01 Architektur verteilter Anwendungen

FWP Aktuelle Technologien zur
Entwicklung verteilter JavaAnwendungen
Sommersemester 2015
Michael Theis, Lehrbeauftragter
1
Wer braucht schon einen Architekten?
Sommersemester 2015
Michael Theis, Lehrbeauftragter
2
Applikationen benötigen anderer Systeme
 Applikationen unterstützen andere Systeme

Web UI (HTTP/HTML)
Enterprise
Application
Remote Service Interfaces (RMI)
Mainframe based Applications (JCA)
Relational Databases (JDBC/JPA)
Remote Service Interfaces (RMI)
Web Service Interfaces (HTTP/SOAP)
Web Service Interfaces (HTTP/SOAP)
Message-based Interfaces (JMS)
Message-based Interfaces (JMS)
Wie wollen Sie diese Komplexität ohne Architektur bewältigen?
Sommersemester 2015
Michael Theis, Lehrbeauftragter
3
Sommersemester 2015
Michael Theis, Lehrbeauftragter
4
Präsentation
(Presentation*)
Geschäftslogik
(Business, Domain*)
Integration
(Integration, Data Source*)
• Interaktion zwischen Anwendung und Benutzer
• Anzeige und Bearbeitung von Informationen
• Kern der Anwendungen bestehend aus Diensten
in einer Serviceschicht (Service Layer) und
Domänenmodell (Domain Model)
• Integration externer Ressourcen
• Transformation externes Domänenmodell /
internes Domänenmodell
Quelle: Martin Fowler „Patterns of EAA“ mit geänderten Namen (*: urspr. Name)
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5
Wohldefinierte Schnittstellen zwischen den
Schichten
 Abhängigkeiten zwischen Schichten nur in eine
Richtung
 Getrennte Verantwortlichkeiten
 Lose Kopplung / Hohe Kohäsion
 Verteilung der Schichten auf verschiedene
Lokationen möglich

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6
Benutzer


HTTP /
HTML


Benutzeroberfläche für
menschliche Benutzer
Beinhaltet nur
Präsentationslogik
Höchste Änderungshäufigkeit
innerhalb der Anwendung
Rich Client oder Thin Client
Präsentation
(Presentation)
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7
HTTP/REST
HTTP/SOAP
RMI/IIOP
Lokal
Kern der Anwendung
 Bereitstellung von Services


Geschäftslogik

(Business)

Service Layer
Service
Service

Domain Model
Domain
Object
Sommersemester 2015
Domain
Object
Domain
Object
Lokal: Präsentationsschicht der
eigenen Anwendung
Entfernt: Andere Anwendungen
Services operieren auf
einheitlichem Domänenmodell
Nutzt Integrationsschicht für
Integration von externen
Ressourcen
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8
Lokal
Integration
(Integration, Data Source)
Resource Access Components
Repository
Integriert externe Ressourcen
 Bildet externes Domänenmodell auf internes
Domänenmodell ab
 Kapselt Information über
konkrete Integration

Adapter

Datenbank
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JCA
JPA


Welche Datenbank?
Welches Kommunikationsprotokoll?
Welches externe System?
HOST
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9
Auch: Ports & Adapter
 Außenwelt kommuniziert mit
Applikation über Ports
 Applikation kommuniziert mit
Außenwelt über Ports
 Technologiespezifische
Adapter hinter Ports übersetzen Kommunikation
 Applikation kennt keine Details
der Außenwelt
 Außenwelt ist simulierbar

Adapter
Adapter
Adapter
Adapter
Application
Adapter
Adapter
HOST
Datenbank
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10
Sommersemester 2015
Michael Theis, Lehrbeauftragter
11
UI Component
Business
Component
Resource Access
Component
Faces
Servlet
Boundary
Mainframe
RAC
UI Component
Tree
Control
RDBMS RAC
Entity
Webservice
RAC
Managed
Bean
View
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Messaging
RAC
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12
Ermöglicht Entkopplung, Kapselung und klare
Trennung der Verantwortlichkeiten
 Erleichtert die Erstellung service-orientierter
Applikationen
 Leicht umzusetzen

1 Implementierungsklasse pro Komponente
 1 Interface pro Komponente (empfehlenswert)
 Gruppierung in Module/Packages gemäß Konvention

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13
Entscheidung für Designmodell zu Projektbeginn
 Wesentliche Modelle:

Serviceorientiert (Service Oriented Architecture SOA)
 Domänengetrieben (Domain Driven Design DDD)


Modelle können kombiniert werden, aber ein
Modell sollte Hauptmodell sein
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14
Service Oriented Architecture





Services enthalten alle Logik
Domänenobjekte sind leere
Datenträger
Optimierung für Verteilung
bestimmt internes Design
Fördert Anti-Pattern Anemic
Domain Model *
Widerspricht objektorientiertem Design
Domain Driven Design
Domänenobjekte enthalten
Daten und Logik
 Services enthalten nur Logik
zur Orchestrierung von
Domänenobjekten
 Verteilter Zugriff über Adapter
 Entspricht objekt-orientiertem
Design

* Martin Fowler „AnemicDomainModel“ http://www.martinfowler.com/bliki/AnemicDomainModel.html
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15
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16
Verteilung
• Regelt
Kommunikation
verteilter
Anwendung
Sommersemester 2015
Transaktionen
• Steuern Zugriff auf
transaktionale
Resourcen
• Stellen
Datenkonsistenz
sicher
Persistenz
• Bietet die
dauerhafte
Speicherung von
Daten
• Bildet
Domänenmodell
auf relationales
Datenmodell ab
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Sicherheit
• Schützt die
Anwendung vor
unberechtigten
Zugriffen
17
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18
“Don’t distribute your objects!”
Quelle: Martin Fowler „Patterns of EAA“
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19








Das Netzwerk ist zuverlässig
Latenz[zeit] ist 0
Bandbreite ist unendlich
Das Netzwerk ist sicher
[Netzwerk-]Topologie ändert sich nicht
Es gibt nur einen Administrator
Transportkosten sind 0
Das Netzwerk ist homogen
Quelle: Peter Deutsch, James Gosling Fallacies of Distributed Computing
http://en.wikipedia.org/wiki/Fallacies_of_Distributed_Computing
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20
Rechner
Komplexität
Rechner
Prozess
Rechner
Prozess
App
App
Prozess
Rechner
Prozess
App
Rechner
App
Prozess
Prozess
App
App
App
Grad der Verteilung
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21
Skalierbarkeit
 Ausfallsicherheit
 Technologiegrenzen
 Unterschiedliche Standorte
 Bereitstellung von Diensten für externe Consumer
 Komposition eigener Dienste aus Diensten
externer Provider

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22
File Transfer
Sommersemester 2015
Gemeinsame
Datenbank
Remote
Procedure
Call
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Messaging
23
Anwendungen tauschen Informationen über
Dateien aus
 Anforderungen bestimmen Häufigkeit des
Austausches
Export
App 1
Import

App 2
Gemeinsame Daten
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24
Anwendungen tauschen Informationen über
gemeinsame Tabellen aus
 Datenbank-Schema bestimmt Datenformat

Anwendung 1
Anwendung 2
Anwendung 3
Gemeinsame Daten
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25
Anwendungen kapseln ihre Daten und stellen
Interfaces für den Zugriff zur Verfügung
 Austausch der Informationen erfolgt über
synchronen entfernten Methodenaufruf
Anforderung mit
Eingabeparametern
Stub
App 1
Antwort mit
Rückgabewert
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Skeleton

App 2
26
Häufiger, unmittelbarer, zuverlässiger und
asynchroner Austausch von Nachrichten
 Flexibelste Integration, erfordert aber Umdenken

Messaging System
Anforderung
Endpunkt
Antwort
Sommersemester 2015
Anforderung
Endpunkt
Sender
Anforderungskanal
Antwortkanal
Michael Theis, Lehrbeauftragter
Empfänger
Antwort
27
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28
Atomicity
• Eine Transaktion wird entweder ganz oder gar nicht
ausgeführt
Consistency
• Eine Transaktion überführt eine transaktionale
Ressource von einem bestehenden konsistenten
Zustand in einen neuen konsistenten Zustand
Isolation
• Das Ergebnis einer Transaktion darf für andere
Transaktionen solange nicht sichtbar sein, bis diese
Transaktion erfolgreich abgeschlossen worden ist.
Durability
• Das Ergebnis einer erfolgreich abgeschlossenen
Transaktion muss dauerhaft erhalten bleiben und
Abstürze jeder Art überstehen.
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29
Durchsatz
Isolationsgrad
Sommersemester 2015
Serializable
• Wiederholte Lesezugriffe liefern gleiche Sätze und gleiche
Ergebnismengen
• Schreib-, Lese- und Bereichsoperationen verursachen Sperren
Repeatable
reads
• Wiederholte Lesezugriffe liefern gleiche Sätze aber
unterschiedliche Ergebnismengen möglich (Phantom Read)
• Schreib- und Leseoperationen verursachen Sperren
Read
committed
• Lesezugriffe liefern nur committete Sätze
• Schreiboperationen verursachen Sperren
Read
uncommitted
• Lesezugriffe liefern nicht committete Sätze
• Keine Sperren
Michael Theis, Lehrbeauftragter
30

Begin


Transaktion beginnt
Commit
Transaktion endet erfolgreich
 Beteiligte transaktionale Ressourcen werden verändert


Rollback
Transaktion bricht nach Fehler ab
 Beteiligte transaktionale Ressourcen bleiben
unverändert

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31

Transaktion mit mehreren beteiligten
transaktionalen Ressourcen in zwei Phasen
Phase 1: Commit vorbereiten
 Phase 2: Commit ausführen

(0) Commit
(1a) Commit möglich?
(1a) Commit möglich?
Koordinator
(2a) Commit
durchführen!
(2a) Commit
durchführen!
(1b) Ja
(1b) Ja
DB1
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DB2
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32

Bei Aufrufen entfernter Anwendungen wird der
Transaktionskontext mit übertragen

Aufgerufene Methode kann die die Transaktion des
Aufrufers teilen (muss aber nicht)
Koordination der Transaktionen übernimmt der
aufrufende Container (Applikationsserver)
 Umsetzung teilweise aufwändig bzw. unmöglich

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33
Sommersemester 2015
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34

Authentisierung == Wer bist du?
Identifizierung eines Objekts und die Überprüfung der
Identität
 Identität entspricht Benutzername
 Identifizierung erfolgt über Credentials


Autorisierung == Was darfst du?
Überprüfung von Berechtigungen eines angemeldeten
Benutzers bezogen auf geschützte Ressourcen
 Berechtigungen entsprechen Rollen / Gruppen

Sommersemester 2015
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35
Application Server
(1) Zugriff
(2) Formular
(3) Auth.daten
(4) Token
Web Container
SC
EJB Container
SC
Servlet
EJB
(5) Zugriff + Token
Security Provider
Plugin
LDAP
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Plugin
Plugin
DB
Identity
Manager
36

Bei Aufrufen entfernter Anwendungen wird der
Securitykontext mit übertragen
Aufgerufene Methode läuft im gleichen Securitykontext wie der Aufrufer
 Benutzer muss sich nicht erneut anmelden (Single
Signon/SSO)

Beteiligte Container (Application Server) müssen
einander trauen
 Umsetzung teilweise aufwändig

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37
Sommersemester 2015
Michael Theis, Lehrbeauftragter
38
Spalte
Primärschlüssel
Klasse
Zeile
Tabelle
feld 1
feld 2
PK
PK
Vererbung
Klasse
1
ORM
feld 1
feld 2
Beziehungen
1..*
Klasse
Komposition
PK
FK
PK
FK
Indizes
feld 1
feld 2
Sommersemester 2015
Tabelle
Constraints
Michael Theis, Lehrbeauftragter
39
Mapping muss programmiert werden
 Zugriff auf die Datenbank mit SQL muss
programmiert werden

Klasse
Klasse
ORM
JDBC
DataSource
DAO
SQL
Tabelle
Tabelle
Tabelle
Klasse
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40
Persistente Klassen werden mit MappingAnnotationen versehen und mit Datasource
verknüpft
 Persistenzframework führt Mapping durch und
generiert SQL zur Laufzeit

Klasse
Klasse
ORM
Klasse
Sommersemester 2015 Annotationen
Persistence
.xml
Michael Theis, Lehrbeauftragter
JDBC
DataSource
JPA
SQL
Tabelle
Tabelle
Tabelle
41
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Michael Theis, Lehrbeauftragter
42
Sommersemester 2015
Michael Theis, Lehrbeauftragter
43




Martin Fowler: Patterns of Enterprise Application Architecture
Addison Wesley 2003; ISBN 0-321-12742-0
Adam Bien: Real World Java EE Patterns: Rethinking Best Practices
press.adam-bien.com September 2012; ISBN 978-0-300-14931-6
Gregor Hohpe, Bobby Wolfe
Enterprise Integration Patterns
Addison Wesley, 2004, ISBN: 0-321-20068-3
Eric Evans: Domain Driven Design:
Tackling Complexity in the Heart of Software
Addison Wesley 2004; ISBN 0-321-12521-5
Sommersemester 2015
Michael Theis, Lehrbeauftragter
44
Michael Theis
Lehrbeauftragter Hochschule München
email
mobile
web
Sommersemester 2015
[email protected]
+ 49 170 5403805
http://www.tschutschu.de/Lehrauftrag.html
Michael Theis, Lehrbeauftragter
45