез интернет.
- Строго типизирани интерфейси Не трябва да има неясноти относно типа на данните, изпращани към и получавани от отдалечена услуга. Освен това типовете данни, дефинирани от отдалечената услуга, трябва да съответстват в достатъчна степен на типовете данни, дефинирани от повечето езици за процедурно програмиране.
- Възможност за използване на съществуващите интернет стандарти При внедряването на услугата за дистанционно обслужване трябва да се използват в максимална степен съществуващите интернет стандарти и да се избягва измислянето на нови решения за проблеми, които вече са решени. Решение, основано на широко приети интернет стандарти, може да се възползва от съществуващите набори от инструменти и продукти, създадени за тази технология.
- Поддръжка на всеки език Решението не трябва да бъде тясно обвързано с конкретен програмен език. Java RMI, например, е тясно свързано с езика Java. Би било трудно да се извика функционалност на отдалечен Java обект от Visual Basic или Perl. Клиентът трябва да може да имплементира нова уеб услуга или да използва съществуваща уеб услуга, независимо от езика за програмиране, на който е написан клиентът.
- Поддръжка на всякаква инфраструктура от разпределени компоненти Решението не трябва да е тясно обвързано с конкретна инфраструктура от компоненти. Всъщност не би трябвало да се налага да закупувате, инсталирате или поддържате инфраструктура от разпределени обекти само за да създадете нова отдалечена услуга или да използвате съществуваща такава. Базовите протоколи трябва да осигуряват минимално ниво на комуникация между съществуващите инфраструктури от разпределени обекти, като например DCOM и CORBA.
Предвид заглавието на тази книга, не би трябвало да е изненада, че решението, създадено от Microsoft, е известно като Уеб услуги. Уеб услугата предоставя интерфейс за извикване на конкретна дейност от името на клиента. Клиентът може да получи достъп до уеб услугата чрез използване на интернет стандарти.
Съставни елементи на уеб услугите
На следната диаграма са показани основните елементи, необходими за осигуряване на дистанционна комуникация между две приложения.
Нека обсъдим предназначението на всеки от тези компоненти. Тъй като много от читателите са запознати с DCOM, ще спомена и DCOM-еквивалента на всеки компонент.
- Откритие Клиентското приложение, което се нуждае от достъп до функционалността, предоставяна от уеб услуга, трябва да има начин да определи местоположението на отдалечената услуга. Това се осъществява чрез процес, който обикновено се нарича откритие. Откриването може да се улесни както чрез централизирана директория, така и чрез по-ад хок методи. В DCOM мениджърът за управление на услугите (SCM) осигурява услуги за откриване.
- Описание След като крайната точка на дадена уеб услуга бъде определена, клиентът се нуждае от достатъчно информация, за да взаимодейства правилно с нея. Описанието на уеб услугата включва структурирани метаданни за интерфейса, предназначени за използване от клиентско приложение, както и писмена документация за уеб услугата, включваща примери за употреба. DCOM компонентът предоставя структурирани метаданни за своите интерфейси чрез библиотека с типове (typelib). Метаданните в библиотеката с типове на компонента се съхраняват в собственически двоичен формат и достъпът до тях се осъществява чрез собственически интерфейс за програмиране на приложения (API).
- Формат на съобщението За да могат да обменят данни, клиентът и сървърът трябва да се споразумеят за общ начин за кодиране и форматиране на съобщенията. Стандартният начин на кодиране на данните гарантира, че данните, кодирани от клиента, ще бъдат правилно интерпретирани от сървъра. В DCOM съобщенията, изпращани между клиент и сървър, се форматират съгласно определенията на протокола DCOM Object RPC (ORPC).
Без стандартен начин за форматиране на съобщенията разработването на набор от инструменти, който да изолира разработчика от базовите протоколи, е практически невъзможно. Създаването на абстракционен слой между разработчика и базовите протоколи позволява на разработчика да се съсредоточи повече върху конкретния бизнес проблем и по-малко върху инфраструктурата, необходима за реализирането на решението.
- Кодиране Данните, предавани между клиента и сървъра, трябва да бъдат кодирани в тялото на съобщението. DCOM използва схема за двоично кодиране, за да сериализира информацията, съдържаща се в параметрите, които се обменят между клиента и сървъра.
- Транспорт След като съобщението е форматирано и данните са сериализирани в тялото на съобщението, то трябва да бъде предадено между клиента и сървъра чрез някакъв транспортен протокол. DCOM поддържа редица собственически протоколи, свързани с редица мрежови протоколи, като например TCP, SPX, NetBEUI и NetBIOS over IPX.
Решения при проектирането на уеб услуги
Нека обсъдим някои от проектните решения, които стоят в основата на тези градивни елементи за уеб услугите.
Choosing Transport Protocols
The first step was to determine how the client and the server would communicate with each other. The client and the server can reside on the same LAN, but the client might potentially communicate with the server over the Internet. Therefore, the transport protocol must be equally suited to LAN environments and the Internet.
As I mentioned earlier, technologies such as DCOM, CORBA, and Java RMI are ill suited for supporting communication between the client and the server over the Internet. Protocols such as Hypertext Transfer Protocol (HTTP) and Simple Mail Transfer Protocol (SMTP) are proven Internet protocols. HTTP defines a request/response messaging pattern for submitting a request and getting an associated response. SMTP defines a routable messaging protocol for asynchronous communication. Let’s examine why HTTP and SMTP are well suited for the Internet.
HTTP-based Web applications are inherently stateless. They do not rely on a continuous connection between the client and the server. This makes HTTP an ideal protocol for high-availability configurations such as firewalls. If the server that handled the client’s original request becomes unavailable, subsequent requests can be automatically routed to another server without the client knowing or caring.
Almost all companies have an infrastructure in place that supports SMTP. SMTP is well suited for asynchronous communication. If service is disrupted, the e-mail infrastructure automatically handles retries. Unlike with HTTP, you can pass SMTP messages to a local mail server that will attempt to deliver the mail message on your behalf.
The other significant advantage of both HTTP and SMTP is their pervasiveness. Employees have come to rely on both e-mail and their Web browsers, and network administrators have a high comfort level supporting these services. Technologies such as network address translation (NAT) and proxy servers provide a way to access the Internet via HTTP from within otherwise isolated corporate LANs. Administrators will often expose an SMTP server that resides inside the firewall. Messages posted to this server will then be routed to their final destination via the Internet.
In the case of credit card processing software, an immediate response is needed from the merchant bank to determine whether the order should be submitted to the ERP system. HTTP, with its request/response message pattern, is well suited to this task.
Most ERP software packages are not capable of handling large volumes of orders that can potentially be driven from the e-commerce application. In addition, it is not imperative that the orders be submitted to the ERP system in real time. Therefore, SMTP can be leveraged to queue orders so that they can be processed serially by the ERP system.
If the ERP system supports distributed transactions, another option is to leverage Microsoft Message Queue Server (MSMQ). As long as the e-commerce application and the ERP system reside within the same LAN, connectivity via non-Internet protocols is less of an issue. The advantage MSMQ has over SMTP is that messages can be placed and removed from the queue within the scope of a transaction. If an attempt to process a message that was pulled off the queue fails, the message will automatically be placed back in the queue when the transaction aborts.
Choosing an Encoding Scheme
HTTP and SMTP provide a means of sending data between the client and the server. However, neither specifies how the data within the body of the message should be encoded. Microsoft needed a standard, platform-neutral way to encode data exchanged between the client and the server.
Because the goal was to leverage Internet-based protocols, Extensible Markup Language (XML) was the natural choice. XML offers many advantages, including cross-platform support, a common type system, and support for industry -standard character sets.
Binary encoding schemes such as those used by DCOM, CORBA, and Java RMI must address compatibility issues between different hardware platforms. For example, different hardware platforms have different internal binary representation of multi-byte numbers. Intel platforms order the bytes of a multi-byte number using the little endian convention; many RISC processors order the bytes of a multi-byte number using the big endian convention.
XML avoids binary encoding issues because it uses a text-based encoding scheme that leverages standard character sets. Also, some transport protocols, such as SMTP, can contain only text-based messages.
Binary methods of encoding, such as those used by DCOM and CORBA, are cumbersome and require a supporting infrastructure to abstract the developer from the details. XML is much lighter weight and easier to handle because it can be created and consumed using standard text-parsing techniques.
In addition, a variety of XML parsers are available to further simplify the creation and consumption of XML documents on practically every modern platform. XML is lightweight and has excellent tool support, so XML encoding allows incredible reach because practically any client on any platform can communicate with your Web service.
Choosing a Formatting Convention
It is often necessary to include additional metadata with the body of the message. For example, you might want to include information about the type of services that a Web service needs to provide in order to fulfill your request, such as enlisting in a transaction or routing information. XML provides no mechanism for differentiating the body of the message from its associated data.
Transport protocols such as HTTP provide an extensible mechanism for header data, but some data associated with the message might not be specific to the transport protocol. For example, the client might send a message that needs to be routed to multiple destinations, potentially over different transport protocols. If the routing information were placed into an HTTP header, it would have to be translated before being sent to the next intermediary over another transport protocol, such as SMTP. Because the routing information is specific to the message and not the transport protocol, it should be a part of the message.
Simple Object Access Protocol (SOAP) provides a protocol-agnostic means of associating header information with the body of the message. Every SOAP message must define an envelope. The envelope has a body that contains the payload of the message and a header that can contain metadata associated with the message.
SOAP imposes no restrictions on how the message body can be formatted. This is a potential concern because without a consistent way of encoding the data, it is difficult to develop a toolset that abstracts you from the underlying protocols. You might have to spend a fair amount of time getting up to speed on the Web service’s interface instead of solving the business problem at hand.
What was needed was a standard way of formatting a remote procedure call (RPC) message and encoding its list of parameters. This is exactly what Section 7 of the SOAP specification provides. It describes a standard naming convention and encoding style for procedure-oriented messages.
Because SOAP provides a standard format for serializing data into an XML message, platforms such as ASP.NET and Remoting can abstract away the details for you.
Choosing Description Mechanisms
SOAP provides a standard way of formatting messages exchanged between the Web service and the client. However, the client needs additional information in order to properly serialize the request and interpret the response. XML Schema provides a means of creating schemas that can be used to describe the contents of a message.
XML Schema provides a core set of built-in datatypes that can be used to describe the contents of a message. You can also create your own datatypes. For example, the merchant bank can create a complex datatype to describe the content and structure of the body of a message used to submit a credit card payment request.
A schema contains a set of datatype and element definitions. A Web service uses the schema not only to communicate the type of data that is expected to be within a message but also to validate incoming and outgoing messages.
A schema alone does not provide enough information to effectively describe a Web service, however. The schema does not describe the message patterns between the client and the server. For example, a client needs to know whether to expect a response when an order is posted to the ERP system. A client also needs to know over what transport protocol the Web service expects to receive requests. Finally, the client needs to know the address where the Web service can be reached.
This information is provided by a Web Services Description Language (WSDL) document. WSDL is an XML document that fully describes a particular Web service. Tools such as ASP.NET WSDL.exe and Remoting SOAPSUDS.exe can consume WSDL and automatically build proxies for the developer.
As with any component used to build software, a Web service should also be accompanied by written documentation for developers who program against the Web service. The documentation should describe what the Web service does, the interfaces it exposes, and some examples of how to use it. Good documentation is especially important if the Web service is exposed to clients over the Internet.
Choosing Discovery Mechanisms
Once you’ve developed and documented a Web service, how can potential clients locate it? If the Web service is designed to be consumed by a member of your development team, your approach can be pretty informal, such as sharing the URL of the WSDL document with your peer a couple of cubicles down. But when potential clients are on the Internet, advertising your Web service effectively is an entirely different story.
What’s needed is a common way to advertise Web services. Universal Description, Discovery, and Integration (UDDI) provides just such a mechanism. UDDI is an industry-standard centralized directory service that can be used to advertise and locate Web services. UDDI allows users to search for Web services using a host of search criteria, including company name, category, and type of Web service.
Web services can also be advertised via DISCO, a proprietary XML document format defined by Microsoft that allows Web sites to advertise the services they expose. DISCO defines a simple protocol for facilitating a hyperlink style for locating resources. The primary consumer of DISCO is Microsoft Visual Studio.NET. A developer can target a particular Web server and navigate through the various Web services exposed by the server.
What’s Missing from Web Services?
You might have noticed that some key items found within a distributed component infrastructure are not defined by Web services. Two of the more noticeable omissions are a well-defined API for creating and consuming Web services and a set of component services, such as support for distributed transactions. Let’s discuss each of these missing pieces.
- Web service -specific API Most distributed component infrastructures define an API to perform such tasks as initializing the runtime, creating an instance of a component, and reflecting the metadata used to describe the component. Because most high-level programming languages provide some degree of interoperability with C, the API is usually exposed as a flat set of C method signatures. RMI goes so far as to tightly couple its API with a single high-level language, Java.
In an effort to ensure that Web services are programming language-agnostic, Microsoft has left it up to individual software vendors to bind support for Web services to a particular platform. I will discuss two Web service implementations for the.NET platform, ASP.NET and Remoting, later in the book.
- Component services The Web services platform does not provide many of the services commonly found in distributed component infrastructures, such as remote object lifetime management, object pooling, and support for distributed transactions. These services are left up to the distributed component infrastructure to implement.
Some services, such as support for distributed transactions, can be introduced later as the technology matures. Others, such as object pooling and possibly object lifetime management, can be considered an implementation detail of the platform. For example, Remoting defines extensions to provide support for object lifetime management, and Microsoft Component Services provides support for object pooling.
Summary
Component-based programming has proven to be a boon to developer productivity, but some services cannot be encapsulated by a component that resides within the client’s datacenter. Legacy technologies such as DCOM, CORBA, and Java RMI are ill-suited to allowing clients to access services over the Internet, so Microsoft found it necessary to start from the bottom and build an industry-standard way of accessing remote services.
Уеб услуги is an umbrella term that describes a collection of industry- standard protocols and services used to facilitate a base-line level of interoperability between applications. The industry support that Web services has received is unprecedented. Never before have so many leading technology companies stepped up to support a standard that facilitates interoperability between applications, regardless of the platform on which they are run.
One of the contributing factors to the success of Web services is that they’re built on existing Internet standards such as XML and HTTP. As a result, any system capable of parsing text and communicating via a standard Internet transport protocol can communicate with a Web service. Companies can also leverage the investment they have already made in these technologies.