Текст книги "Основы проектирования корпоративных систем"

Взаимодействие между каналами с использованием механизмов связывания имеет достаточно сложную схему, которая логически представлена в форме следующего алгоритма. Прежде всего выявляется наличие необходимости интероперабельности или взаимодействия с другими платформами. Здесь оно представлено ромбом с надписью «Требуется интероперабельность?». При этом в случае позитивного ответа мы перемещаемся вниз, в случае негативного – вправо. Если интероперабельность требуется, то нужно уточнить, какой именно уровень интероперабельности будет использован: общий, на основе Basic HTTP Binding или более сложный, с поддержкой дуплексного взаимодействия, тогда используется WS Dual HTTP Binding. Если требуется повышенный уровень безопасности, будет использоваться еще один уровень связанности. Таким образом, все девять типов связывания присутствуют в схеме.

Локальное связывание использует подход NET Named Binding, а также очереди на основе MSNQ, с поддержкой расширений, в том числе на основе сервисно-ориентированных продуктов сторонних производителей. Могут быть также организованы сети по принципу точка-точка, и тогда используются механизмы, связанные с NET TCP Binding. Кроме того, может использоваться подход, связанный с NET Pear TCP Binding. То есть может быть использован целый ряд априори сконфигурированных сценариев взаимодействия в рамках этой технологии. Как упоминалось ранее, могут быть использованы дополнительные сценарии на основе существующих, полученные посредством их развития. Важным средством взаимодействия между клиентом и сервером является так называемый сценарий поведения. По сути, это класс, который реализован в рамках технологии WCF, существует в соответствующем пространстве имен и оказывает влияние на поведение системы во время выполнения приложения.

В WCF существуют следующие виды сценариев использования. Это сервисный сценарий или сценарий сервера. Он работает на уровне сервиса, реализован на сервере, имеет доступ ко всем конечным точкам сервера и влияет на поведение системы во время выполнения. Реализация этого сценария по принципу передачи сообщения от одной точки к другой. Кроме того, существует возможность создания пользовательских сценариев использования. Сценарии использования, которые отвечают за сервисы, поддерживают обработку транзакций, авторизацию пользователя на сервере, создания пользователями объектов и изменения этих объектов, а также аудит действий пользователя. Другим классом сценариев поведения является сценарий конечных точек или NetPoints. Здесь работа осуществляется на уровне конечных точек, реализуется инспекция, т. е. осмотр и обработка сообщений, которые поступают на сервер. Еще один сценарий – это Callback, сценарий обратного вызова, аналог сценария, который реализуется для сервера, сценария сервисного, и функционирует на клиенте в режиме дуплексного, т. е. полноценного, взаимодействия между клиентом и сервером. Следующий вид сценариев – сценарии операционные, они используются на уровне отдельных операций и управляют сериализацией, т. е. преобразованием форматов данных при передаче от клиента серверу, и наоборот, а также потоком транзакций, т. е. элементов взаимодействия между клиентом и сервером. Сценарии взаимодействия конечных точек отвечают за обработку данных до и после того, как они попадаются на обработку конечному методу. При этом на клиенте выделяются следующие три вида сценариев поведения: связанные с инспекцией параметров, сообщений и форматирования сообщений. При инспекции параметров данные исследуются, анализируются и преобразуются до их сериализации в XML-представление. При форматировании сообщений данные исследуются и преобразуются во время конвертации в XML в ходе преобразования. И, наконец, при инспекции сообщений представление данных в формате XML преобразуется при трансляции во внутреннее представление Microsoft.NET. При этом на сервере, кроме упомянутых сценариев, реализуются еще два вида специфических для серверной части сценариев. Это выбор операции, т. е. метода, и вызов этой операции. В первом случае рассматривается и анализируется входящее сообщение и происходит определение метода для обработки этого сообщения, того метода, который соответствует этой операции. Во втором случае осуществляется обслуживание этого вызова, т. е. обработка этой операции тем самым методом, который предназначен для нее на сервере.

Рассмотрим некоторые из сервисных сценариев поведения. Заметим, что они определяются соответствующими классами WCF, которые реализованы в. NET. Введем понятие меры параллельности. Это число задач, одновременно выполняемых тем или иным сервисом. То есть таких задач, которые можно понимать как отдельные задачи или отдельные работы. Под временем выполнения задачи будем понимать то время, которое сервис затрачивает на одну задачу. Производительностью будем считать число задач, которые сервис выполняет в единицу времени. Увеличить производительность можно одним из двух способов: либо уменьшить время выполнения, либо увеличить меру параллельности. При этом для задач существуют сценарии поведения, которые называются Instance Context Mode и Concurrency Mode и реализуют соответственно две эти стратегии, увеличивают количество экземпляров сервиса или количество потоков на экземпляр сервиса. Первый класс Instance Context Mode определяет, какое количество экземпляров сервиса будут обслуживать запросы. При этом возможны три режима выполнения: режим Single – единственный экземпляр сервиса для всех запросов, режим Percall – для каждого запроса создается свой отдельный экземпляр сервиса, режим Persession – для каждой сессии создается отдельный экземпляр сервиса. Другой подход связан с числом потоков на экземпляр сервиса и имеет возможные значения: Single, Reentrant, Multiple. Single определяет, что единственный поток имеет доступ к классу сервиса, он может покидать сервисный класс, но обязан вернуться и продолжить операцию. Режим Multiple реализует многопоточный доступ к одному и тому же сервису, а при режиме Reentrant только один поток имеет доступ к классу сервиса. Еще одним важным сценарием поведения является реализованный как класс WCF сценарий Service Meta Data Behaviour, который позволяет публиковать метаданные о сервисе, т. е. все параметры, которые его определяют. Достаточно сказать, что все описание в WSDL-формате может публиковаться этим классом. При этом метаданные предоставляются сервисом посредством конечной точки – Metadata Exchange. То есть существуют специальный формат данных и специальное средство предоставления метаинформации о сервисе.

Как упоминалось ранее, важным средством взаимодействия клиента и сервера при реализации технологии WCF являются транзакции. При этом сценарии поведения на основе этих транзакций могут быть реализованы различными способами. Транзакции бывают двух типов: многошаговые бизнес-процессы и так называемые короткие транзакции, которые, в отличие от первого типа, завершаются достаточно оперативно и затрагивают относительно небольшое количество объектов и связей, зависимостей или ограничений целостности. WCF поддерживает второй вид транзакций, короткие транзакции. Рассмотрим, для чего используется атрибут Operation Behaviour и его свойство Transactionscope Requirement. Это свойство определяет, будет ли операция выполняться в режиме так называемых транзакций, или будет ли транзакция завершаться автоматически (Transaction Scope Complete) при окончании работы метода, или же ее можно будет завершить. В таком случае потребуется поддержка механизма взаимодействия, который реализуется на основе сессий. Важным аспектом взаимодействия между клиентскими и серверными частями приложений по технологии WCF является сериализация и десериализация. Сериализация – это процесс преобразования графа объектов в поток байтов, т. е. в последовательный поток формата XML Info Set. Таким образом, сериализация является эффективным способом сохранения состояния объектов, которое может храниться в базе данных или файле. В WCF состояние объектов хранится исключительно в XML Info Set. Особенность в том, что здесь, в отличие от XML, не задается конкретного формата данных. Используется процесс кодировки, преобразования сообщения WCF в поток байт, во внутреннее представление процесса, и существуют различные виды кодировки, которые доступны в WCF. Всего таких представлений пять. Это двоичный формат, текстовый формат, формат Message Transmission Optimization Mechanism (MTOM), формат, связанный с Java Script, Java Script Object Notation, и формат POX, Plain Old XML, связанный с традиционным XML. При этом выбор кодировки зависит от конкретной ситуации, от конкретных требований ПО по надежности, производительности, интероперабельности, масштабируемости и т. д.

Рассмотрим методы сериализации WCF в сравнении. Произведем сравнение механизмов сериализации, которые реализуются процедурами Data Contract Serializer, Net Data Contract Serializer, XML Serializer и Data Contracts JSON Serializer. Стандартным сериализатором является первый из них, Data Contract Serializer. Он преобразует внутренние типы WCF во внешнее представление XSD, которое является платформенно-независимым. То есть, по сути, не несет связанных с. NET элементов и поэтому может использоваться для взаимодействия со сторонними приложениями, скажем, с приложения, реализованными на основе Java. Для того чтобы этот сериализатор работал с классом, класс необходимо снабдить атрибутом Data Contract, а свойство или поля, которые используются для сериализации, необходимо снабдить атрибутом Data Member. Следующий вид сериализации, Net Data Contract Serializer, близок к первому, но отличается возможностью добавления информации о внутренних типах CLR к тем возможностям, которые имеются у сериализатора по умолчанию. В отличие от первого вида, он используется для. NET приложений и при этом осуществляет взаимодействие между частями этого приложения, причем только одного. NET приложения. Третьим классом, который отвечает за сериализацию, является XML Serializer. Это стандартный сериализатор. NET, который появился еще на уровне Framework 2.0 и сохранился в Framework 3.0. Он позволяет реализовать стандартный механизм сериализации, т. е. работать со стандартными типами. NET, имеет возможность настройки XML-представления, позволяет настраивать выход XML, который генерирует сервис, и работает со стандартными сервисами формата ASP.NET. При этом существуют три основных подхода к использованию данного вида сериализации. Можно использовать стандартную сериализацию, а также атрибуты, связанные с XML: XML Attribute, XML Element. Кроме того, можно использовать интерфейс IXML Serializer, который позволяет организовать взаимодействие с XML-форматом. Еще один важный вид сериализации Data Contract JSON Serializer, который поддерживает стандартную нотацию объектов в формате Java Srcipt.

Важным понятием, характерным для технологии WCF, является понятие host или servicehost. По сути, данное понятие определяет процесс, который несет ответственность за обработку и контекст выполнения веб-сервиса. Это процесс операционной системы, который управляет выполнением сервиса и контекстом, отвечает за старт сервиса, остановку этого сервиса, а также предоставляет важные базовые функции управления сервисом. Хостом сервиса WCF может выступать любой процесс ОС. Такие приложения, как Internet Information Service, Windows Process Activation Service, имеют встроенную поддержку хостинга, т. е. внутреннюю инфраструктуру, которая этот хостинг реализует. Кроме этих подходов можно использовать другой сервис, любой Windows Service, а также любое приложение с пользовательским интерфейсом или консольное приложение для того, чтобы осуществить поддержку хостинга. В зависимости от того, что именно является хостом сервиса, его конфигурация и настройка осуществляются в целом единообразно. Выбор хостинга зависит от требований к приложению, его быстродействию, устойчивости, масштабируемости и т. д. Каждый хост WCF требует реализации трех функциональных элементов: это объект класса ServiceHost, конечная точка и запуск прослушивания сообщений на сервере или процедуры listen.

Перейдем к более подробному описанию среды хостинга Windows (Process) Activation Services или W(P)AS, которая является стандартной средой хостинга (рис. 12.2). Она встроена в новые операционные системы – Windows Vista и серверную ОС Windows Server 2008, поддерживает ряд возможностей, которые раньше были доступны только через Internet Information Service. W(P)AS позволяет размещать сервисы в гибкой среде, которая не требует обязательного использования протокола HTTP. Предположим, что есть однонаправленное взаимодействие с некоторым сервисом и конечный пользователь этого сервиса, который довольно часто находится в отсоединенном от сервиса состоянии. В данном случае в качестве транспортного уровня лучше использовать MSMQ, чем HTTP, который не сохраняет состояния. Или, допустим, у сервиса много клиентов, с которыми он часто обменивается небольшими по размеру сообщениями. В этом протокол HTTP также подходит в меньшей степени, и выгоднее использовать протокол TCP. При этом желательно поддерживать множественность протоколов. Такую возможность дает W(P)AS, эта среда многопротокольная, здесь не требуется обязательное использование протокола обмена HTTP, т. е. осуществляется возможность работы в гибкой среде. Эта возможность поддерживается за счет реализации шаблона Listener Adapter, который абстрагирует слушателей, осуществляющих взаимодействие с процессами, от клиента, от процессов управления.

Рис. 12.2. Схема реализации хостинга в среде W(P)AS

На рис. 12.2, где показана схема взаимодействия процессов различных протоколов с хостом процесса, т. е. с реализацией хостинга на основе технологии W(P)AS, видно, что могут использоваться различные протоколы взаимодействия, и с точки зрения хоста безразлично, каким образом, по какому конкретно протоколу организовано это взаимодействие. Возможно и взаимодействие точка-точка, и взаимодействие по протоколу, который не сохраняет состояние, HTTP, и взаимодействие по TCP-протоколу, и взаимодействие по протоколу, скажем, MSMQ. Рассмотрим небольшой пример веб-сервиса в рамках технологии WCF, который реализует функции калькулятора.

Рассмотренный в предыдущей главе (см. рис. 11.1) пример задействовал всего одну функцию – вычисление квадратного корня. В данном примере будет рассмотрен достаточно простой калькулятор, который осуществляет функции сложения, вычитания, умножения, деления (рис. 12.3). Он заимствован из стандартных примеров кода Microsoft (эти примеры расположены на Micfosoft.Servicemo del. Samples), реализован как интерфейс, который называется ICalculator.

Рис. 12.3. Описание сервиса WCF, реализующего функции калькулятора

На вход каждой операции, которая представляет собой контракт-интерфейс, снабженный атрибутом Service Contract, и в каждой операции мы используем атрибут Operation Contract. Каждая операция представляет собой метод, на вход которого поступают два значения типа Double – число с плавающей точкой двойной точности, выход тоже представляет собой число типа Double. Рассмотрим, каким образом реализуется класс, который выполняет этот контракт. Мы указываем, что это класс общедоступный Calculator Service и использует тот интерфейс, который был ранее определен, определенный нами интерфейсный контракт ICalulator. Контракт реализует соответствующий интерфейс и не требует никаких дополнительных атрибутов. Фактически реализуются те же операции, возвращаются значения суммы, разности, произведения или частного. При этом осуществление вычислений реализуется достаточно наивно, т. е. нет проверки, скажем, на нулевой делитель и других, возможно, важных проверок, которые потребовались бы. Здесь осуществляется просто обращение к стандартным функциям, и будет, видимо, задействовано стандартное исключение CLR, при ошибке, скажем, деления на ноль или другой арифметической ошибке, которая возникнет в случае исключения того или иного рода. Продолжим обсуждение примера – веб-сервиса, который реализует простейший калькулятор. Кроме того, что мы создали описание кода в форме интерфейса и контракта, мы должны реализовать конфигурационный файл, который будет расположен на сервере. Это, естественно, XML-подобное описание, и оно достаточно громоздкое.

В данном случае оно представлено на рис. 12.4. Что характерного в нашем описании сервиса с этой точки зрения можно заметить? Прежде всего, здесь описана конечная точка, через которую ведется взаимодействие. Связывание определено как WSHTTP Binding, т. е. мы используем тип связывания с учетом протокола HTTP. При описании веб-сервиса мы должны определить наше ABC. В рамках выбранной сервисной модели на основе пространства имен System должно быть описано определение, связанное с описанием Calculator Service, который определен ранее, реализует интерфейсный контракт и расположен внутри пространства имен Micfosoft.Servicemodel.Samples. При этом определяется конфигурация поведения Calculator Service Behaviour, а именно какой адрес интерфейса поставляется хостом, где хранится этот интерфейс. Далее указывается необходимый адрес, привязка ABC, которая имеет вид HTTPBinding, и, наконец, интерфейсный контракт, т. е. тот самый интерфейс ICalculator, который у нас описан. Особенности использования связывания типа wsHttpBinding состоят в том, что в качестве протокола взаимодействия используется протокол HTTP, который не сохраняет состояния, и используются стандартные протоколы веб-сервисов WS для организации взаимодействия между клиентом и сервером с точки зрения адресации, безопасности. Сервисы WCF не осуществляют экспорт своих метаданных по умолчанию при такого рода связывании. Для этого сервису необходимо явно указать точку обмена метаданных в виде Metadata Exchange, ее конфигурация явно присутствует в файле конфигурации: явно указаны ABC адрес, связывание и контракт. Вот такое небольшое описание кода завершает наш сервис.

По результатам реализации сервиса осуществляется автоматизированная генерация кода для клиента, которая выполняется при помощи утилиты SWSUtil.exe. Некоторые фрагменты реализации этого кода (рис. 12.5), представляющие собой основные элементы этого кода, выглядят следующим образом: в этом описании присутствуют интерфейсы, которые называются ICalculator и ICalculatorClient. Дано описание класса ICalculatorClient, все, что касается его конечных точек с точки зрения адресов и основных функций, которые он реализует. Функции add, substract, multiply, divide, которые реализованы для этого интерфейса.

Рис. 12.4. Файл конфигурации WCF-сервиса

Заканчивая описание технологий WCF, хочется отметить, что эта технология достаточно зрелая, связана во многом с ядром Indigo, с достаточно поздними реализацией ОС: это прежде всего Windows Vista, Windows Server 2008, и здесь реализуется достаточно открытое по сравнению, скажем, с технологией Remoting, взаимодействие между клиентом и сервером. Как мы видели, существует большое количество возможных протоколов взаимодействия, которые прозрачным образом инкапсулируются в технологии W(P)AS, возможны взаимодействия как по протоколу HTTP, так и по протоколу TCP, MSNQ и т. д. При этом поддерживается взаимодействие не только с приложениями, разработанными на основе технологии. NET, но и на основе целого ряда других технологий. Центральным понятием является понятие хостинга, это реализация процесса, которая отвечает за обработку контекста выполнения сервиса. Принципиально важны процессы преобразования графа объектов в формат XML и обратно, сериализация, десериализация. Существует большое количество сценариев для управления потоками данных как на клиенте, так и на сервере, при этом осуществляется выбор вида данных, которые взаимодействуют, это управление транзакциями, управление безопасностью и т. д. Существует большое количество видов связывания. Для того чтобы осуществить взаимодействие, используется схема ABC, адрес, связывание, контракт. Применяется девять типов связывания, которые зависят от необходимости обеспечить интероперабельное взаимодействие, степень безопасности, вид взаимодействия с учетом используемого протокола, с использованием вида сетевого взаимодействия в его конкретизации: требуется ли связь точка – точка или локальное соединение и т. д. Связь между клиентом и сервером осуществляется на основе каналов, которые представляют собой стек протоколов на основе единого интерфейса ICommunicationObject, каналы при этом делятся на транспортные и протокольные и подразумевают как однонаправленное взаимодействие, так и гибкое взаимодействие по двунаправленной дуплексной схеме. Контракты в WCF имеют троякое представление – для сервисов, для данных и для сообщений и являются важной частью обеспечения взаимодействия между клиентом и сервером по схеме ABC. WCF – это Microsoft-версия реализации стратегии сервисно-ориентированной архитектуры, реализации программного обеспечения как сервиса, она поддерживает все необходимые классы. NET Framework, т. е. большое количество базовых операций и атрибутов по взаимодействию клиента и сервиса, поддерживает технологию Remoting и другие технологии Microsoft, а также дает возможность взаимодействия по открытым протоколам SOAP и HTTP с программным обеспечением других производителей, в том числе на основе стандартизованного языка обмена сообщениями WSDL на основе протокола XML.

Рис. 12.5. Код клиентской части WCF-сервиса