Независимо от того, как определяется понятие архитектуры «клиент-сервер» (а таких определений в литературе много), в основе этого понятия лежит распределенная модель вычислений. В самом общем случае под клиентом и сервером понимаются два взаимодействующих процесса, из которых один является поставщиком некоторого сервиса для другого.

Термин «клиент-сервер» означает такую архитектуру программного комплекса, в которой его функциональные части взаимодействуют по схеме «запрос-ответ». Если рассмотреть две взаимодействующие части этого комплекса, то одна из них (клиент) выполняет активную функцию, т. е. инициирует запросы, а другая (сервер) пассивно на них отвечает. По мере развития системы роли могут меняться, например некоторый программный блок будет одновременно выполнять функции сервера по отношению к одному блоку и клиента по отношению к другому.

Сервер — один или несколько многопользовательских процессоров с единым полем памяти, который в соответствии с потребностями пользователя обеспечивает им функции вычисления, коммуникации и доступа к базам данных. Сервер можно назвать программу, представляющая какие-то услуги другим программам. Примеры серверов - вебсервер Apache, серверы баз данных - MySQL, ORACLE, сетевые файловые системы и принтера Windows.

Клиент — рабочая станция для одного пользователя, обеспечивающая режим регистрации и др. необходимые на его рабочем месте функции вычисления, коммуникацию, доступ к базам данных и др. Клиентом можно назвать это программа, использующая услугу, представляемую программой сервера. Примеры клиентов - MSIE (MS Internet Explorer), клиент ICQ.

Часто люди клиентом или сервером просто называют компьютер, на котором работает какая-то из этих программ.

В сущности клиент и сервер - это роли, исполняемые программами. Клиенты и сервера физически могут находиться на одном компьютере. Одна и та же программа может быть и клиентом, и сервером одновременно, и т.д… это только роли.

Если проводить аналогию с обществом - банк или магазин - «сервера». Они представляют какие-то услуги своим клиентам. Но банк может в то же время быть клиентом какой-то другой фирмы и т. д…

Обработка Клиент — Сервер — среда, в которой обработка приложений распределена между клиентом и сервером. Нередко в обработке участвуют машины разных типов, причем клиент и сервер общаются между собой с помощью фиксированного множества стандартных протоколов обмена и процедур обращения к удаленным платформам.

СУБД с персональных ЭВМ (такие, как Clipper, DBase, FoxPro, Paradox, Clarion имеют сетевые версии, которые просто совместно используют файлы баз данных тех же форматов для ПК, осуществляя при этом сетевые блокировки для разграничения доступа к таблицам и записям. При этом вся работа осуществляется на ПК. Сервер используется просто как общий удаленный диск большой емкости. Такой способ работы приводит к риску потери данных при аппаратных сбоях.

По сравнению с такими системами системы, построенные в архитектуре Клиент — Сервер, имеют следующие преимущества:

позволяют увеличить размер и сложность программ, выполняемых на рабочей станции;


обеспечивает перенесение наиболее трудоемких опе-раций на сервер, являющийся машиной большей вычислительной мощности;


уменьшает до минимума возможность потери содержащейся в БД информации за счет применения имеющихся на сервере внутренних механизмов защиты данных, таких, как, например системы трассировки транзакций, откат после сбоя, средства обеспечения целостности данных;


в несколько раз уменьшает объем информации, передаваемый по сети.


В архитектуре «клиент-сервер» сервер базы данных не только обеспечивает доступ к общим данным, но и берет на себя всю обработку этих данных. Клиент посылает на сервер запросы на чтение или изменение данных, которые формулируются на языке SQL. Сервер сам выполняет все необходимые изменения или выборки, контролируя при этом целостность и согласованность данных, и результаты в виде набора записей или кода возврата посылает на компьютер клиента.


Она позволяет оптимальным образом распределить вычислительную нагрузку между клиентом и сервером, что также влияет на многие характеристики системы: стоимость, производительность, поддержку.


1.2. История…


Архитектура и термин «клиент-сервер» впервые использовались в начале 80-тых годов. Первые приложения с архитектурой «клиент-сервер» были базы данных.


До этого не было ясного разделения - программа обычно всё делала сама - в том числе работала с данными в файловой системе, представлением данных пользователю и др. Со временем рос объем и критичность данных для бизнеса, и это со временем начало породить проблемы (быстродействия, безопасности и другие).


Тогда придумали, что удобно поставить базу данных на мощном отдельном компьютере (сервере) и разрешить эту базу данных использовать многим пользователям малого компьютера (клиентам) через сеть, что и было сделано.


По существу «взрыв» популярности технологии «клиент-сервер» был вызван изобретением фирмой IBM простого языка запросов к реляционным базам данных SQL. Сегодня SQL всеобщий стандарт работы с базами данных. В последнее время этот «взрыв» продолжает изобретение Интернета, в котором буквально каждое взаимодействие происходит по архитектуре «клиент-сервер».


1.3. Протоколы


Сервер и клиент в сети между собой «разговаривает» на «языке» (в широком смысле слов), понятном обеим сторонам. Этот «язык» называют протоколом.


В случае банка, протоколом можно назвать бланки, которые заполняет клиент.


В нашем же случае, примеры протоколов:


FTP (File Transfer Protocol)


HTTP (Hyper Text Transfer Protocol)


SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)


IP (Internet Protocol)


MySQL Client/Server Protocol


Заметим, что протоколы может быть разных уровней. Классификационные системы уровней может быть разные, но одна из самых известных линеек - OSI (Open Systems Interconnection), в котором 7 уровней.


Например, HTTP - протокол прикладного (седьмого - самого высокого) уровня, а IP - протокол сетевого (третьего) уровня.


1.4. Распределение функций в архитектуре «клиент-сервер»


В классической архитектуре клиент-сервер приходится распределять три основные части приложения по двум физическим модулям. Обычно ПО хранения данных располагается на сервере (например, сервере базы данных), интерфейс с пользователем — на стороне клиента, а вот обработку данных приходится распределять между клиентской и серверной частями. В этом-то и заключается основной недостаток двухуровневой архитектуры, из которого следуют несколько неприятных особенностей, сильно усложняющих разработку клиент-серверных систем.


Процесс разработки таких систем достаточно сложен и одной из наиболее важных задач является как раз решение о том, как функциональность приложения должна быть распределена между клиентской и серверной частью. Пытаясь решить эту задачу, разработчики получают двух-звенные, трехзвенные и многозвенные архитектуры. Все зависит от того, сколько промежуточных звеньев включается между клиентом и сервером.


Основная задача, которую решает клиентское приложение, - это обеспечение интерфейса с пользователем, т. е. ввод данных и представление результатов в удобном для пользователя виде, и управление сценариями работы приложения.


Основные функции серверной СУБД - обеспечение надежности, согласованности и защищенности данных, управление запросами клиентов, быстрая обработка SQL-запросов.


Вся логика работы приложения - прикладные задачи, бизнес-правила - в двух-звенной архитектуре распределяются разработчиком между двумя процессами: клиентом и сервером (рис. 1).


Сначала большая часть функций приложения решалась клиентом, сервер занимался только обработкой SQL-запросов. Такая архитектура получила название «толстый клиент - тонкий сервер».


Появление возможности создавать на сервере хранимые процедуры, т. е. откомпилированные программы с внутренней логикой работы, привело к тенденции переносить все большую часть функций на сервер. Сервер становился все более «толстым», а клиент - «утоньшался».


Такое решение имеет очевидные преимущества, например его легче поддерживать, т. к. все изменения нужно вносить только в одном месте - на сервере.


рассмотренные выше модели имеют следующие недостатки.


1. «Толстый» клиент:


– сложность администрирования;


– усложняется обновление ПО, поскольку его замену нужно производить одновременно по всей системе;


– усложняется распределение полномочий, так как разграничение доступа происходит не по действиям, а по таблицам;


– перегружается сеть вследствие передачи по ней необработанных данных;


– слабая защита данных, поскольку сложно правильно распределить полномочия.


2. «Толстый» сервер:


– усложняется реализация, так как языки типа PL/SQL не приспособлены для разработки подобного ПО и нет хороших средств отладки;


– производительность программ, написанных на языках типа PL/SQL, значительно ниже, чем созданных на других языках, что имеет важное значение для сложных систем;


– программы, написанные на СУБД-языках, обычно работают недостаточно надежно; ошибка в них может привести к выходу из строя всего сервера баз данных;


– получившиеся таким образом программы полностью непереносимы на другие системы и платформы.


Для решения перечисленных проблем используются многоуровневые (три и более уровней) архитектуры клиент-сервер. многоуровневая архитектура клиент-сервер позволяет существенно упростить распределенные вычисления, делая их не только более надежными, но и более доступными.


Однако язык, на котором пишутся хранимые процедуры, не является достаточно мощным и гибким, чтобы на нем было удобно реализовывать сложную логику приложения.


Тогда возникла тенденция поручить выполнение прикладных задач и бизнес-правил отдельному компоненту приложения (или нескольким компонентам), которые могут работать как на специально выделенном компьютере - сервере приложений, так и на том же компьютере, где работает сервер базы данных. Так возникли трехзвенные и многозвенные архитектуры «клиент-сервер».





Рис. 1. Распределение функций между клиентом и сервером


Появилось специальное программное обеспечение (ПО) промежуточного слоя, которое должно обеспечить совместное функционирование множества компонентов такого многокомпонентного приложения. Такие приложения являются гибкими, масштабируемыми, но сложными в разработке.



СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Информатика / Под ред. Н.В. Макаровой.–М.: Финансы и статистика, 1998.
   

   Евдокимов В.В. и др. Экономическая информатика. СПб.: Питер, 2004.
   

   Казаков С.И. Основы сетевых технологий – М.: Радио и связь, 2004.
   

   Когаловский М.Р., Технология баз данных на персональных ЭВМ, – М.: Финансы и статистика, 2003.
   

   Попов В.В. Основы компьютерных технологий. –М.: Финансы и статистика, 2001.
   

   Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя. М., 2000.
   

ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА MS-DOS . ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И КОМАНДЫ ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ: БАЗА ДАННЫХ, СУБД, СУЩНОСТЬ, АТРИБУТ, СВЯЗЬ (ОДИН-К-ОДНОМУ, ОДИН-КО-МНОГИМ, МНОГИМ-КО-МНОГИМ), ОТНОШЕНИЕ, ПЕРВИЧНЫЙ КЛЮЧ

Файл-серверная архитектура

Традиционные архитектуры информационных систем.

Базовые функции информационных систем.

Архитектура информационной системы - концепция, определяющая модель, структуру, выполняемые функции и взаимосвязь компонентов информационной системы. (Глоссарий)

С точки зрения программно-аппаратной реализации можно выделить ряд типовых архитектур ИС.

Компоненты информационной системы по выполняемым функциям можно разделить на три слоя: слой представления, слой бизнес-логики и слой доступа к данным.

Слой представления - всœе, что связано с взаимодействием с пользователœем: нажатие кнопок, движение мыши, отрисовка изображения, вывод результатов поиска и т.д.

Бизнес логика - правила, алгоритмы реакции приложения на действия пользователя или на внутренние события, правила обработки данных.

Слой доступа к данным - хранение, выборка, модификация и удаление данных, связанных с решаемой приложением прикладной задачей

Появились локальные сети. Файлы начали передаваться по сети. Сначала были одноранговые сети - всœе компьютеры равноправны. 3

Потом возникла идея хранения всœех общедоступных файлов на выделœенном компьютере в сети - файл-сервере.

Файл-серверные приложения - приложения, схожие по своей структуре с локальными приложениями и использующие сетевой ресурс для хранения программы и данных. Функции сервера: хранения данных и кода программы. Функции клиента: обработка данных происходит исключительно на стороне клиента.

Количество клиентов ограничено десятками.

1. Многопользовательский режим работы с данными;

2. Удобство централизованного управления доступом;

3. Низкая стоимость разработки;

1. Низкая производительность;

2. Низкая надежность;

3. Слабые возможности расширения;

Недостатки архитектуры с файловым сервером очевидны и вытекают главным образом из того, что данные хранятся в одном месте, а обрабатываются в другом. Это означает, что их нужно передавать по сети, что приводит к очень высоким нагрузкам на сеть и, вследствие этого, резкому снижению производительности приложения при увеличении числа одновременно работающих клиентов. Вторым важным недостатком такой архитектуры является децентрализованное решение проблем целостности и согласованности данных и одновременного доступа к данным. Такое решение снижает надежность приложения.

Ключевым отличием архитектуры клиент-сервер от архитектуры файл-сервер является абстрагирование от внутреннего представления данных (физической схемы данных). Теперь клиентские программы манипулируют данными на уровне логической схемы.

Итак, использование архитектуры клиент-сервер позволило создавать надежные (в смысле целостности данных) многопользовательские ИС с централизованной базой данных, независимые от аппаратной (а часто и программной) части сервера БД и поддерживающие графический интерфейс пользователя (ГИП) на клиентских станциях, связанных локальной сетью. Причем издержки на разработку приложений существенно сокращались.

Основные особенности: 5

 Клиентская программа работает с данными через запросы к серверному ПО.

 Базовые функции приложения разделœены между клиентом и сервером.

 Полная поддержка многопользовательской работы

 Гарантия целостности данных

 Бизнес логика приложений осталась в клиентском ПО. При любом изменении алгоритмов, нужно обновлять пользовательское ПО на каждом клиенте.

 Высокие требования к пропускной способности коммуникационных каналов с сервером, что препятствует использование клиентских станций иначе как в локальной сети.

 Слабая защита данных от взлома, в особенности от недобросовестных пользователœей системы.

 Высокая сложность администрирования и настройки рабочих мест пользователœей системы.

 Необходимость использовать мощные ПК на клиентских местах.

 Высокая сложность разработки системы из-за крайне важно сти выполнять бизнес-логику и обеспечивать пользовательский интерфейс в одной программе.

Нетрудно заметить, что большинство недостатков классической или 2-х слойной архитектуры клиент-сервер проистекают от использования клиентской станции в качестве исполнителя бизнес-логики ИС. По этой причине очевидным шагом дальнейшей эволюции архитектур ИС явилась идея "тонкого клиента", то есть разбиения алгоритмов обработки данных на части связанные с выполнением бизнес-функций и связанные с отображением информации в удобном для человека представлении. При этом на клиентской машинœе оставляют лишь вторую часть, связанную с первичной проверкой и отображением информации, перенося всю реальную функциональность системы на серверную часть.

Переходная к трехслойной архитектуре (2.5 слоя)

Использование хранимых процедур и вычисление данных на стороне сервера сокращают трафик, увеличивают безопасность. Клиент всœе равно реализует часть бизнес-логики.

Как видно, такая организация системы весьма напоминает организацию первых унитарных систем с той лишь разницей, что на пользовательском месте стоит не терминал (с пресловутым зелœеным экраном), а персональный компьютер, обеспечивающий ГИП, к примеру, в последнее время в качестве клиентских программ часто применяют стандартные www-броузеры. Конечно, такой возврат к почти унитарным системам произошел уже на ином технологическом уровне. Обязательным стало использование СУБД со всœеми их преимуществами. Программы для серверной части пишут, в основном, на специализированных языках, пользуясь механизмом хранимых процедур сервера БД. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, на уровне логической организации, ИС в архитектуре клиент-сервер с тонким клиентом расщепляется на три слоя - слой данных, слой бизнес-функций (хранимые процедуры) и слой представления. К сожалению, обычно, в такой схеме построения ИС не удается написать всю бизнес-логику приложения на не предназначенных для этого встроенных языках СУБД. По этой причине, очень часто часть бизнес-функций реализуется в клиентской части систем, которая от этого неотвратимо "толстеет". Отчасти в связи с этим, отчасти потому, что физически такие ИС состоят из двух компонентов, эту архитектуру часто называют 2.5-слойный клиент-сервер.

В отличие от 2-х слойной архитектуры 2.5-слойная архитектура обычно не требует наличия высокоскоростных каналов связи между клиентской и серверной частями системы, так как по сети передаются уже готовые результаты вычислений - почти всœе вычисления производятся на серверной стороне. Существенно улучшается также и защита информации - пользователям даются права на доступ к функциям системы, а не на доступ к ее данным и т.д. При этом вместе с преимуществами унитарного подхода архитектура 2.5 перенимает и всœе его недостатки, как-то: ограниченную масштабируемость, зависимость от программной платформы, ограниченное использование сетевых вычислительных ресурсов. Кроме того программы для серверной части системы пишутся на встроенных в СУБД языках описания хранимых процедур, предназначенных для валидации данных и построения несложных отчетов, а вовсœе не для написания ИС масштаба предприятия. Все это снижает быстродействие системы, повышает трудоемкость создания с модификации ИС и самым негативным образом сказывается на стоимости аппаратных средств, необходимых для ее функционирования.

Рассказывает Владимир, веб-разработчик Noveo

Большинству разработчиков сайтов, веб-сервисов и мобильных приложений рано или поздно приходится иметь дело с клиент-серверной архитектурой, а именно разрабатывать web API или интегрироваться с ним. Чтобы не изобретать каждый раз что-то новое, важно выработать относительно универсальный подход к проектированию web API, основываясь на опыте разработки подобных систем. Предлагаем вашему вниманию объединенный цикл статей, посвящённых этому вопросу.

Приближение первое: Действующие лица

В один прекрасный момент, в процессе создания очередного веб-сервиса, я решил собрать все свои знания и размышления на тему проектирования web API для обслуживания нужд клиентских приложений и оформить их в виде статьи или серии статей. Разумеется, мой опыт не претендует на абсолют, и конструктивная критика и дополнения более чем приветствуются.

Чтиво получилось больше философское, нежели техническое, но и для любителей технической части здесь будет над чем поразмыслить. Сомневаюсь, что скажу в этой статье что-то принципиально новое, то, о чем вы никогда не слышали, не читали и о чем не думали сами. Просто попытаюсь уложить все в единую систему, в первую очередь в своей собственной голове, а это уже дорогого стоит. Тем не менее, буду рад, если мои измышления будут вам полезны в вашей практике. Итак, поехали.

Клиент и сервер

Сервером в данном случае мы считаем абстрактную машину в сети, способную получить HTTP-запрос, обработать его и вернуть корректный ответ. В контексте данной статьи совершенно не важны его физическая суть и внутренняя архитектура, будь то студенческий ноутбук или огромный кластер из промышленных серверов, разбросанных по всему миру. Нам в той же мере совершенно неважно, что у него под капотом, кто встречает запрос у дверей, Apache или Nginx, какой неведомый зверь, PHP, Python или Ruby выполняет его обработку и формирует ответ, какое хранилище данных используется: Postgresql, MySQL или MongoDB. Главное, чтобы сервер отвечал главному правилу - услышать, понять и простить ответить.

Клиентом тоже может быть все, что угодно, что способно сформировать и отправить HTTP-запрос. До определенного момента в этой статье нам также не особо будут интересны цели, которые ставит перед собой клиент, отправляя этот запрос, как и то, что он будет делать с ответом. Клиентом может быть JavaScript-сценарий, работающий в браузере, мобильное приложение, злой (или не очень) демон, запущенный на сервере, или слишком поумневший холодильник (уже есть и такие).

По большей части мы будем говорить о способе общения между выше перечисленными двумя, таком способе, чтобы они друг друга понимали, и ни у одного не оставалось вопросов.

Философия REST

REST (Representational state transfer) изначально был задуман как простой и однозначный интерфейс для управления данными, предполагавший всего несколько базовых операций с непосредственным сетевым хранилищем (сервером): извлечение данных (GET), сохранение (POST), изменение (PUT/PATCH) и удаление (DELETE). Разумеется, этот перечень всегда сопровождался такими опциями, как обработка ошибок в запросе (корректно ли составлен запрос), разграничение доступа к данным (вдруг этого вам знать не следует) и валидация входящих данных (вдруг вы написали ерунду), в общем, всеми возможными проверками, которые сервер выполняет перед тем, как выполнить желание клиента .

Помимо этого REST имеет ряд архитектурных принципов, перечень которых можно найти в любой другой статье о REST. Пробежимся по ним кратко, чтобы они были под рукой, и не пришлось никуда уходить:

Независимость сервера от клиента - серверы и клиенты могут быть мгновенно заменены другими независимо друг от друга, так как интерфейс между ними не меняется. Сервер не хранит состояний клиента.
Уникальность адресов ресурсов - каждая единица данных (любой степени вложенности) имеет свой собственный уникальный URL, который, по сути, целиком является однозначным идентификатором ресурса.

Пример: GET /api/v1/users/25/name

Независимость формата хранения данных от формата их передачи - сервер может поддерживать несколько различных форматов для передачи одних и тех же данных (JSON, XML и т.д.), но хранит данные в своем внутреннем формате, независимо от поддерживаемых.

Присутствие в ответе всех необходимых метаданных - помимо самих данных сервер должен возвращать детали обработки запроса, например, сообщения об ошибках, различные свойства ресурса, необходимые для дальнейшей работы с ним, например, общее число записей в коллекции для правильного отображения постраничной навигации. Мы еще пройдемся по разновидностям ресурсов.

Чего нам не хватает

Классический REST подразумевает работу клиента с сервером как с плоским хранилищем данных, при этом ничего не говорится о связанности и взаимозависимости данных между собой. Все это по умолчанию целиком ложится на плечи клиентского приложения. Однако современные предметные области, для которых разрабатываются системы управления данными, будь то социальные сервисы или системы интернет-маркетинга, подразумевают сложную взаимосвязь между сущностями, хранящимися в базе данных. Поддержка этих связей, т.е. целостности данных, находится в зоне ответственности серверной стороны, в то время, как клиент является только интерфейсом для доступа к этим данным. Так чего же нам не хватает в REST?

Вызовы функций

Чтобы не менять данные и связи между ними вручную, мы просто вызываем у ресурса функцию и «скармливаем» ей в качестве аргумента необходимые данные. Эта операция не подходит под стандарты REST, для нее не существует особого глагола, что заставляет нас, разработчиков, выкручиваться кто во что горазд.

Самый простой пример – авторизация пользователя. Мы вызываем функцию login, передаем ей в качестве аргумента объект, содержащий учетные данные, и в ответ получаем ключ доступа. Что творится с данными на серверной стороне – нас не волнует.

Еще вариант – создание и разрыв связей между данными. Например, добавление пользователя в группу. Вызываем у сущности группа функцию addUser, в качестве параметра передаем объект пользователь , получаем результат.

А еще бывают операции, которые вообще не связаны напрямую с сохранением данных как таковых, например, рассылка уведомлений, подтверждение или отклонение каких-либо операций (завершение отчетного периода etc).

Множественные операции

Часто бывает так, и разработчики клиентов поймут, о чем я, что клиентскому приложению удобнее создавать/изменять/удалять/ сразу несколько однородных объектов одним запросом, и по каждому объекту возможен свой вердикт серверной стороны. Тут есть как минимум несколько вариантов: либо все изменения выполнены, либо они выполнены частично (для части объектов), либо произошла ошибка. Ну и стратегий тоже несколько: применять изменения только в случае успеха для всех, либо применять частично, либо откатываться в случае любой ошибки, а это уже тянет на полноценный механизм транзакций.

Для web API, стремящегося к идеалу, тоже хотелось бы как-то привести подобные операции в систему. Постараюсь сделать это в одном из продолжений.

Статистические запросы, агрегаторы, форматирование данных

Частенько бывает так, что на основе хранимых на сервере данных нам нужно получить статистическую выжимку или данные, отформатированные особым образом: например, для построения графика на стороне клиента. По сути это данные, генерируемые по требованию, в той или иной мере на лету, и доступные только для чтения, так что имеет смысл вынести их в отдельную категорию. Одной из отличительных особенностей статистических данных, на мой взгляд, является то, что они не имеют уникального ID.

Уверен, что это далеко не все, с чем можно столкнуться при разработке реальных приложений, и буду рад вашим дополнениям и коррективам.

Разновидности данных

Объекты

Ключевым типом данных в общении между клиентом и сервером выступает объект. По сути, объект – это перечень свойств и соответствующих им значений. Мы можем отправить объект на сервер в запросе и получить в результат запроса в виде объекта. При этом объект не обязательно будет реальной сущностью, хранящейся в базе данных, по крайней мере, в том виде, в котором он отправлен или получен. Например, учетные данные для авторизации передаются в виде объекта, но не являются самостоятельной сущностью. Даже хранимые в БД объекты склонны обрастать дополнительными свойствами внутрисистемного характера, например, датами создания и редактирования, различными системными метками и флагами. Свойства объектов могут быть как собственными скалярными значениями, так и содержать связанные объекты и коллекции объектов , которые не являются частью объекта. Часть свойств объектов может быть редактируемой, часть системной, доступной только для чтения, а часть может носить статистический характер и вычисляться на лету (например, количество лайков). Некоторые свойства объекта могут быть скрыты, в зависимости от прав пользователя.

Коллекции объектов

Говоря о коллекциях, мы подразумеваем разновидность серверного ресурса, позволяющую работать с перечнем однородных объектов, т.е. добавлять, удалять, изменять объекты и осуществлять выборку из них. Помимо этого коллекция теоретически может обладать собственными свойствами (например, максимальное число элементов на страницу) и функциями (тут я в замешательстве, но такое тоже было).

Скалярные значения

В чистом виде скалярные значения как отдельная сущность на моей памяти встречались крайне редко. Обычно они фигурировали как свойства объектов или коллекций, и в этом качестве они могут быть доступны как для чтения, так и для записи. Например, имя пользователя может быть получено и изменено в индивидуальном порядке GET /users/1/name . На практике эта возможность пригождается редко, но в случае необходимости хотелось бы, чтобы она была под рукой. Особенно это касается свойств коллекции, например числа записей (с фильтрацией или без нее): GET /news/count .

В одной из следующих статей я постараюсь классифицировать эти операции и предложить варианты возможных запросов и ответов, основываясь на том, с какими из них мне приходилось сталкиваться на практике.

Приближение второе: Правильный путь

В этом приближении я хотел бы отдельно поговорить о подходах к построению уникальных путей к ресурсам и методам вашего web API и о тех архитектурных особенностях приложения, которые влияют на внешний вид этого пути и его компоненты.

О чем стоит подумать, стоя на берегу

Версионность

Рано или поздно любая действующая система начинает эволюционировать: развиваться, усложняться, масштабироваться, усовремениваться. Для разработчиков REST API это чревато в первую очередь тем, что необходимо запускать новые версии API при работающих старых. Здесь я говорю больше не об архитектурных изменениях под капотом вашей системы, а о том, что изменяется сам формат данных и набор операций с ними. В любом случае версионность нужно предусмотреть как в изначальной организации исходного кода, так и в принципе построения URL. Что касается URL, здесь существует два наиболее популярных способа указания версии API, которой адресован запрос. Префиксация пути example-api.com/v1/ и разведение версий на уровне субдомена v1.example-api.com . Использовать можно любой из них, в зависимости от потребности и необходимости.

Автономность компонентов

Web API сложных систем, поддерживающих несколько пользовательских ролей, зачастую требует разделения на части, каждая из которых обслуживает свой спектр задач. По сути, каждая часть может быть самостоятельным приложением, работать на разных физических машинах и платформах. В контексте описания API нам совершенно не важно, как сервер обрабатывает запрос и какие силы и технологии в этом замешаны. Для клиента API – система инкапсулированная. Тем не менее разные части системы могут обладать совершенно разной функциональностью, например, административная и пользовательская часть. И методология работы с одними и теми же, казалось бы, ресурсами может существенно отличаться. Поэтому такие части необходимо разделять на уровне домена admin.v1.example-api.com или префикса пути example-api.com/v1/admin/ . Это требование не является обязательным, и многое зависит от сложности системы и её назначения.

Формат обмена данными

Самым удобным и функциональным, на мой взгляд, форматом обмена данными является JSON, но никто не запрещает использовать XML, YAML или любой другой формат, позволяющий хранить сериализованные объекты без потери типа данных. При желании можно сделать в API поддержку нескольких форматов ввода/вывода. Достаточно задействовать HTTP заголовок запроса для указания желаемого формата ответа Accept и Content-Type для указания формата переданных в запросе данных. Другим популярным способом является добавление расширения к URL ресурса, например, GET /users.xml , но такой способ кажется менее гибким и красивым, хотя бы потому, что утяжеляет URL и верен скорее для GET-запросов, нежели для всех возможных операций.

Локализация и многоязычность

На практике многоязычность API чаще всего сводится к переводу сервисных сообщений и сообщений об ошибках на требуемый язык для прямого отображения конечному пользователю. Многоязычный контент тоже имеет место быть, но сохранение и выдача контента на разных языках, на мой взгляд, должна разграничиваться более явно, например, если у вас одна и та же статья существует на разных языках, то по факту это две разных сущности, сгруппированные по признаку единства содержания. Для идентификации ожидаемого языка можно использовать разные способы. Самым простым можно считать стандартный HTTP-заголовок Accept-Language . Я встречал и другие способы, такие, как добавление GET-параметра language="en" , использование префикса пути example-api.com/en/ или даже на уровне доменного имени en.example-api.com . Мне кажется, что выбор способа указания локали зависит от конкретного приложения и задач, стоящих перед ним.

Внутренняя маршрутизация

Итак, мы добрались до корневого узла нашего API (или одного из его компонентов). Все дальнейшие маршруты будут проходить уже непосредственно внутри вашего серверного приложения, в соответствии с поддерживаемым им набором ресурсов.

Пути к коллекциям

Для указания пути к коллекции мы просто используем название соответствующей сущности, например, если это список пользователей, то путь будет таким /users . К коллекции как таковой применимы два метода: GET (получение лимитированного списка сущностей) и POST (создание нового элемента). В запросах на получение списков мы можем использовать множество дополнительных GET параметров, применяемых для постраничного вывода, сортировки, фильтрации, поиска etc, но они должны быть опциональными, т.е. эти параметры не должны передаваться как часть пути!

Элементы коллекции

Для обращения к конкретному элементу коллекции мы используем в маршруте его уникальный идентификатор /users/25 . Это и есть уникальный путь к нему. Для работы с объектом применимы методы GET (получение объекта), PUT/PATCH (изменение) и DELETE (удаление).

Уникальные объекты

Во множестве сервисов существуют уникальные для текущего пользователя объекты, например профиль текущего пользователя /profile , или персональные настройки /settings . Разумеется, с одной стороны, это элементы одной из коллекций, но они являются отправной точкой в использовании нашего Web API клиентским приложением, и к тому же позволяют намного более широкий спектр операций над данными. При этом коллекция, хранящая пользовательские настройки может быть вообще недоступна из соображений безопасности и конфиденциальности данных.

Свойства объектов и коллекций

Для того, чтобы добраться до любого из свойств объекта напрямую, достаточно добавить к пути до объекта имя свойства, например получить имя пользователя /users/25/name . К свойству применимы методы GET (получение значения) и PUT/PATCH (изменение значения). Метод DELETE не применим, т.к. свойство является структурной частью объекта, как формализованной единицы данных.

В предыдущей части мы говорили о том, что у коллекций, как и у объектов, могут быть собственные свойства. На моей памяти мне пригодилось только свойство count, но ваше приложение может быть более сложным и специфичным. Пути к свойствам коллекций строятся по тому же принципу, что и к свойствам их элементов: /users/count . Для свойств коллекций применим только метод GET (получение свойства), т.к. коллекция – это только интерфейс для доступа к списку.

Коллекции связанных объектов

Одной из разновидностей свойств объектов могут быть связанные объекты или коллекции связанных объектов. Такие сущности, как правило, не являются собственным свойством объекта, а лишь отсылками к его связям с другими сущностями. Например, перечень ролей, которые были присвоены пользователю /users/25/roles . По поводу работы с вложенными объектами и коллекциями мы подробно поговорим в одной из следующих частей, а на данном этапе нам достаточно того, что мы имеем возможность обращаться к ним напрямую, как к любому другому свойству объекта.

Функции объектов и коллекций

Для построения пути к интерфейсу вызова функции у коллекции или объекта мы используем тот же самый подход, что и для обращения к свойству. Например, для объекта /users/25/sendPasswordReminder или коллекции /users/disableUnconfirmed . Для вызовов функций мы в любом случае используем метод POST. Почему? Напомню, что в классическом REST не существует специального глагола для вызова функций, а потому нам придется использовать один из существующих. На мой взгляд, для этого больше всего подходит метод POST т.к. он позволяет передавать на сервер необходимые аргументы, не является идемпотентным (возвращающим один и тот же результат при многократном обращении) и наиболее абстрактен по семантике.

Надеюсь, что все более-менее уложилось в систему 🙂 В следующей части мы поговорим подробнее о запросах и ответах, их форматах, кодах статусов.

Приближение третье: Запросы и ответы

В предыдущих приближениях я рассказал о том, как пришла идея собрать и обобщить имеющийся опыт разработки web API. В первой части я постарался описать, с какими видами ресурсов и операций над ними мы имеем дело при проектировании web API. Во второй части были затронуты вопросы построения уникальных URL для обращения к этим ресурсам. А в этом приближении я попробую описать возможные варианты запросов и ответов.

Универсальный ответ

Мы уже проговаривали, что конкретный формат общения сервера с клиентом может быть любым на усмотрение разработчика. Для меня наиболее удобным и наглядным кажется формат JSON, хотя в реальном приложении может быть реализована поддержка нескольких форматов. Сейчас же сосредоточимся на структуре и необходимых атрибутах объекта ответа. Да, все данные, возвращаемые сервером, мы будем оборачивать в специальный контейнер - универсальный объект ответа , который будет содержать всю необходимую сервисную информацию для его дальнейшей обработки. Итак, что это за информация:

Success - маркер успешности выполнения запроса

Для того, чтобы при получении ответа от сервера сразу понять, увенчался ли запрос успехом, и передать его соответствующему обработчику, достаточно использовать маркер успешности «success». Самый простой ответ сервера, не содержащий никаких данных, будет выглядеть так:

POST /api/v1/articles/22/publish { "success": true }

Error - сведения об ошибке

В случае, если выполнение запроса завершилось неудачей - о причинах и разновидностях отрицательных ответов сервера поговорим чуть позже, - к ответу добавляется атрибут «error», содержащий в себе HTTP-код статуса и текст сообщения об ошибке. Прошу не путать с сообщениями об ошибках валидации данных для конкретных полей. Правильнее всего, на мой взгляд, возвращать код статуса и в заголовке ответа, но я встречал и другой подход - в заголовке всегда возвращать статус 200 (успех), а детали и возможные данные об ошибках передавать в теле ответа.

GET /api/v1/user { "success": false, "error": { "code" : 401, "message" : "Authorization failed" } }

Data - данные, возвращаемые сервером

Большинство ответов сервера призваны возвращать данные. В зависимости от типа запроса и его успеха ожидаемый набор данных будет разным, тем не менее атрибут«data» будет присутствовать в подавляющем большинстве ответов.

Пример возвращаемых данных в случае успеха. В данном случае ответ содержит запрашиваемый объект user.

GET /api/v1/user { "success": true, "data": { "id" : 125, "email" : "[email protected]", "name" : "John", "surname" : "Smith", } }

Пример возвращаемых данных в случае ошибки. В данном случае содержит имена полей и сообщения об ошибках валидации.

PUT /api/v1/user { "success": false, "error": { "code" : 422, "message" : "Validation failed" } "data": { "email" : "Email could not be blank.", } }

Pagination - сведения, необходимые для организации постраничной навигации

Помимо собственно данных, в ответах, возвращающих набор элементов коллекции , обязательно должна присутствовать информация о постраничной навигации (пагинации) по результатам запроса.

Минимальный набор значений для пагинации состоит из:

• общего числа записей;
• числа страниц;
• номера текущей страницы;
• числа записей на странице;
• максимального числа записей на странице, поддерживаемого серверной стороной.

Некоторые разработчики web API также включают в пагинацию набор готовых ссылок на соседние страницы, а также первую, последнюю и текущую.

GET /api/v1/articles Response: { "success": true, "data": [ { "id" : 1, "title" : "Interesting thing", }, { "id" : 2, "title" : "Boring text", } ], "pagination": { "totalRecords" : 2, "totalPages" : 1, "currentPage" : 1, "perPage" : 20, "maxPerPage" : 100, } }

Работа над ошибками

Как уже упоминалось выше, не все запросы к web API завершаются успехом, но это тоже часть игры. Система информирования об ошибках является мощным инструментом, облегчающим работу клиента и направляющим клиентское приложение по правильному пути. Слово «ошибка» в этом контексте не совсем уместно. Здесь больше подойдёт слово исключение , так как на самом деле запрос успешно получен, проанализирован, и на него возвращается адекватный ответ, объясняющий, почему запрос не может быть выполнен.

Каковы же потенциальные причины получаемых исключений?

500 Internal server error - всё сломалось, но мы скоро починим

Это как раз тот случай, когда проблема произошла на стороне самого сервера, и клиентскому приложению остаётся только вздохнуть и уведомить пользователя о том, что сервер устал и прилёг отдохнуть. Например, утеряно соединение с базой данных или в коде завелся баг.

400 Bad request - а теперь у вас всё сломалось

Ответ прямо противоположный предыдущему. Возвращается в тех случаях, когда клиентское приложение отправляет запрос, который в принципе не может быть корректно обработан, не содержит обязательных параметров или имеет синтаксические ошибки. Обычно это лечится повторным прочтением документации к web API.

401 Unauthorized - незнакомец, назови себя

Для доступа к этому ресурсу требуется авторизация. Разумеется, наличие авторизации не гарантирует того, что ресурс станет доступным, но не авторизовавшись, вы точно этого не узнаете. Возникает, например, при попытке обратиться к закрытой части API или при истечении срока действия текущего токена.

403 Forbidden - вам сюда нельзя

Запрашиваемый ресурс существует, но у пользователя недостаточно прав на его просмотр или модификацию.

404 Not found - по этому адресу никто не живёт

Такой ответ возвращается, как правило, в трёх случаях: путь к ресурсу неверен (ошибочен), запрашиваемый ресурс был удалён и перестал существовать, права текущего пользователя не позволяют ему знать о существовании запрашиваемого ресурса. Например, пока просматривали список товаров, один из них внезапно вышел из моды и был удалён.

405 Method not allowed - нельзя такое делать

Эта разновидность исключения напрямую связана с использованным при запросе глаголом (GET, PUT, POST, DELETE), который, в свою очередь, свидетельствует о действии, которое мы пытаемся совершить с ресурсом. Если запрошенный ресурс не поддерживает указанное действие, сервер говорит об этом прямо.

422 Unprocessable entity - исправьте и пришлите снова

Одно из самых полезных исключений. Возвращается каждый раз, когда в данных запроса существуют логические ошибки. Под данными запроса мы подразумеваем либо набор параметров и соответствующих им значений, переданных методом GET, либо поля объекта, передаваемого в теле запроса методами POST, PUT и DELETE. Если данные не прошли валидацию, сервер в секции «data» возвращает отчет о том, какие именно параметры невалидны и почему.

Протокол HTTP поддерживает намного большее число различных статус-кодов на все случаи жизни, но на практике они используются редко и в контексте web API не несут практической пользы. На моей памяти мне не приходилось выходить за пределы вышеперечисленного списка исключений.

Запросы

Получение элементов коллекции

Одним из наиболее частотных запросов является запрос на получение элементов коллекции. Информационные ленты, списки товаров, различные информационные и статистические таблицы и многое другое клиентское приложение отображает посредством обращения к коллекционным ресурсам. Для осуществления этого запроса мы обращаемся к коллекции, используя метод GET и передавая в строке запроса дополнительные параметры. Как мы уже обозначили выше, в качестве ответа мы ожидаем получить массив однородных элементов коллекции и информацию, необходимую для пагинации - подгрузки продолжения списка или же конкретной его страницы. Содержимое выборки может быть особым способом ограничено и отсортировано с помощью передачи дополнительных параметров. О них и пойдёт речь далее.

Постраничная навигация

page - параметр указывает на то, какая страница должна быть отображена. Если этот параметр не передан, то отображается первая страница. Из первого же успешного ответа сервера будет ясно, сколько страниц имеет коллекция при текущих параметрах фильтрации. Если значение превышает максимальное число страниц, то разумнее всего вернуть ошибку 404 Not found .

GET /api/v1/news?page=1

perPage - указывает на желаемое число элементов на странице. Как правило, API имеет собственное значение по умолчанию, которое возвращает в качестве поля perPage в секции pagination, но в ряде случаев позволяет увеличивать это значение до разумных пределов, предоставив максимальное значение maxPerPage:

GET /api/v1/news?perPage=100

Сортировка результатов

Зачастую результаты выборки требуется упорядочить по возрастанию или убыванию значений определенных полей, которые поддерживают сравнительную (для числовых полей) или алфавитную (для строковых полей) сортировку. Например, нам нужно упорядочить список пользователей по имени или товары по цене. Помимо этого мы можем задать направление сортировки от A до Я или в обратном направлении, причём разное для разных полей.

sortBy - существует несколько подходов к передаче данных о сложной сортировке в GET параметрах. Здесь необходимо четко указать порядок сортировки и направление.

В некоторых API это предлагается сделать в виде строки:

GET /api/v1/products?sortBy=name.desc,price.asc

В других вариантах предлагается использовать массив:

GET /api/v1/products? sortBy=name& sortBy=desc& sortBy=price& sortBy=asc

В целом оба варианта равносильны, так как передают одни и те же инструкции. На мой взгляд, вариант с массивом более универсален, но тут, как говорится, на вкус и цвет…

Простая фильтрация по значению

Для того, чтобы отфильтровать выборку по значению какого либо поля, в большинстве случаев достаточно передать в качестве фильтрующего параметра имя поля и требуемое значение. Например, мы хотим отфильтровать статьи по ID автора:

GET /api/v1/articles?authorId=25

Усложнённые варианты фильтрации

Многие интерфейсы требуют более сложной системы фильтрации и поиска. Перечислю основные и наиболее часто встречаемые варианты фильтрации.

Фильтрация по верхней и нижней границе с использованием операторов сравнения from (больше или равно), higher (больше), to (меньше или равно), lower (меньше). Применяется к полям, значения которых поддаются ранжированию.

GET /api/v1/products?price=500&price=1000

Фильтрация по нескольким возможным значениям из списка. Применяется к полям, набор возможных значений которых ограничен, например, фильтр по нескольким статусам:

GET /api/v1/products?status=1&status=2

Фильтрация по частичному совпадению строки. Применяется к полям, содержащим текстовые данные или данные, которые могут быть приравнены к текстовым, например, числовые артикулы товаров, номера телефонов и т. д.

GET /api/v1/users?name=John GET /api/v1/products?code=123

Именованные фильтры

В некоторых случаях, когда определенные наборы фильтрационных параметров часто употребимы и подразумеваются системой как нечто целостное, особенно если затрагивают внутреннюю, зачастую сложную механику формирования выборки, целесообразно сгруппировать их в так называемые именованные фильтры. Достаточно передать в запросе имя фильтра, и система построит выборку автоматически.

GET /api/v1/products?filters=recommended

Именованные фильтры могут также иметь свои параметры.

GET /api/v1/products?filters=kidds

В этом подразделе я постарался рассказать о наиболее популярных вариантах и способах получения требуемой выборки. Скорее всего, в вашей практике наберется намного больше примеров и нюансов касаемо этой темы. Если у вас есть, чем дополнить мой материал, я буду только рад. Тем временем пост уже разросся до солидных масштабов, так что другие виды запросов мы разберём в следующем приближении.

БД, работающие по технологии ФАЙЛ-СЕРВЕР;

БД, работающие по технологии КЛИЕНТ-СЕРВЕР.

Файл-сервер

- Обращение к БД (запрос)
- Перекачка данных с блокировкой доступа других пользователей
- Обработка данных на компьютере пользователя

Для наглядности рассмотрим конкретные примеры. Допустим, Вам необходимо просмотреть отправленные платежные поручения за период с 19 по 25 мая на сумму 5000 рублей. Пользователю необходимо будет запустить на своем компьютере клиентское приложение, работающее в БД с платежными поручениями, и ввести нужные критерии отбора. После чего на Ваш компьютер перекачается с сервера базы данных и загрузится в оперативную память файл, содержащий все документы данного вида за весь период на любые суммы. Запущенное на компьютере пользователя клиентское приложение, работающее с БД, само проведет обработку этой информации (отсортирует их), после чего выдаст ответ (на экране появится список платежных поручений, удовлетворяющих Вашим критериям). После этого Вы выберете нужное платежное поручение и попытаетесь отредактировать (изменить) в нем одно поле - например, дату. Во время редактирования происходит блокировка источника данных, то есть всего файла, содержащего этот документ. Это означает, что файл будет либо совсем не доступен остальным пользователям, либо доступен только в режиме просмотра. Причем подобного рода захват происходит даже не на уровне записи, то есть одного документа, а заблокированным является целый файл - то есть вся таблица, содержащая аналогичные документы. Только после полной обработки этого поля и выхода из режима редактирования данный файл платежных поручений будет разблокирован от захвата пользователем. Если же данные хранятся в более объемных объектах, например, в одном файле содержатся платежные поручения и о поступлении средств, и об отправке, то еще большая часть информации будет не доступна. Вы будете работать с одним полем "дата" в одном документе - остальные сотрудники предприятия будут ждать, пока Вы не закончите.

Недостатки ФАЙЛ-СЕРВЕРНОЙ системы очевидны:

Очень большая нагрузка на сеть, повышенные требования к пропускной способности. На практике это делает практически невозможной одновременную работу большого числа пользователей с большими объемами данных.

Обработка данных осуществляется на компьютере пользователей. Это влечет повышенные требования к аппаратному обеспечению каждого пользователя. Чем больше пользователей, тем больше денег придется потратить на оснащение их компьютеров.

Блокировка данных при редактировании одним пользователем делает невозможной работу с этими данными других пользователей.

Безопасность. Для обеспечения возможности работы с такой системой Вам будет необходимо дать каждому пользователю полный доступ к целому файлу, в котором его может интересовать только одно поле.

Клиент-сервер

Обработка запроса одного пользователя:
- Обращение к БД (SQL-запрос)
- Передача ответа - результата обработки




При необходимости произвести обработку информации, хранящейся в БД, запущенное на компьютере пользователя клиентское приложение, работающее с БД, формирует запрос на языке SQL (название от начальных букв - Structured Query Language). Сервер базы данных принимает запрос и обрабатывает его самостоятельно. Никакой массив данных (файл) по сети не передается. После обработки запроса на компьютер пользователя передается только результат - то есть, в предыдущем примере, - список платежных поручений, удовлетворяющих нужным критериям. Сам же файл, в котором хранились данные, послужившие источником для обработки, остается незаблокированным для доступа самого сервера по запросам других пользователей.

В серьезных клиент-серверных СУБД существуют дополнительные механизмы, снижающие нагрузку на сеть, снижающие требования к пользовательским компьютерам. В качестве примера приведем хранимые процедуры - то есть целые программы обработки данных, хранящихся в БД. В этом случае от пользователя к серверу не передается даже SQL выражения - передается вызов функции с параметрами вызова. Таким образом, рабочее место пользователя еще сильнее упрощается, логика работы программы переносится на сервер. Пользовательское место становится всего лишь средством отображения информации. Все это означает дальнейшее снижение нагрузки на сеть и пользовательские рабочие станции.

Таким образом, все вышеперечисленные недостатки ФАЙЛ-СЕРВЕРНОЙ схемы устраняются в архитектуре КЛИЕНТ-СЕРВЕР:

Массивы данных не перекачиваются по сети от сервера БД на компьютер пользователя. Требования к пропускной способности сети понижаются. Это делает возможным одновременную работу большого числа пользователей с большими объемами данных.

Обработка данных осуществляется на сервере БД, а не в компьютере пользователей. Что позволяет использовать более простые, а значит, дешевые компьютеры на клиентских местах.

Блокировки (захвата) данных одним пользователем не происходит.

Обеспечивается доступ пользователя не к целому файлу, а только к тем данным из него, с которыми пользователь имеет право работать.

Рассмотрев отличие ФАЙЛ-СЕРВЕРА от КЛИЕНТ-СЕРВЕРА, можно завершить рассмотрение понятия "хранилище информации". Важно подчеркнуть, что от вида используемой СУБД во многом зависит работа корпоративной системы. Совершенно очевидно, что для крупных предприятий, с большим количеством пользователей, с огромным числом записей в БД, файл-серверная схема совершенно неприемлема. С другой стороны, отличия в базах данных есть и по другим параметрам и возможностям:

типам данных, которые могут храниться в БД (числа, даты, текст, рисунки, видео, звук и т.д);

по организуемым самой БД технологиям доступа к данным в базе и уровню защиты информации от несанкционированного доступа;

по предоставляемым средствам и методикам разработки, которые могут быть применены для проектирования какой-либо информационной системы на основе данной БД;

по предоставляемым средствам и методикам анализа информации (данных), которые могут быть применены в информационной системы на основе данной БД;

по надежности и устойчивости, то есть (грубо) количеству записей (заполненных полей) в БД, при которых обеспечивается надежная и бесперебойная возможность доступа, изменения, анализа информации в БД;

по быстродействию - времени, затраченному на доступ и обработку информации;

по возможности организации работы на компьютерах разных производителей, то есть по совместимости с другими платформами и операционными системами;

по уровню поддержки (сервиса), предоставляемого разработчиком базы данных или его авторизованным дилером;

по наличию хороших средств создания приложений, использующих данную базу данных и т.д.

Почему сегодня не выгодно вкладывать деньги в решение файл-сервер? Сегодня уже очевиден дальнейший путь развития баз данных. Появляются многоуровневые клиент-серверные системы, с очень тонкими клиентами, снимающие какие-либо ограничения с клиентских станций, как по производительности, так и по платформе, операционной системе. Если для решения клиент-сервер дальнейшее развитие видится совершенно ясно, и переход с клиент-сервера на многоуровневый клиент-сервер не является проблематичным, то для файл-сервера простой переход в клиент-сервер представляет огромную проблему и колоссальные трудозатраты, если это вдруг окажется возможным вообще.

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 находиться 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 данных 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".

5.1.2. Модели взаимодействия клиент-сервер

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 программа). Протокол обмена при этом представляет набор низкоуровневых вызовов операций файловой системы. Такая архитектура, реализуемая, как правило, с помощью персональных СУБД, 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 функции 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 использования 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.

5.1.3. Мониторы транзакций

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 известным 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 программирования), 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.

Использование мониторов транзакций в больших системах дает следующие преимущества:

· Концентрация всех прикладных функций на сервере приложений обеспечивает значительную независимость как от реализации интерфейса с пользователем, так и от конкретного способа управления ресурсами. При этом также обеспечивается централизованное администрирование приложений, поскольку все приложение находится в одном месте, а не "размазано" по сети по клиентским рабочим местам.

· Монитор транзакций в состоянии сам запускать и останавливать серверы приложений. В зависимости от загрузки сети и вычислительных ресурсов он может перенести или скопировать часть серверных процессов на другие узлы. Это обеспечивает достижение баланса загрузки.

· Обеспечивается динамическая конфигурация системы, т.е. без ее остановки может быть добавлен новый сервер ресурсов или сервер приложений.

· Повышается надежность системы, т.к. в случае сбоев сервер приложений может быть перемещен на резервный компьютер.

· Появляется возможность управления распределенными базами данных (подробнее см. следующий параграф).

5.2. Обработка распределенных данных

В современном бизнесе очень часто возникает необходимость предоставить доступ к одним и тем же данным группам пользователей, территориально удаленным друг от друга. В качестве примера можно привести банк, имеющий несколько отделений. Эти отделения могут находиться в разных городах, странах или даже на разных континентах, тем не менее необходимо организовать обработку финансовых транзакций (перемещение денег по счетам) между отделениями. Результаты финансовых операций должны быть видны одновременно во всех отделениях.

Существуют два подхода к организации обработки распределенных данных.

1. Технология распределенной базы данных. Такая база включает фрагменты данных, расположенные на различных узлах сети. С точки зрения пользователей она выглядит так, как будто все данные хранятся в одном месте. Естественно, такая схема предъявляет жесткие требования к производительности и надежности каналов связи.

2. Технология тиражирования. В этом случае в каждом узле сети дублируются данные всех компьютеров. При этом:

· передаются только операции изменения данных, а не сами данные

· передача может быть асинхронной (неодновременной для разных узлов)

· данные располагаются там, где обрабатываются

Это позволяет снизить требования к пропускной способности каналов связи, более того при выходе из строя линии связи какого-либо компьютера, пользователи других узлов могут продолжать работу. Однако при этом допускается неодинаковое состояние базы данных для различных пользователей в один и тот же момент времени. Следовательно, невозможно исключить конфликты между двумя копиями одной и той же записи.