Архитектура клиент серверного приложения — Мир ПК

IT-блог о веб-технологиях, серверах, протоколах, базах данных, СУБД, SQL, компьютерных сетях, языках программирования и создание сайтов.

О модели взаимодействия клиент-сервер простыми словами. Архитектура «клиент-сервер» с примерами

• 28.07.2016
• Сервера и протоколы
• Комментариев нет

Привет, посетитель сайта ZametkiNaPolyah.ru! Продолжаем рубрику Сервера и протоколы. В этой записи мы поговорим о том, как работают приложения и сайты в сети Интернет, да и вообще в любой компьютерной сети. В основе работы приложения лежит так называемая модель взаимодействия клиент-сервер, которая позволяет разделять функционал и вычислительную нагрузку между клиентскими приложениями (заказчиками услуг) и серверными приложениями (поставщиками услуг).

Модель взаимодействия клиент-сервер. Архитектура «клиент-сервер».

Итак, небольшая аннотация к записи: сначала мы разберемся с концепцией взаимодействия клиент сервер. Затем поговорим о том зачем вообще веб-мастеру нужно понимать модель клиент-сервер. Далее мы посмотрим на архитектуру приложений, которые работают по принципу клиент-сервер и в завершении рассмотрим преимущества и недостатки данной модели.

Концепция взаимодействия клиент-сервер

Миллионы людей каждый день выходят в сеть Интернет, чтобы почитать новости, пообщаться с друзьями, получить полезную информацию, совершить покупку или оплатить счет. Но большая часть рядовых пользователей даже не догадывается о том, как и с помощью чего они всё это делают, да на самом деле большинству людей это и не нужно, главное, чтобы они получали услугу вовремя и качественно.

Здесь мы разберемся с концепцией, которая позволяет нам выполнять все эти действия в сети Интернет. Данная концепция получила название «клиент-сервер». Как понятно из названия, в данной концепции участвуют две стороны: клиент и сервер. Здесь всё как в жизни: клиент – это заказчик той или иной услуги, а сервер – поставщик услуг. Клиент и сервер физически представляют собой программы, например, типичным клиентом является браузер. В качестве сервера можно привести следующие примеры: все HTTP сервера (в частности Apache), MySQL сервер, локальный веб-сервер AMPPS или готовая сборка Denwer (последних два примера – это не проста сервера, а целый набор серверов).

Клиент и сервер взаимодействую друг с другом в сети Интернет или в любой другой компьютерной сети при помощи различных сетевых протоколов, например, IP протокол, HTTP протокол, FTP и другие. Протоколов на самом деле очень много и каждый протокол позволяет оказывать ту или иную услугу. Например, при помощи HTTP протокола браузер отправляет специальное HTTP сообщение, в котором указано какую информацию и в каком виде он хочет получить от сервера, сервер, получив такое сообщение, отсылает браузеру в ответ похожее по структуре сообщение (или несколько сообщений), в котором содержится нужная информация, обычно это HTML документ.

Сообщения, которые посылают клиенты получили названия HTTP запросы. Запросы имеют специальные методы, которые говорят серверу о том, как обрабатывать сообщение. А сообщения, которые посылает сервер получили название HTTP ответы, они содержат помимо полезной информации еще и специальные коды состояния, которые позволяют браузеру узнать то, как сервер понял его запрос.

Сейчас мы схематично описали, как взаимодействуют клиент и сервер на седьмом уровне модели OSI, но, на самом деле это взаимодействие происходит на всех семи уровнях. Когда клиент отправляет запрос, сообщение упаковывается, можно представить, что сообщение заворачивается в семь оберток (хотя их может быть намного больше или же меньше), а когда сообщение получает сервер, он начинает эти обертки разворачивать.

Также стоит заметить, что в основе взаимодействия клиент-сервер лежит принцип того, что такое взаимодействие начинает клиент, сервер лишь отвечает клиенту и сообщает о том может ли он предоставить услугу клиенту и если может, то на каких условиях. Клиентское программное обеспечение и серверное программное обеспечение обычно установлено на разных машинах, но также они могут работать и на одном компьютере.

Данная концепция взаимодействия была разработана в первую очередь для того, чтобы разделить нагрузку между участниками процесса обмена информацией, а также для того, чтобы разделить программный код поставщика и заказчика. Ниже вы можете увидеть упрощенную схему взаимодействия клиент-сервер.

Простая схема взаимодействия клиент-сервер

Мы видим, что к одному серверу может обращаться сразу несколько клиентов (действительно, на одном сайте может находиться несколько посетителей). Также стоит заметить, что количество клиентов, которые могут одновременно взаимодействовать с сервером зависит от мощности сервера и от того, что хочет получить клиент от сервера.

Многие сетевые протоколы построены на архитектуре клиент-сервер, поэтому в их основе обычно лежат одинаковые или схожие принципы взаимодействия, а разницу мы видим лишь в деталях, которые обусловлены особенностями и спецификой области, для которой разрабатывался тот или иной сетевой протокол.

Почему веб-мастеру нужно понимать модель взаимодействия клиент-сервер

Давайте теперь ответим на вопрос: «зачем веб-мастеру или веб-разработчику понимать концепцию взаимодействия клиент-сервер?». Ответ, естественно, очевиден. Чтобы что-то делать своими руками нужно понимать, как это работает. Чтобы сделать сайт и, чтобы он правильно работал в сети Интернет или хотя бы просто работал, нам нужно понимать, как работает сеть Интернет.

Мы уже упоминали, что большая часть сетевых протоколов имеют архитектуру клиент-сервер. Например, веб-мастеру или веб-разработчику будут интересны протоколы седьмого и шестого уровня эталонной модели. Сетевым администраторам важно понимать, как происходит взаимодействие на уровнях с пятого по второй. Для инженеров связи наибольший интерес представляют протоколы с четвертого по первый уровень модели OSI.

Поэтому если вы действительно хотите быть профессионалом в сфере web, то сперва вам необходимо понимать, как происходит взаимодействии в сети (именно на седьмом уровне), а уже потом начинать изучать инструменты, которые позволят создавать сайты.

Архитектура «клиент-сервер»

Архитектура клиент-сервер определяет лишь общие принципы взаимодействия между компьютерами, детали взаимодействия определяют различные протоколы. Данная концепция нам говорит, что нужно разделять машины в сети на клиентские, которым всегда что-то надо и на серверные, которые дают то, что надо. При этом взаимодействие всегда начинает клиент, а правила, по которым происходит взаимодействие описывает протокол.

Существует два вида архитектуры взаимодействия клиент-сервер: первый получил название двухзвенная архитектура клиент-серверного взаимодействия, второй – многоуровневая архитектура клиент-сервер (иногда его называют трехуровневая архитектура или трехзвенная архитектура, но это частный случай).

Принцип работы двухуровневой архитектуры взаимодействия клиент-сервер заключается в том, что обработка запроса происходит на одной машине без использования сторонних ресурсов. Двухзвенная архитектура предъявляет жесткие требования к производительности сервера, но в тоже время является очень надежной. Двухуровневую модель взаимодействия клиент-сервер вы можете увидеть на рисунке ниже.

Двухуровневая модель взаимодействия клиент-сервер

Здесь четко видно, что есть клиент (1-ый уровень), который позволяет человеку сделать запрос, и есть сервер, который обрабатывает запрос клиента.

Если говорить про многоуровневую архитектуру взаимодействия клиент-сервер, то в качестве примера можно привести любую современную СУБД (за исключением, наверное, библиотеки SQLite, которая в принципе не использует концепцию клиент-сервер). Суть многоуровневой архитектуры заключается в том, что запрос клиента обрабатывается сразу несколькими серверами. Такой подход позволяет значительно снизить нагрузку на сервер из-за того, что происходит распределение операций, но в то же самое время данный подход не такой надежный, как двухзвенная архитектура. На рисунке ниже вы можете увидеть пример многоуровневой архитектуры клиент-сервер.

Многоуровневая архитектура взаимодействия клиент-сервер

Типичный пример трехуровневой модели клиент-сервер. Если говорить в контексте систем управления базами данных, то первый уровень – это клиент, который позволяет нам писать различные SQL запросы к базе данных. Второй уровень – это движок СУБД, который интерпретирует запросы и реализует взаимодействие между клиентом и файловой системой, а третий уровень – это хранилище данных.

Если мы посмотрим на данную архитектуру с позиции сайта. То первый уровень можно считать браузером, с помощью которого посетитель заходит на сайт, второй уровень – это связка Apache + PHP, а третий уровень – это база данных. Если уж говорить совсем просто, то PHP больше ничего и не делает, кроме как, гоняет строки и базы данных на экран и обратно в базу данных.

Преимущества и недостатки архитектуры клиент-сервер

Преимуществом модели взаимодействия клиент-сервер является то, что программный код клиентского приложения и серверного разделен. Если мы говорим про локальные компьютерные сети, то к преимуществам архитектуры клиент-сервер можно отнести пониженные требования к машинам клиентов, так как большая часть вычислительных операций будет производиться на сервере, а также архитектура клиент-сервер довольно гибкая и позволяет администратору сделать локальную сеть более защищенной.

К недостаткам модели взаимодействия клиент-сервер можно отнести то, что стоимость серверного оборудования значительно выше клиентского. Сервер должен обслуживать специально обученный и подготовленный человек. Если в локальной сети ложится сервер, то и клиенты не смогут работать (в качестве частного случая можно привести пример: мощности сервера не всегда хватает, чтобы удовлетворит запросы клиентов, если вы хоть раз работали с биллинговыми системами, то понимаете о чем я: время ожидания ответа от сервера может быть очень большим).

В качестве заключения нам стоит явно акцентировать внимание на том, что архитектура клиент-сервер не делит машины на только клиент или только сервер, а скорее позволяет распределить нагрузку и разделить функционал между клиентской частью и серверной.

Лекция 1. Введение в архитектуру клиент-серверных андроид-приложений. Часть 1

Представляем курс по архитектуре клиент-серверных андроид-приложений на основе материалов курса Артура Василова, который проходил на Google Developers Group 2016 в Казани.

Чтобы на практике познакомиться с архитектурой клиент-серверных приложений, записывайтесь на продвинутый курс по разработке приложения «Чат-мессенжер»

Введение в архитектуру android приложений

Прежде чем приступить непосредственно к изучению способов построения архитектуры клиент-серверных Android-приложений, было бы хорошо узнать, почему вообще эта тематика важна.

И этот вопрос логичен. Во-первых, пользователю совсем-совсем безразлична архитектура вашего приложения. Серьезно, кто из вас при использовании программ и приложений часто задумывается о том, сделали его по MVP или MVC? Ответ – никто. Во-вторых, работа с архитектурой требует дополнительных усилий: ее нужно создавать, в нее нужно вникать и учить людей работать по ней. Но чтобы создать более четкую картину для ответа на этот вопрос, нужно вернуться в относительно недалекое прошлое, а именно в 2007 и 2008 года, когда были выпущены соответственно первые версии устройств под iOS и Android.

Нужно признать, что Google успел отстать от Apple в плане выхода на мобильный рынок и это привело к некоторым последствиям, а именно к спешке при выходе первой версии Android. Нет ничего удивительного в том, что Google стремился в первую очередь доделать основные пользовательские функции, а забота об удобстве разработчиков была вторым приоритетом. Поэтому вместе с первой версией Android Google не предоставил разработчикам каких-то стандартных рекомендаций ни по разработке, ни по дизайну и UX. Что привело к тому, что каждый разработчик или каждая компания были вынуждены писать как хотели и как умели.

Конечно, нужно признать, что в дальнейшем Google проделал огромную работу по популяризации системы Android среди разработчиков. Но при этом изначальные проблемы так и не были до конца решены.

Какие же это проблемы? В плане дизайна понятно, что абсолютно разные стили приложений смущают пользователя системы Android, и ему бывает тяжело ориентироваться. Но что не так с отсутствием стандартов в самом коде? Ведь как было сказано чуть выше, пользователь никак не может знать, насколько хорош код вашего приложения, и это не влияет на его использование. Проблема заключается в том, что не все разработчики хорошо владеют паттернами проектирования и умеют разрабатывать хорошую архитектуру приложений. Если же не следовать четким принципам в архитектуре вы очень скоро получите код, который:

• Невозможно поддерживать. В коде будет много сложной логики, она не будет расположена в строго определенных классах, будет непонятно, как работает та или иная часть вашего приложения. Из этого следует, что при добавлении нового функционала вам придется либо долго и усиленно разбираться в написанном коде, рефакторить его и делать все правильно, либо сделать задачу кое-как, то есть, образно говоря, через костыли. В связи с тем, что не все разработчики понимают необходимость рефакторинга и умеют убеждать в этой необходимости руководство, и не каждый руководитель согласится отсрочить выход новой версии и понести дополнительные траты из-за рефакторинга, намного чаще выбирается второй вариант. Это часто приводит к ужасающим последствиям. Лично мне не раз приходилось видеть огромные приложения, состоящие из трех файлов Activity. Разумеется, каждая из этих Activity состояла из тысяч, а то и из десятков тысяч строк, что делало их абсолютно невозможными для чтения. Более того, каждый новый функционал, реализованный через костыли, является причиной дополнительных багов и крашей.
• Невозможно протестировать. Эта проблема плавно вытекает из первой. Вы не сможете писать модульные тесты, если все приложение – это один большой модуль. Более того, в силу особенностей написания тестов для Android-приложений на JVM, при большом количестве зависимостей от классов Android в тестируемых классах, вы не сможете писать тесты. А отсуствие тестов:
  1. Дает вам гораздо меньше уверенности в том, что ваш код работает правильно.
  2. Вы не сможете быстро проверить, что добавленные изменения не сломают работу остальных частей вашего приложения.

Такая ситуация продолжалась достаточно долго. Приложения под Android продолжались писаться в разных стилях с абсолютно разными подходами в дизайне и в архитектуре. Кто-то брал дизайн из системы iOS, а паттерны проектирования из Web-разработки (в частности, попытки использовать MVC в Android обязаны своему существованию именно Web-разработчикам, перешедшим в Android). И сложно сказать, почему не было никаких попыток исправить эту ситуацию, Android – это очень молодая система, и к моменту ее выхода все паттерны проектирования и архитектурные паттерны уже были широко известны.

В общем, все шло своим чередом до 2014 года, когда случилось сразу два важнейших события. Первое хорошо известно всем – это презентация концепции Material Design на Google I/O. Можно по-разному относиться к этой концепции, кто-то считает ее неудачной, кто-то говорит, что таким образом Google ограничивает свободу разработчиков в выборе дизайна. Но то, что появление этой концепции сильно улучшило ситуацию в среднем, – это бесспорно.

Понятно, что за конференцией Google I/O следят все и что Google приложил немало усилий в популяризации философии Material Design, так что Material Design был обречен на использование всеми. А вот другое знаковое событие произошло куда с меньшей популярностью, так как это была всего лишь статья. Это статья “Architecting Android… The clean way?” от Fernando Cejas. По сути эти всего лишь адаптация принципов Clean Architecture от “дядюшки Боба” (Роберта Мартина) для использования в Android. Эта статья дала огромный толчок (а вполне возможно, что это просто совпадение и статья вышла в тот момент, когда разработчики уже были готовы искать лучшие решения) в развитии архитектуры приложений.

Если говорить кратко (а подробнее мы посмотрим дальше по курсу), то хорошая архитектура должна позволять писать тесты для классов, содержащих бизнес-логику и должна строить модули приложения независимыми от почти всех внешних элементов. А если говорить еще проще, то ваш код должен быть тестируемым и его должно быть легко применять и приятно читать. Качество кода приложения можно даже замерить стандартной единицей измерения – количество WTF в минуту (из книги Роберта Мартина “Clean Code”).

Теперь мы можем примерно представить, что от нас требуется при построении архитектуры приложения и можем перейти непосредственно к рассмотрению всех тем!

Основные задачи при разработке клиент-серверных приложений

Так в чем же заключается сложность создания клиент-серверных Android-приложений, которые бы удовлетворяли всем принципам, которые были описаны ранее? Есть 2 крупные проблемы, каждую из которых на самом деле можно разбить еще на большее число проблем:

• Реализация клиент-серверного взаимодействия. Казалось бы, в чем здесь проблема? Мы все умеем выполнять запросы к серверу с использованием различных средств, обрабатывать результат и показывать его пользователю. И да, и нет. Здесь существует масса факторов. Во-первых, нужно уметь корректно обрабатывать ошибки, которые могут быть самыми разными: от отсутствия интернета и неправильных параметров в запросе, до не отвечающего сервера и ошибках в ответе. Во-вторых, в вашем приложении может быть не один запрос, а много, и вполне возможна ситуация, что вам придется комбинировать результаты этих запросов сложным образом: выполнять их параллельно, использовать результат предыдущего запроса для выполнения следующего и так далее. В-третьих, и это самое неприятное – запросы могут занимать значительное время, а пользователь часто не самый терпеливый и тихий человек – он может крутить устройство (и тогда вы потеряете текущие данные в Activity), а может и вовсе закрыть приложение, и тогда вы можете получить рассинхронизацию в данных (когда на сервере данные обновились, а приложение не знает об этом и отображает некорректную или устаревшую информацию). И все это нужно каким-то образом решать.
• Обеспечение возможности тестирования классов, содержащих бизнес-логику приложения. Это также подразумевает под собой немало внутренних проблем. Во-первых, нужно обеспечить модульность классов. Это следует из самой сути и из самого названия Unit-тестов. Чтобы обеспечить модульность, нужно разделять классы по логическим слоям для каждого экрана. То есть вместо того, чтобы писать весь код, относящийся к одному экрану, в одной активити, нужно грамотно разделить его на несколько классов, каждый из которых будет иметь свою зону ответственности. Во-вторых, если говорить о тестах с помощью JUnit, то нужно понимать, что тестируемые таким образом классы должны содержать минимальное количество зависимостей от Android-классов, так как Java и ее виртуальная машина об этих классах не знает ничего (подробнее этот момент будет описан в лекции про тестирование). В-третьих, самая сложная логика приложения почти всегда связана с работой с данными от сервера. Мы должны протестировать различные возможные ситуации, такие как ожидаемый ответ сервера, ошибка сервера и разные ответы, приводящие к разному поведению приложения. Но при выполнении теста мы не можем по своему желанию “уронить” сервер или заставить его отдать нужные нам данные. К тому же, серверные запросы выполняются долго и асинхронно, а тесты должны работать последовательно. Все эти проблемы можно решить, если подменять реализацию сервера на определенном слое, к которому будут обращаться тестируемые классы. Все это также будет рассмотрено далее.

Эти проблемы и приходится решать при создании грамотной и правильной архитектуры, и это всегда не очень просто. Более того, иногда невозможно добиться желаемого результата, и у каждого способа есть как свои недостатки, так и достоинства. Рассмотрением всех этих способов мы и будем заниматься на протяжении курса, и после вы сможете решить, как именно вы хотите разрабатывать клиент-серверные приложения.

Архитектура клиент-сервер или Web: выбор разработчика

Везет разработчикам! Им редко приходится иметь дело с теми программными продуктами, которые они создают. Даже если, принимая очередное решение, разработчик исполнен благих намерений, это отнюдь не гарантирует продуктивной работы пользователей и администраторов с его приложением. В последнее время среди наиболее важных вопросов создания сетевых приложений появился еще один: какую выбрать архитектуру — клиент-серверную или основанную на службе Web?

Существование этих двух типов архитектуры характеризует современное состояние дел в технологии построения информационных систем, причем архитектура клиент-сервер является более распространенной. Главное различие данных подходов заключается в том, как каждый из них «представляет» себе свое дальнейшее развитие и реагирует на основные тенденции рынка вычислительных технологий.

Например, системы клиент-сервер не могут полноценно реализовать те преимущества, которые предоставляют сетевые компьютеры, интрасети и язык Java. Web-приложения на основе Java и ActiveX являют собой новую централизованную архитектуру, в отличие от распределенного подхода к вычислениям, реализованного благодаря появлению настольных компьютеров. Однако отложим на время дискуссию о перспективах и на примере конкретной компании или сети рассмотрим, как оба этих подхода работают уже сегодня.

Клиент-сервер и Web: рассмотрим поближе

Производительность, надежность, интенсивность сетевого трафика, степень загрузки администратора, обеспечение безопасности и балансировка нагрузки — все это критерии оценки сетевой информационной системы. Мало того, все они тесно взаимосвязаны.

Дело осложняется еще и тем, что довольно трудно дать точное определение двум рассматриваемым архитектурным подходам. В классической архитектуре клиент-сервер клиентская часть представлена так называемым «толстым» клиентом, т. е. приложением, разработанным с помощью пакета типа Visual Basic или Delphi . Свое «прозвище» он получил в связи с тем, что помимо уровня представления информации содержит еще и бизнес-логику прикладной задачи. Такой клиент работает не только с реляционной базой данных, но и с файл-сервером. Стандартное Web-приложение, как правило, используется лишь для представления данных. Вся бизнес-логика в этом случае выполняется на сервере приложений, который и обращается к СУБД.

Однако существуют реализации архитектуры клиент-сервер, где часть бизнес-логики перенесена на выделенные компьютеры. Такие системы уже ближе к классической Web-архитектуре. Или, наоборот, могут быть созданы Web-приложения, в которых часть бизнес-логики выполняется на основе кода на JavaScript или мини-приложения Java.

Исследование производительности

Для сравнительной оценки производительности этих двух подходов мы засекали время реакции пользовательского интерфейса, отражающего работу бизнес-логики сначала на клиентской стороне (при тестировании «толстого» клиента), а потом и на серверной, причем во втором случае приложения запускались на нескольких машинах.

Заложенная в программу бизнес-логика состояла в основном из SQL-запросов, и ее главной целью было просто загрузить процессор машины. Программы на «толстых» клиентах содержали как прикладную часть, так и функции управления пользовательским интерфейсом, например ввод и редактирование данных. Бизнес-логика, работавшая на серверах приложений, была создана преимущественно с помощью программного интерфейса ISAPI (Internet Server Application Programming Interface) фирмы Microsoft и содержала вызовы функций динамических библиотек, в частности отвечающих за формирования страниц HTML. Для доступа к таблицам базы данных обе версии приложений — и клиент-серверная и Web — использовали интерфейс ODBC (Open Database Connectivity).

В процессе запуска наших «доморощенных» приложений мы отметили, что динамические библиотеки, написанные на Delphi , работают быстрее DLL, созданных с помощью Visual Basic. И вообще, производительность Delphi нас приятно удивила. Дело в том, что мы использовали специальную библиотеку WebBridge фирмы Borland International, позволяющую абстрагироваться от конкретного способа взаимодействия с Web-сервером, будь то интерфейс ISAPI или NSAPI (Netscape Application Programming Interface) фирмы Netscape Communications.

У нас не было времени оценить технологию реализации бизнес-логики в виде хранимых процедур, т. е. кода, который запускается непосредственно на компьютере сервера базы данных. Однако перенос бизнес-логики в сетевой среде на процессор компьютера СУБД способен вызвать дополнительные проблемы при увеличении интенсивности транзакций. Возможно, в этом случае вам придется увеличить число серверов баз данных и установить дополнительное связующее ПО в виде монитора транзакций, чтобы информационная система справилась с нагрузкой.

Серверы баз данных различных поставщиков имеют собственный синтаксис хранимых процедур. Так, в сервере Oracle реализован язык PL/SQL, а в MS SQL Server — язык Transact-SQL. Это несколько ограничивает возможность применения хранимых процедур, ведь вам вряд ли захочется выбрасывать массу наработанного кода, если вы вдруг поменяете поставщика СУБД. Тем не менее мы считаем, что разумное использование хранимых процедур способно в равной степени повысить производительность приложений и в клиент-серверной среде и в среде Web.

В нашей экспериментальной конфигурации для загрузки приложений мы использовали файл-сервер, поскольку в типовой архитектуре корпоративной информационной системы приложения обычно хранятся не на локальных дисках, а на дисках файл-серверов. Таким образом, наши приложения порождали повышенный сетевой трафик в момент загрузки, при доступе к данным на файл-сервере, а также при обращении к базам данных.

Трафик Web-приложений имеет несколько иную структуру, поскольку сеть задействуется каждый раз при обращении пользователя к HTML-странице или к соответствующему фрагменту приложения на JavaScript или Java, хранящемуся на Web-сервере. Кроме того, повышенная сетевая активность наблюдалась при передаче данных с Web-клиента на Web-сервер, а также при обращении сервера приложений к СУБД. (В нашей конфигурации модули бизнес-логики и ПО Web-сервера работали на одном и том же компьютере.)

Интересно, что трафик в гораздо большей степени зависел от используемого сервера баз данных (Oracle, MS SQL Server или DB2), чем от архитектурного подхода. В частности, для Oracle мы наблюдали наименьший сетевой трафик, а для SQL Server — наибольший.

Большое значение имеют и используемые сетевые протоколы. Так, наиболее «разговорчивым» оказался протокол NetBEUI, IPX/SPX был более умеренным, и самым «лаконичным» был TCP/IP. Мы также смогли снизить трафик службы DNS (Domain Name Service), используя непосредственные адреса серверов баз данных вместо их доменных имен. Но для сетевых администраторов применение этого метода означает дополнительную работу при установке новых машин.

Загрузка администратора

На сетевых администраторов обычно возлагается целый ряд обязанностей, таких, как обеспечение работы клиентских и серверных приложений, справочной службы, управление безопасностью, распространение ПО и т. п.

Администратор системы клиент-сервер должен контролировать использование файлового сервера, настраивать логические диски и конфигурировать параметры доступа к серверу баз данных. Время от времени ему приходится устанавливать файл-серверы и серверы базы данных, инсталлировать новые версии ПО, а часто и отвечать за неожиданно возникающие отказы приложений. На него также ложится ответственность за обеспечение безопасности, что подразумевает назначение пользовательских имен и паролей, постоянный контроль журнальных файлов и использование тех средств безопасности, которые приняты в данной организации.

В Web-среде у администратора примерно те же задачи. Однако на поддержку пользователей, связанную, например, с перезапуском «зависших» приложений, у него уходит гораздо меньше времени, поскольку Web-браузеры, такие, как Microsoft Internet Explorer или Netscape Navigator, «зависают» гораздо реже программ, выполненных с помощью средств разработки наподобие Visual Basic или Delphi . Кроме того, браузер автоматически получает классы мини-приложений Java с Web-сервера, поэтому администраторам не приходится заботиться о распространении пользовательских приложений на локальные диски.

Задача выравнивания нагрузки также обычно ложится на плечи сетевых администраторов. Она подразумевает добавление файл-серверов, Web-серверов, серверов баз данных и приложений по мере увеличения числа пользователей и последующую настройку приложений, с тем чтобы они могли распознавать добавленные ресурсы. Но если вы используете такое связующее ПО, как, например, монитор транзакций TUXEDO фирмы BEA Systems, то работы у вас будет намного меньше: этот продукт позволяет автоматически распознавать новые ресурсы, а также регулировать вычислительную мощность при изменении интенсивности транзакций.

Сравнение по надежности

Web-подход в общем оказался более надежным, чем клиент-серверный. Поддержка программы, т. е. необходимость внесения новых полей редактирования или изменение старых, делают ПО клиент-сервер менее стабильным. Эпитет «толстый» стал синонимом определения «сложный». Отладка и тестирование приложений клиент-сервер — довольно сложный процесс, поскольку они содержат большое число тесно взаимодействующих модулей. С другой стороны, когда во время тестирования неожиданно начинали «сыпаться» ошибки, обнаружить их в «толстом» клиенте было значительно легче: ОС Windows выводила на экран соответствующее сообщение.

Характерно, что в Web-среде «зависшая» DLL, написанная с помощью ISAPI, выводила сообщение на консоль сервера приложений, но пользователь при этом продолжал смотреть на неменяющийся экран браузера. В случае серьезной ошибки исполнения модуля DLL операционная система Windows NT будет вынуждена завершить работу Web-сервера IIS (Internet Information Server) вместе с приложением. С точки зрения надежности поставщикам следовало бы разрабатывать более совершенные методы отражения проблем сервера приложений для тех, кто использует Web-браузер.

Если выделить бизнес-логику в отдельный серверный процесс, то поддержка программ станет намного легче. И наоборот, архитектура клиент-сервер требует более значительных усилий для внесения каких-либо изменений в бизнес-логику.

После добавления новых полей редактирования в электронную форму нам приходилось внимательно отслеживать, как это изменение может повлиять на другие части программы клиент-сервер. Необходимо было убедиться, что бизнес-логика, обслуживающая новое поле, будет работать корректно, не влияя на обработку других полей ввода или логических модулей.

Один раз мы случайно внесли в клиент-серверную программу ошибку, которая при введении определенной комбинации символов в поле ввода приводила к серьезному сбою. В приложении, написанном на JavaScript или Java, подобной ошибки избежать гораздо легче благодаря простоте кода на стороне клиента. Хотя, конечно, ни один из подходов не гарантирует полной надежности. Но ясно, что сложность программы влечет за собой ошибки так же неизбежно, как болото — комаров. Клиент-серверный подход требует лучших навыков программирования и большей аккуратности.

Победителем становится.

Соревнование между архитектурой клиент-сервер и средой Web завершилось в пользу последней. С точки зрения преимуществ работы в сетевой среде Web-приложение уменьшает сложность ПО, увеличивает производительность и дает возможность использовать в вашей компании передовые технологии, такие, как сетевые компьютеры. Однако приложение клиент-сервер предоставляет всю мощь настольного компьютера для выполнения бизнес-логики и дает пользователю более ясное представление результатов обработки данных.

Если у вас еще нет корпоративной стратегии, которая отдавала бы предпочтение какому-либо из двух подходов, то мы думаем, что вашей компании будет нелишним по крайней мере поэкспериментировать с Web-архитектурой. Может быть именно она станет для вас основой построения информационной системы.

Архитектура клиент серверного приложения

Как правило компьютеры и программы, входящие в состав информационной системы, не являются равноправными. Некоторые из них владеют ресурсами (файловая система, процессор, принтер, база данных и т.д.), другие имеют возможность обращаться к этим ресурсам. Компьютер (или программу), управляющий ресурсом, называют сервером этого ресурса (файл-сервер, сервер базы данных, вычислительный сервер. ). Клиент и сервер какого-либо ресурса могут находится как в рамках одной вычислительной системы, так и на различных компьютерах, связанных сетью.

Основной принцип технологии «клиент-сервер» заключается в разделении функций приложения на три группы:

• ввод и отображение данных (взаимодействие с пользователем);
• прикладные функции, характерные для данной предметной области;
• функции управления ресурсами (файловой системой, базой даных и т.д.)

Поэтому, в любом приложении выделяются следующие компоненты:

• компонент представления данных
• прикладной компонент
• компонент управления ресурсом

Связь между компонентами осуществляется по определенным правилам, которые называют «протокол взаимодействия».

Компанией Gartner Group, специализирующейся в области исследования информационных технологий, предложена следующая классификация двухзвенных моделей взаимодействия клиент-сервер (двухзвенными эти модели называются потому, что три компонента приложения различным образом распределяются между двумя узлами):

Исторически первой появилась модель распределенного представления данных, которая реализовывалась на универсальной ЭВМ с подключенными к ней неинтеллектуальными терминалами. Управление данными и взаимодействие с пользователем при этом объединялись в одной программе, на терминал передавалась только «картинка», сформированная на центральном компьютере.

Затем, с появлением персональных компьютеров (ПК) и локальных сетей, были реализованы модели доступа к удаленной базе данных. Некоторое время базовой для сетей ПК была архитектура файлового сервера. При этом один из компьютеров является файловым сервером, на клиентах выполняются приложения, в которых совмещены компонент представления и прикладной компонент (СУБД и прикладная программма). Протокол обмена при этом представляет набор низкоуровненых вызовов операций файловой системы. Такая архитектура, реализуемая, как правило, с помощью персональных СУБД (см. параграф 4.8), имеет очевидные недостатки — высокий сетевой трафик и отсутствие унифицированного доступа к ресурсам.

С появлением первых специализированных серверов баз данных появилась возможность другой реализации модели доступа к удаленной базе данных. В этом случае ядро СУБД функционирует на сервере, протокол обмена обеспечивается с помощью языка SQL. Такой подход по сравнению с файловым сервером ведет к уменьшению загрузки сети и унификации интерфейса «клиент-сервер». Однако, сетевой трафик остается достаточно высоким, кроме того, по прежнему невозможно удовлетворительное администрирование приложений, поскольку в одной программе совмещаются различные функции.

Позже была разработана концепция активного сервера, который использовал механизм хранимых процедур. Это позволило часть прикладного компонента перенести на сервер (модель распределенного приложения). Процедуры хранятся в словаре базы данных, разделяются между несколькими клиентами и выполняются на том же компьютере, что и SQL-сервер. Преимущества такого подхода: возможно централизованное администрирование прикладных функций, значительно снижается сетевой трафик (т.к. передаются не SQL-запросы, а вызовы хранимых процедур). Недостаток — ограниченность средств разработки хранимых процедур по сравнению с языками общего назначения (C и Pascal).

На практике сейчас обычно используются смешанный подход:

• простейшие прикладные функции выполняются хранимыми процедурами на сервере
• более сложные реализуются на клиенте непосредственно в прикладной программе

Сейчас ряд поставщиков коммерческих СУБД объявило о планах реализации механизмов выполнения хранимых процедур с использованием языка Java. Это соответствует концепции «тонкого клиента», функцией которого остается только отображение данных (модель удаленного представления данных).

В последнее время также наблюдается тенденция ко все большему использованию модели распределенного приложения. Характерной чертой таких приложений является логическое разделение приложения на две и более частей, каждая из которых может выполняться на отдельном компьютере. Выделенные части приложения взаимодействуют друг с другом, обмениваясь сообщениями в заранее согласованном формате. В этом случае двухзвенная архитектура клиент-сервер становится трехзвенной, а к некоторых случаях, она может включать и больше звеньев.

В том случае, когда информационная система объединяет достаточно большое количество различных информационных ресурсов и серверов приложений, встает вопрос об оптимальном управлении всеми ее компонентами. В этом случае используют специализированные средства — мониторы обработки транзакций (часто их называют просто «мониторы транзакций»). При этом понятие транзакции расширяется по сравнению с используемым в теории баз данных. В данном случае это не атомарное действие над базой данных, а любое действие в системе — выдача сообщения, запись в индексный файл, печать отчета и т.д.

Для общения прикладной программы с монитором транзакций используется специализированный API (Application Program Interface — интерфейс прикладного программмирования), который реализуется в виде библиотеки, содержащей вызовы основных функций (установить соединение, вызвать определенный сервис и т.д.). Серверы приложений (сервисы) также создаются с помощью этого API, каждому сервису присваивается уникальное имя. Монитор транзакций, получив запрос от прикладной программы, передает ее вызов соответствующему сервису (если тот не запущен, порождается необходимый процесс), после обработки запроса сервером приложений возвращает результаты клиенту. Для взаимодействия мониторов транзакций с серверами баз данных разработан протокол XA. Наличие такого унифицированного интерфейса позволяет использовать в рамках одного приложения несколько различных СУБД.