Przegląd
Programowanie oparte na komponentach stało się bardziej popularne niż kiedykolwiek. Prawie nie buduje się dziś aplikacji, która nie wykorzystuje komponentów w jakiejś formie, zwykle od różnych dostawców. Ponieważ aplikacje stały się bardziej wyrafinowane, wzrosła również potrzeba wykorzystania komponentów rozproszonych na zdalnych maszynach.
Przykładem aplikacji opartej na komponentach jest kompleksowe rozwiązanie e-commerce. Aplikacja e-commerce rezydująca na farmie internetowej musi przesyłać zamówienia do aplikacji planowania zasobów przedsiębiorstwa (ERP). W wielu przypadkach aplikacja ERP znajduje się na innym sprzęcie i może działać na innym systemie operacyjnym.
Microsoft Distributed Component Object Model (DCOM), rozproszona infrastruktura obiektowa, która umożliwia aplikacji wywoływanie komponentów Component Object Model (COM) zainstalowanych na innym serwerze, została przeniesiona na wiele platform innych niż Windows. Jednak DCOM nigdy nie zyskał szerokiej akceptacji na tych platformach, więc rzadko jest używany do ułatwienia komunikacji między komputerami z systemem Windows i innymi systemami. Dostawcy oprogramowania ERP często tworzą komponenty dla platformy Windows, które komunikują się z systemem zaplecza za pośrednictwem zastrzeżonego protokołu.
Niektóre usługi wykorzystywane przez aplikację e-commerce mogą w ogóle nie znajdować się w centrum danych. Na przykład, jeśli aplikacja e-commerce akceptuje płatność kartą kredytową za towary zakupione przez klienta, musi wywołać usługi banku handlowego w celu przetworzenia informacji o karcie kredytowej klienta. Jednak ze względów praktycznych DCOM i powiązane technologie, takie jak CORBA i Java RMI, są ograniczone do aplikacji i komponentów zainstalowanych w korporacyjnym centrum danych. Dwa główne powody tego są takie, że domyślnie technologie te wykorzystują zastrzeżone protokoły, a protokoły te są z natury zorientowane na połączenia.
Klienci komunikujący się z serwerem przez Internet napotykają wiele potencjalnych barier w komunikacji z serwerem. Świadomi bezpieczeństwa administratorzy sieci na całym świecie wdrożyli routery korporacyjne i zapory ogniowe, aby uniemożliwić praktycznie każdy rodzaj komunikacji przez Internet. Często potrzeba aktu bożego, aby administrator sieci otworzył porty poza absolutnym minimum.
Jeśli masz wystarczająco dużo szczęścia, aby administrator sieci otworzył odpowiednie porty do obsługi Twojej usługi, prawdopodobnie Twoi klienci nie będą mieli tyle szczęścia. W rezultacie zastrzeżone protokoły, takie jak te używane przez DCOM, CORBA i Java RMI, nie są praktyczne w scenariuszach internetowych.
Jak już wspomniałem, innym problemem związanym z tymi technologiami jest to, że są one z natury zorientowane na połączenia i dlatego nie są w stanie sprawnie radzić sobie z przerwami w sieci. Ponieważ Internet nie jest pod bezpośrednią kontrolą użytkownika, nie można przyjmować żadnych założeń dotyczących jakości lub niezawodności połączenia. Jeśli wystąpi przerwa w sieci, następne połączenie klienta z serwerem może zakończyć się niepowodzeniem.
Zorientowany na połączenia charakter tych technologii sprawia również, że trudno jest zbudować infrastrukturę równoważącą obciążenie, niezbędną do osiągnięcia wysokiej skalowalności. Po zerwaniu połączenia między klientem a serwerem nie można po prostu skierować następnego żądania do innego serwera.
Deweloperzy próbowali przezwyciężyć te ograniczenia, wykorzystując model o nazwie bezpaństwowy programowanie, ale odniosły one ograniczony sukces, ponieważ technologie te są dość ciężkie i sprawiają, że ponowne nawiązanie połączenia ze zdalnym obiektem jest kosztowne.
Ponieważ przetwarzanie karty kredytowej klienta jest realizowane przez zdalny serwer w Internecie, DCOM nie jest idealny do ułatwiania komunikacji między klientem e-commerce a serwerem przetwarzania kart kredytowych. Podobnie jak w przypadku rozwiązania ERP, komponent innej firmy jest często instalowany w centrum danych klienta (w tym przypadku przez dostawcę rozwiązania do przetwarzania kart kredytowych). Komponent ten służy jako niewiele więcej niż proxy, które ułatwia komunikację między oprogramowaniem e-commerce a bankiem handlowym za pośrednictwem zastrzeżonego protokołu.
Czy widzisz tu jakiś wzór? Ze względu na ograniczenia istniejących technologii w ułatwianiu komunikacji między systemami komputerowymi, producenci oprogramowania często uciekają się do budowania własnej infrastruktury. Oznacza to, że zasoby, które mogły zostać wykorzystane do dodania ulepszonej funkcjonalności do systemu ERP lub systemu przetwarzania kart kredytowych, zostały zamiast tego poświęcone na pisanie zastrzeżonych protokołów sieciowych.
Starając się lepiej wspierać takie scenariusze internetowe, Microsoft początkowo przyjął strategię rozszerzania istniejących technologii, w tym COM Internet Services (CIS), która pozwala na ustanowienie połączenia DCOM między klientem a zdalnym komponentem przez port 80. Z różnych powodów CIS nie został powszechnie zaakceptowany.
Stało się jasne, że potrzebne jest nowe podejście. Firma Microsoft postanowiła więc rozwiązać ten problem oddolnie. Przyjrzyjmy się niektórym wymaganiom, które rozwiązanie musiało spełnić, aby odnieść sukces.
- Interoperacyjność Usługa zdalna musi być w stanie być wykorzystywana przez klientów na innych platformach.
- Przyjazność dla Internetu Rozwiązanie powinno działać dobrze w przypadku obsługi klientów, którzy uzyskują dostęp do usługi zdalnej z Internetu.
- Silnie typowane interfejsy Nie powinno być żadnych niejasności co do typu danych wysyłanych do i odbieranych z usługi zdalnej. Co więcej, typy danych zdefiniowane przez usługę zdalną powinny być dość dobrze odwzorowane na typy danych zdefiniowane przez większość proceduralnych języków programowania.
- Możliwość wykorzystania istniejących standardów internetowych Wdrożenie usługi zdalnej powinno w jak największym stopniu wykorzystywać istniejące standardy internetowe i unikać ponownego wymyślania rozwiązań problemów, które zostały już rozwiązane. Rozwiązanie oparte na powszechnie przyjętych standardach internetowych może wykorzystać istniejące zestawy narzędzi i produkty stworzone dla tej technologii.
- Obsługa dowolnego języka Rozwiązanie nie powinno być ściśle powiązane z konkretnym językiem programowania. Na przykład Java RMI jest ściśle powiązane z językiem Java. Trudno byłoby wywołać funkcjonalność na zdalnym obiekcie Java z Visual Basic lub Perl. Klient powinien być w stanie zaimplementować nową usługę sieci Web lub użyć istniejącej usługi sieci Web niezależnie od języka programowania, w którym klient został napisany.
- Obsługa dowolnej rozproszonej infrastruktury komponentów Rozwiązanie nie powinno być ściśle powiązane z konkretną infrastrukturą komponentów. W rzeczywistości nie powinieneś być zobowiązany do zakupu, instalacji lub utrzymania rozproszonej infrastruktury obiektowej tylko po to, aby zbudować nową usługę zdalną lub korzystać z istniejącej usługi. Podstawowe protokoły powinny ułatwiać podstawowy poziom komunikacji między istniejącymi rozproszonymi infrastrukturami obiektowymi, takimi jak DCOM i CORBA.
Biorąc pod uwagę tytuł tej książki, nie powinno dziwić, że rozwiązanie stworzone przez Microsoft jest znane jako Usługi sieciowe. Usługa sieciowa udostępnia interfejs do wywoływania określonego działania w imieniu klienta. Klient może uzyskać dostęp do usługi sieci Web poprzez wykorzystanie standardów internetowych.
Bloki konstrukcyjne usług sieciowych
Poniższa grafika przedstawia podstawowe bloki konstrukcyjne potrzebne do ułatwienia zdalnej komunikacji między dwiema aplikacjami.
Omówmy cel każdego z tych bloków konstrukcyjnych. Ponieważ wielu czytelników zna DCOM, wspomnę również o odpowiedniku DCOM każdego bloku konstrukcyjnego.
- Odkrycie Aplikacja kliencka, która potrzebuje dostępu do funkcji udostępnianych przez usługę sieci Web, musi mieć sposób na określenie lokalizacji usługi zdalnej. Odbywa się to poprzez proces ogólnie określany jako odkrycie. Odnajdywanie może być ułatwione poprzez scentralizowany katalog, jak również poprzez bardziej doraźne metody. W DCOM, Service Control Manager (SCM) zapewnia usługi wykrywania.
- Opis Po ustaleniu punktu końcowego dla konkretnej usługi sieci Web, klient potrzebuje wystarczających informacji, aby prawidłowo z nią współdziałać. Opis usługi sieci Web obejmuje ustrukturyzowane metadane dotyczące interfejsu, który ma być wykorzystywany przez aplikację kliencką, a także pisemną dokumentację usługi sieci Web, w tym przykłady użycia. Komponent DCOM udostępnia ustrukturyzowane metadane o swoich interfejsach za pośrednictwem biblioteki typów (typelib). Metadane w typelib komponentu są przechowywane w zastrzeżonym formacie binarnym i są dostępne za pośrednictwem zastrzeżonego interfejsu programowania aplikacji (API).
- Format wiadomości W celu wymiany danych, klient i serwer muszą uzgodnić wspólny sposób kodowania i formatowania wiadomości. Standardowy sposób kodowania danych gwarantuje, że dane zakodowane przez klienta zostaną poprawnie zinterpretowane przez serwer. W DCOM wiadomości wysyłane między klientem a serwerem są formatowane zgodnie z definicją protokołu DCOM Object RPC (ORPC).
Bez standardowego sposobu formatowania wiadomości, opracowanie zestawu narzędzi abstrahujących dewelopera od podstawowych protokołów jest prawie niemożliwe. Stworzenie warstwy abstrakcji między deweloperem a podstawowymi protokołami pozwala deweloperowi skupić się bardziej na danym problemie biznesowym, a mniej na infrastrukturze wymaganej do wdrożenia rozwiązania.
- Kodowanie Dane przesyłane między klientem a serwerem muszą być zakodowane w treści wiadomości. DCOM wykorzystuje schemat kodowania binarnego do serializacji danych zawartych w parametrach wymienianych między klientem a serwerem.
- Transport Po sformatowaniu wiadomości i serializacji danych w treści wiadomości, wiadomość musi zostać przesłana między klientem a serwerem za pośrednictwem protokołu transportowego. DCOM obsługuje wiele zastrzeżonych protokołów powiązanych z wieloma protokołami sieciowymi, takimi jak TCP, SPX, NetBEUI i NetBIOS przez IPX.
Decyzje dotyczące projektowania usług internetowych
Let’s discuss some of the design decisions behind these building blocks for Web services.
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.
Usługi sieciowe 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.