פיתוח מ ע רכות תוכנ ה מבוססו ת Java אוהד ברזילי

Transcription

1 פיתוח מ ע רכות תוכנ ה מבוססו ת הבטי תקשורת במערכות תוכנה

2 על סדר היום תקש ורת בין מח שב ים תקש ורת ו חוטים מיקו מה ש ל התק שו רת ביישו ם ארכיטקטורות תק שו רת Client Server Peer to Peer RMI - תקשורת ללא תקשורת Web/Application Servers 2

3 פרוטוקול תקשורת פרוטוקול תקש ורת הוא מס מך המתאר תחלופת הודעות בי ן מח שבים המס מך מ תאר את: מבנה ההודעות השונות סדר הודעות חוקי הודעות שגיאה אפשריות המס מך אינו מתייח ס ל שפת התכנות ש שי מ שה לכתיבת ת וכניות המ דברות בעזרת הפרו טוקול 3

4 פרוטוקול תקשורת ניתן לשלב בין פרוטוקולים ע"י שליחת הודעות בתוך הודעות stack) (protocol כל אחת מההודעות מטפלת בהיבט אחר של המשלוח לדוגמא: במשלוח שורה ביישום chat ההודעה שנשלחת בפועל מכילה מידע גם על: איתור הכתובת, בקרת השגיאות, כרטיס הרשת ועוד... קיימים מספר ארגונים בעולם (ארגוני תקינה) אשר מרכזים את תהליך כתיבת המסמכים האלה. לדוגמא: קיימים ארגונים מסחריים אשר אינם מפרסמים את הפרוטוקול שבו הם משתמשים. לדוגמא: 4

5 Internet for dummies האינטרנט ה יא רשת מ חשבים ) = מחשבים + חוט ים) לכל מחשב ניתנת כתובת מספרים בין 0 ל- 255 Address) (IP המו ר כ בת מ- 4 (port) כל ת ו כנ ית ה רצ ה במח שב מקבלת מספר של וח ה בין 0 ל- 65,535 ניתן ליצור קשר עם מחשב המחובר לרשת ע"י ציון כתובתו ופניה אליו בהודעה המתאימה לפי הפרוטוקול בדרך כלל ע"י שי מוש בתו כנית הממ מ שת את הפרוטוקול 5

6 תקשורת ב ת וכנ י ת מ תקשרת עם הע ו לם הח י צ ונ י ע"י זרמ ים (streams) עם המקלדת: InputStreamReader in = new InputStreamReader(System.in); BufferedReader bin = new BufferedReader(in); String text = bin.readline(); קובץ: עם InputStreamReader in = new InputStreamReader( new FileInputStream("foo.txt")); BufferedReader bin = new BufferedReader(in); String text = bin.readline(); ננסה להשתמש באותה גישה בדיוק כדי לתקשר עם תוכנית מחשב אחרת במחשב אחר). לשם כך משתמש במחלקה Socket (שקע) (א ו ל י (Client - ב קיים חוסר סימטריה בין השני (שרת - (Server יוזם ההודעה הראשונה (לקוח ו ב י ן הצד 6

7 דוגמא: איך נשלח מחרוזת בין שני ( ) מחשבים? ServerSocket s = new ServerSocket(7); Socket clientsocket = s.accept(); BufferedReader in = new BufferedReader( new InputStreamReader( clientsocket.getinputstream())); String input = in.readline(); ב י יש ו מ י תקש ורת יש לכ ת ו ב שת י ת וכ נ י ו ת: ת וכנ י ת ס פק ו ת ו כנ ית לק וח. (הס פק ו הלק וח אי נם מר יצ ים א ת א ו תה ה ת וכנ י ת) I want to OK connect Socket s = new Socket(" 7); PrintWriter out = new PrintWriter(s.getOutputStream(), true); out.println( "hello there!"); 7

8 package examples.sockets; import java.io.*; import java.net.*; EchoClient public class EchoClient { public static void main(string[] args) throws IOException { Socket echosocket = null; PrintWriter out = null; BufferedReader in = null; try { String hostname = args[0]; echosocket = new Socket(hostName, 7); out = new PrintWriter(echoSocket.getOutputStream(), true); in = new BufferedReader( new InputStreamReader(echoSocket.getInputStream())); catch (UnknownHostException e) { System.err.println("unkown host"); System.exit(1); catch (IOException e) { System.err.println("Couldn't get I/O for " + "the connection to host"); System.exit(1); catch (ArrayIndexOutOfBoundsException aiobe) { System.err.println("wrong usage: enter hostname"); System.exit(1); 8

9 // establish an input stream to read from the standard input BufferedReader input = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in)); String userinput; while ((userinput = input.readline())!= null) { // writer line to output stream out.println(userinput); out.flush(); // print received echo result System.out.println("echo: " + in.readline()); // close streams and socket out.close(); in.close(); input.close(); echosocket.close(); Buisness Logic 9

10 class EchoServer { public static void main(string[] args) { ServerSocket serversocket = null; try { serversocket = new ServerSocket(7); catch (IOException ioe) { System.err.println("Couldn't listen on port 7"); System.exit(1); Socket clientsocket = null; try { clientsocket = serversocket.accept(); catch (IOException ioe) { System.out.println("Accept failed: 7"); System.exit(-1); EchoServer try { PrintWriter out = new PrintWriter(clientSocket.getOutputStream(), true); BufferedReader in = new BufferedReader( new InputStreamReader(clientSocket.getInputStream())); String input = in.readline(); out.println(input); out.close(); in.close(); clientsocket.close(); serversocket.close(); catch (IOException ioe) { System.err.println("Couldn t communicate with client"); Buisness Logic 10

11 שיפור המימוש (chat שרת שלא יפול אחרי ההודעה הראשונה שרת שלא יפול אחרי הלקוח הראשון שרת שיודע לטפל בכמה לקוחות במקביל (כמ עט שרת בעיה: בעת הפעולות accept (המתנה ללקוח חדש), readline (קריאת שורה מזרם) או print (הדפסה לזרם) התוכנית נתקעת (blocked) ולא ניתן לבצע דברים אחרים "במקביל" כדי ליצור מקביליות יש להשתמש במנגנונים נוספים/חלופיים: חוטים (threads) שימוש בספריית תקשורת א-סינכרונית: java.nio 11

12 שרת echo מרובה חוטים אז איך נכתוב שרת echo מרו בה לקוחות? השרת יבצע לולאה של המתנה ללקוחות, לקוח חדש ייצור חוט חדש שיטפל בו עבור כל כל החוטים יריצו את אותו השרות לולאה שממתינה להודעה מהלקוח (כל חוט והלקוח שלו) ועונה לו מה חסר כ די להפוך את השרת ל שרת?chat 12

13 Multiple clients port 5077 client application server application client application

14 package examples.sockets; import java.net.*; import java.io.*; class MultiClientEchoServer { public static void main(string[] args) { ServerSocket serversocket = null; try { serversocket = new ServerSocket(7); catch (IOException ioe) { System.err.println("Couldn't listen on port 7"); System.exit(-1); while(true) { try { Socket clientsocket = serversocket.accept(); EchoClientHandler handler = new EchoClientHandler(clientSocket); (new Thread(handler)).start(); catch (IOException ioe) { 14

15 class EchoClientHandler implements Runnable { private Socket clientsocket; public EchoClientHandler(Socket clientsocket) { this.clientsocket = clientsocket; public void run() { try { PrintWriter out = new PrintWriter(clientSocket.getOutputStream(), true); BufferedReader in = new BufferedReader( new InputStreamReader(clientSocket.getInputStream())); String input = null; while ((input = in.readline())!= null) { // read from the client out.println(input); // write to client out.close(); in.close(); clientsocket.close(); catch (IOException ioe) { System.err.println("couldn t communicate with client"); System.exit(-1); 15

16 (1) למה לא?Sockets בעיה: שי מו ש בפרו טוקול לא סטנדרטי התקשורת אמנם עוברת מעל פרוטוקולים סטנדרטים כגון IP, TCP, Ethernet ואולי אחרים (מאחורי הקלעים) אולם היישום עצמו מגדיר פרוטוקול משלו מספר 7, תוכן ההודעה הוא מחרוזת...) (שלוחה כדי להשתמש בתוכנית שלנו לקוחות (אנושיים) יצטרכו להריץ בעצמם את תוכנית הג'אווה: EchoClient 16

17 (2) למה לא?Sockets הטכנולוגיה תופסת חלק נכבד מהקוד, בעוד הלוגיקה העסקית (מה שהתוכנית באמת עושה) זניחה הדבר בולט בישומים פשוטים התקשורת והמקביליות הן היבטים (aspects) של היישום ולא נרצה לערב אותן עם הלוגיקה העסקית 17

18 (3) למה לא?Sockets למרות העושר שמספקת, ביישומים רבים זה אינו מוקד הפיתוח (פרט לשיקולי ביצועים) אנו מ ע ונ י ינ י ם לכת וב א ת ה י יש ום ללא תלות ב פר וט וק ול הת קשו רת שמעל י ו אנו ע וב ד ים לפ עמ ים אנו מע ונ י ינ ים ל תאר את הא ינטרא קצ י ה בי ן שנ י עצמ ים באותה צורה ב ין אם ה ם נמצאים ע ל אות ה מ כ ו נה וב י ן אם הם מתקשר ים ד רך הא ינטרנ ט נזכיר כי אחד מיסודות התכנות מונחה העצמים הוא העברת הודעות passing),(message כאשר הכוונה להפעלה של מתודות על עצמים 18

19 Variants of Networking Architectures

20 סוגים של לקוחות בבנ י ית ייש ו ם שרת- לק וח על המ תכנת ת להחל יט א יזו ל וג י ק ה תשב בשרת וא יזו בלק וח על מ ה משפ י ע ה החלט ה ז ו? מה ה קשר בי ן החלט ה זו ומ ו דל ה?MVC 20

21 הדפדפן הוא הלקוח גם ביישומ ים שאינם כוללים גלי שה באינטרנט מצאו את ההבדלים בין לקוחו ת ש ל MSN Messenger 21

22 הדפדפן הוא הלקוח ית רו נו ת הג י שה: סטנדרטי זמינות אין צורך בהתקנה או הרשאות (GUI, חסר ונ ות: הדפדפן מיועד לעבודה מעל HTTP חווית משתמש (פרוטוקול STATELESS קידוד ב HTML, CSS, Script Desktop כדי לשפר את חווית המשתמש בדפדפן לרמת Application נעשה שימוש בכמה טכנולוגיות Rich Internet Applications (RIA) 22

23 Asynchronous Script + XML (Ajax) אוסף טכנולוגיות המגדיל את התגובת י ות של יישומי אינטרנט 23

24 Ajax Fundamentals 24

25 במעלה מחסנית הפרוטוקולים מאפשרת עב ו ד ה ברמ ות שונ ו ת של פרוט ו ק ול התקש ו רת בה תאם לנד רש ע"י ה י י שום המחלקות Socket ו- ServerSocket לעבודה מעל TCP המחלקות DatagramPacket ו- DatagramSocket לעבודה מעל UDP המחלקה URL לעבודה מעל HTTP או FTP מחלקות לעבודה מעל פרוטוקולים מוצ פנים כגון SSLSocket 25

26 יתרונות בעבודה מעל HTTP אבטחה רוב הארגונים מאפשרים הודעות היוצאות ל port 80 שרותי Hosting אין צורך בשרת ייעודי אלא אפשר לתמרן שרתי WEB סטנדרטים כלים שימוש בכלי תוכנה סטנדרטים סביבות) (ספריות, מחלקות, 26

27 המחלקה URL עם או בלי קשר להפיכת שרתים לשרתי HTTP כדי להקל על כתיבת לקוחות בפרוטוקולים סטנדרטים java.net.url ftp) http, וכ י ו"ב) מ ספקת את המחלקה // Create some URL objects URL url = null, url2 = null, url3 = null; try { url = new URL(" // An absolute URL url2 = new URL(url, "catalog/books/javanut4/"); // A relative URL url3 = new URL(" " "index.html"); catch (MalformedURLException e) { /* Ignore this exception */ // Read the content of a URL from an input stream InputStream in = url.openstream(); 27

28 המחלקה URL ע"י שימוש במחלקה URLConnection ניתן לקבל פרטים נוספים על ההודעה Parsing) (HTTP Message כגון: // For more control over the reading process, get a URLConnection object URLConnection conn = url.openconnection(); // Now get some information about the URL String type = conn.getcontenttype(); String encoding = conn.getcontentencoding(); Date lastmodified = new Date(conn.getLastModified()); int len = conn.getcontentlength(); // If necessary, read the contents of the URL using this stream InputStream in = conn.getinputstream(); Scanner s = new Scanner(in); while(s.hasnextline()) System.out.println(s.nextLine()); 28

29 Peer to Peer Networks בתוכנות מסוימות יכולים מחשבים מסוימים לתפקד גם כשרת וגם כלקוח. מחשבים כאלו נקראים עמיתים (peers) (כגון (emule לדוגמא: רשתות שיתוף קבצים שאלה: איך תוכנית יכולה גם ליזום התקשרויות (לקוח) וגם לענות לבקשות נכנסות (שרת)? שאלה: איך ניתן ברשת peer-to-peer לדעת את כתובתו של המחשב המבוקש? שאלה: איך ניתן ב emule לדעת באיזה מחשב שמור קובץ מסוים? 29

30 The emule Network 30

31 The network is the computer * Consider the following program organization: method call SomeClass AnotherClass returned object computer 1 computer 2 If the network is the computer, we ought to be able to put the two classes on different computers (RPC) RMI is one technology that makes this possible * For an opposing viewpoint, see 31

32 Non-RMI Approach Server Machine Client Machine Bank b User defined code: Open socket Read & parse request Create response Send using protocol Deposit Request Response User-defined protocol User defined code: Open connection Format request Send using protocol Parse response 32

33 RMI Approach Server Machine Client Machine BankImpl b Automatically Generated Skeleton Request Response Automatically Generated Stub User defined: Bank b= // lookup b.deposit(accid, 200) Standard protocol 33

34 RMI Architecture 34

35 RMI Architecture Objects can be accessed remotely because they extend the Remote object RMI servers must be designed as an RMI server from scratch because it is not easy to take non-remote classes and make them remote A frequently used technique for creating sets of remote objects of the same type is to create a remote object factory that manages those objects and passes back references to those objects to clients 35

36 Web Services רעיון הפעלה של פונקציה על מחשב מרוחק עומד גם מאחורי Web Services Web Services בשונה מ MRI אינם תלויי שפת תכנות וניתן להפעיל אותם בעזרת פרוטוקולי טקסט (SOAP) בפורמט XML מעל HTTP או ישירות מעל (RESTful Web Services) HTTP נדון בהם בהרחבה בהמ שך ה קורס 36

37 Web/Application Servers J2EE מ ש מ ש כטכנו לוגיית ת ש תית ל שר תי RMI (EJB) שרתים אלו אשר נכתבו כ Containers ל- Components וככאלה מטפלים בכל היבטי התקשורת בעבור כותב ה Component 37

38 References Trail: Custom Networking Trail: RMI by Ann Wollrath and Jim Waldo Fundamentals of RMI Short Course by jguru RMI Tutorial by Ken Baclawski 38