Лекция 3-4

Тема: Клиент-серверная архитектура приложения. Сокеты в Java. Технология Java Servlets. Проект Spring Boot. Быстрое создание приложения с помощью Spring Boot. Архитектура Spring-приложения (web layer, service layer, repository layer).

Клиент-серверная архитектура

Сервер - компьютер или программа, которая управляет ресурсами (информация, файлы, база данных) называется сервером этого ресурса или просто сервером.

Архитектура "клиент-сервер" определяет общие принципы организации взаимодействия, где имеются серверы (узлы-поставщики некоторых специфичных функций и сервисов) и клиенты, (потребители этих сервисов).

Между клиентами и серверами должны быть установлены правила взаимодействия, которые называются протоколом взаимодействия или протоколом обмена. Каждая часть взаимодействует друг с другом, обмениваясь сообщениями в заранее согласованном формате.

Более подробно про клиент-серверное взаимодействие читайте здесь - http://bit.ly/2qmKbHk

В рамках данного курса рассматривается так называемая "трехзвенная архитектура"

Компоненты трехзвенной архитектуры:

• клиент - этот компонент отвечает за представление данных конечному пользователю;

• выделенный сервер приложений - здесь содержится бизнес-логика приложения;

• сервер БД - предоставляет запрашиваемые данные.

Сервер приложений (application server) – сервисная программа, которая обеспечивает доступ клиентов к прикладным программам, выполняющимся на сервере.

Большинство серверов приложений имеют в своем составе веб-сервер. Это означает, что сервер приложений может делать все, на что способен веб-сервер. Кроме того, сервер приложений имеет компоненты и функции для поддержки сервисов уровня приложения, таких как пул соединений, поддержка транзакций и так далее.

Информация о сервере приложений - http://bit.ly/2qt2Q4t. Отличия веб-сервера и сервера приложений - http://bit.ly/2qlUaNe Подробнее про сервлеты и контейнеры сервлетов - http://bit.ly/2Q9GAaP

Технология Java Servlets

На заре развития интернета не существовало технологий для создания динамических веб-страниц. В то время сайт представлял собой набор статических заранее написанных и сверстанных страниц с помощью языка разметки HTML. Если владелец сайта хотел обновить информацию на страничке, он делал это непосредственно на своем компьютере, после чего загружал на сервер обновленную версию HTML-страницы.

Среди предложенных решений по созданию динамических страниц, одной из первых была технология Java Servlets. В то время это была революционная технология, которая позволяла расширить возможности веб-серверов на основе модели запрос-ответ (request - response). Технология сервлетов позволяла веб-серверам обрабатывать HTTP-запросы и динамически генерировать веб-странички в зависимости от HTTP-запроса.

На данный момент актуальной версией технологии является версия 4.0, спецификацию технологии смотрите здесь.

Несмотря на почтенный возраст, технология сервлетов претерпела серьезные изменения для того, чтобы соответствовать современной технологии разработки веб-приложений. На данный момент, технология сервлетов является наиболее часто используемой технологией для обработки HTTP запросов/откликов. Кроме того, сервлеты являются базой для почти всех Java-фреймворков, которые работают с HTTP протоколом (JSF, Struts, Spring MVC, BIRT и так далее).

Сервлет (Servlet), по сути, является классом Java, который используется для расширения возможностей сервером, предназначенных для размещения приложений. Сервлеты могут отвечать на запросы и генерировать отклики. Базовым классом для всех сервлетов является класс javax.servlet.GenericServlet. Этот класс определяет обобщенный, независимый от протокола сервлет.

Схема работы технологии сервлетов представлена на рисунке ниже

Схема работы технологии Java Servlets

1. клиент (например, веб-браузер) передает HTTP-запрос веб-серверу. В случае, если от веб-сервера требуется предоставить статический файл или какой-то ресурс (например, изображение), то он просто возвращает требуемый статический файл или ресурс;

2. если веб-сервер не может самостоятельно обработать HTTP-запрос (например, пользователь передает какие-то данные либо требуется предоставить динамическую страницу и так далее), веб-сервер передает этот запрос web-контейнеру (его еще называют servlet-контейнером);

3. контейнер определяет – какой сервлет может выполнить этот запрос, создает объекты классов HttpServletRequest и HttpServletResponse, создает thread, создает объект класса сервлета и передает ему объекты классов HttpServletRequest и HttpServletResponse;

4. Контейнер вызывает метод сервлета service(), который вызывает соответствующий HTTP-запросу метод (например, если запрос был HTTP GET, то будет вызван метод doGet(), подробнее этот вопрос будет разбираться далее), которому, в качестве аргументов, передает объекты классов HttpServletRequest и HttpServletResponse;

5. Соответствующий метод (например, метод doGet()) возвращает динамическую страницу внутри объекта класса HttpServletResponse, ссылку на который имеет контейнер;

6. После этого поток завершается, контейнер конвертирует объект класса HttpServletResponse в HTTP-отклик (HTTP response) и отдает его веб-серверу, который возвращает его клиенту.

Фреймворк Spring

Spring – свободно-распространяемый легковесный фреймворк, призванный упростить разработку корпоративных и веб-приложений (можно использовать и для любых других типов приложений) на языке Java (является альтернативной стеку Jakarta EE).

В данный момент Spring представляет собой целый набор модулей, которые можно использовать выборочно для тех или иных проектов.

Дадим краткую характеристику некоторым модулям Spring:

• Spring Core – ядро платформы, предоставляет базовые средства для создания приложений — управление компонентами (бинами, beans), внедрение зависимостей, MVC фреймворк, транзакции, базовый доступ к БД. В основном это низкоуровневые компоненты и абстракции. По сути, неявно используется всеми другими компонентами;

• Spring MVC – обеспечивает архитектуру паттерна Model-View-Controller при помощи слабо связанных готовых компонентов для разработки веб-приложений;

• Spring Data – обеспечивает доступ к данным: реляционные и нереляционные БД, KV хранилища и т.п.;

• Spring Cloud – используется для микросервисной архитектуры;

• Spring Security – авторизация и аутентификация, доступ к данным, методам и т.п. OAuth, LDAP, и различные провайдеры.

Spring Boot

Проект Spring Boot – решение, которое позволяет вам легко создавать полноценные приложения Spring, про которые можно сказать «просто запусти».

Spring Boot позволяет быстро создать и сконфигурировать (т.е. настроить зависимости между компонентами) приложение, упаковать его в исполняемый самодостаточный артефакт. Это то связующее звено, которое объединяет вместе набор компонентов в готовое приложение.

Особенности Spring Boot:

• создание полноценных Spring-приложений;

• встроенный сервлет-контейнер (Tomcat или Jetty);

• обеспечивает начальные pom-файлы для упрощения конфигурации Maven;

• используется автоконфигурация, где это возможно;

• используется принцип «convention over configuration». Для большинства конфигураций не нужно ничего настраивать.

Изучение фреймворка Spring лучше всего начать с установки требуемого программного обеспечения и разработки тестового приложения с помощью Spring Boot.

Установка программного обеспечения

Для выполнения домашнего задания нам понадобится следующее программное обеспечение:

• JDK - http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/downloads/index.html;

• приложение Postman - https://www.getpostman.com/downloads/;

• среда разработки, которая поддерживает Spring (например, IntelliJ IDEA Ultimate Edition или дистрибутив Eclipse под названием Spring Tool Suite – https://spring.io/tools) либо любая другая IDE с поддержкой Java и Maven.

Создание Spring Boot проекта

Существует несколько способов создать Spring Boot проект. Из наиболее простых способов можно выделить:

• генерация готового проекта на сайте https://start.spring.io/ (проект Spring Initializr);

• создание проекта средствами IDE.

Создадим проект с помощью мастера Intellij IDEA. Создадим новый Spring Boot проект (выберите пункт Spring Initializr). Необходимо указать JDK, метаданные проекта, а также выбрать из списка модулей нужные нам модули Spring

Для выполнения задания нам необходимо выбрать web-модуль. Панель выбранных компонентов будет иметь следующий вид:

После окончания работы мастера создания проектов, мы получим стартовый проект Spring Boot. Рассмотрим структуру проекта и обозначим ключевые файлы:

• HotelApplication.java - стартовый класс Spring Boot приложения;

• application.properties - файл с настройками приложения. В нем можно переопределить настройки по умолчанию;

• pom.xml - POM-файл проекта. Используется сборщиком Maven.

POM-файл (Project Object Model) – это XML-файл, который содержит информацию о деталях проекта, и конфигурации для создания проекта на Maven. Он всегда находится в базовом каталоге проекта. Во время выполнения задач, Maven ищет pom-файл в базовой директории проекта. Он читает его и получает необходимую информацию, после чего выполняет задачи.

Корневым элементом является элемент <project>. Внутри тега project содержится основная и обязательная информация о проекте.

Зависимости (dependency) – это те библиотеки, которые непосредственно используются в проекте для компиляции кода или его тестирования.

Мы создаем RESTful веб-службу с помощью Spring Boot, поэтому нам нужно «подтянуть» для нашего проекта различные Spring-модули (библиотеки с классами, jar-файлы).

В обычных проектах нам бы было необходимо добавлять каждую зависимость вручную, но Spring Boot позаботился о нас и предоставил нам своего рода «мета-зависимости». Смысл их в том, что Spring Boot понимает, что если вы создаете web-приложение то вам нужен примерно одинаковый набор jar-файлов, поэтому чтобы не писать каждый jar-файл отдельно, мы указываем одну зависимость, а она уже «подтянет» за нас другие отдельные зависимости для создания веб-приложения.

Запуск приложения

Теперь давайте сразу запустим приложение. Убедимся, что приложение запущено успешно

перейдем в браузер и попробуем зайти на сайт.

Как видите, Spring Boot приложение успешно запущено. Так как Spring Boot берет на себя большую часть рутинной работы по созданию и запуску приложения, давайте разберемся, что же происходит, когда мы запускаем приложение:

1. Устанавливается конфигурация приложения по умолчанию;

2. Запускается контекст приложения Spring (Spring application context) – это контейнер для кода, который работает на сервере (службы, контроллеры и т.д.). Все приложения Spring имеют этот контекст, который запускается при запуске приложения. Spring Boot создает этот контекст при запуске приложения;

3. Выполняется сканирование пути к классам (class path scan). Чтобы добавить код в Spring Boot, необходимо создать свои классы и аннотировать их определенным образом. Например, если вы хотите добавить контроллер, вы создаете класс и аннотируете его с помощью аннотации @Controller и так далее. То есть, вы как бы помечаете ваши классы, что это контроллер, это сервис, это еще что-то. Spring сканирует эти классы и, в зависимости от нашего маркера, он работает с этими классами по-разному. То есть Spring сканирует ваш код и ищет классы с этими аннотациями (помимо маркеров, обычно в аннотациях содержатся другие метаданные, которые дают уточняющую информацию для Spring);

4. Запускается Tomcat-сервер. Мы как раз зашли на сервер через URL и получили страницу с ошибкой, так как на сервере не был предусмотрен обработчик запроса с таким URL. Мы не скачивали Tomcat и не устанавливали его – все за нас сделал Spring Boot.

Структура enterprise-приложения Spring

Простое приложение Spring имеет трехслойную структуру:

• Web layer – верхний слой приложения. Он отвечает за обработку ввода пользователя и возврат корректного ответа. Также веб-слой отвечает за обработку исключений, которые могут выбрасываться в других слоях приложения. Так как веб-слой является точкой входа в приложение, он также отвечает за аутентификацию и является первой линией защиты приложения;

• Service layer – слой сервисов, находится ниже веб-слоя. Этот слой содержит сервисы приложения и инфраструктуры. Сервисы приложения предоставляют публичный API сервисного слоя. Они также отвечают за транзакции и авторизацию. Инфраструктурные сервисы содержат код для взаимодействия с внешними ресурсами, такими как файловая система, базы данных, почтовые сервера и так далее. Часто эти сервисы используются несколькими сервисами приложения;

• Repository layer – самый нижний слой приложения. Он отвечает за взаимодействие с используемыми хранилищами данных.