írta: Sólyom-Nagy Péter
A dokumentum letölthető PDF formátumban.
Bevezetés
Többfelhasználós rendszereknél különösen fontos a pontos tervezés, és kivitelezés. Az alkalmazás hibája egyszerre több ember munkáját akadályozza. Egy ilyen rendszernél gondolni kell a továbbfejlesztésre is, mert intenzív használat mellett potenciálisan új igények is felmerülnek.
Gondoljunk például egy pénzügyi szoftverre. Az adózási, számviteli szabályok állandóan változnak, ez gyakorlatilag folyamatosan üzemeltetési feladatokat generál. De ugyanilyen feladatok merülhetnek fel logisztikai, vagy statisztikai területen is.
Cikkemben a többrétegű technológia előnyeit próbálom felvázolni az egyrétegű technikával szemben. Ez a technológia biztosítani tudja a rendszer integritását, átláthatóságát és a biztonságos továbbfejleszthetőségét, míg az egyrétegű technika komoly problémákat okozhat.
A többrétegű technológia különösen fontos, ha a rendszert egy fejlesztő csapat készíti. Ilyenkor jobban szeparálhatók a feladatok, illetve a rendezettség méginkább előtérbe kerül.
Az itt leírtak elsősorban a relációs adatbázisokra épülő vállalati rendszerekre vonatkoznak, de könnyedén átültethetők más környezetbe is.
Egyrétegű programozás
A BASIC, a Pascal, és más hasonló procedurális nyelvek idején még csak az egyrétegű technika volt ismert. A Pascal ugyan lehetővé tette a metódusok unit-okba rendezését, de a metódusok csak az induló alkalmazáson belül, annak rendszerfolyamatában (processz) futhattak, és akkor még nem beszéltünk arról, hogy sokáig a multitaszk is ismeretlen volt.
Egyrétegű alkalmazásnál a nincsenek szeparált rétegek. Az adatbázis-kezelést, az adatok értelmezését, feldolgozását a felhasználóval történő kapcsolattartást mind egy környezet végzi.
Vegyünk például egy tetszőleges adatbázist. Tegyük fel, hogy készítenünk kell egy rendszert, ami ezen az adatbázison alapul. Az adatbázis szerkezetéből adódóan több tábla kezelését kell megoldani, valamint szabályokat kell alkalmazni a feldolgozások során.
Konkurrens műveletek
Mivel többfelhasználós rendszert készítünk, előfordulhat olyan helyzet, hogy két felhasználó konkurrens módon próbál módosítani ugyanazon a táblán. Ez inkonzisztens állapotot hozhat létre, mert amit az egyik felhasználó módosított el fog veszni, ha a másik felhasználó felülírja a saját adataival (az elavult adatokkal együtt) a bejegyzést.
Milyen gyakran fordulhat ez elő?
Felmerülhet a kétely; “Ilyen úgysem lesz soha, vagy ha igen, csak ritkán fog problémát okozni.”. Ez attól függ, milyen jellegű a feldolgozás, illetve hányan dolgoznak egyszerre a rendszerben. A komplex feldolgozások és a sok felhasználó mind növeli az ütközés esélyét.
Ha két felhasználó ugyanazt a bejegyzést nyitja meg módosításra – és itt vegyük figyelembe, hogy a felhasználói interakciók a rendszer szempontjából véletlenszerűen lassú műveletnek tekinthetők – az egyik módosítás biztosan el fog veszni.
De az automatizált műveletekkel se sokkal jobb a helyzet. Ezeknél a műveleteknél nagy sebességgel tömeges feldolgozás történik, az érintett táblák tartalma folyamatosan változik. A feldolgozás futása alatt a bejegyzések módosítása hasonló helyzetet idéz elő, mint az előző példánál.
Ebből a két példából látható, hogy a konkurrens műveletvégzés potenciális veszélyt jelent egy ilyen rendszernél.
Megkerülhetőség
Mivel szem előtt tartjuk a kód-újrahasznosítás (code-reuse) szabályait, az egyes részfeladatokat külön metódusokba helyezzük. Ilyen metódusok például az alábbiak;
- openDatabase() megnyitja az adatbázis kapcsolatot
- closeDatabase() lezárja az adatbázis kapcsolatot
- getItem() visszaad egy elemet az adatbázisból
- validateItem() validálja az objektum adatait
- saveItem() elmenti a bejegyzést az adatbázisba
Ez a módszer azonban egy nagy hátrányt is rejt magában. Az egyrétegű alkalmazásoknál az egyes metódusok bárhonnan elérhetők, például a saveItem metódus egy kattintással elérhető a felhasználói felületről. Ez abból a szempontból aggályos, hogy a metódust meg tudjuk hívni anélkül, hogy a validateItem metódust meghívnánk.
A probléma csak szigorú konvenciókkal oldható meg, és fontos a dokumentáltság is. A dokumentáció fontossága a továbbfejlesztésnél, vagy új fejlesztő munkatárs belépésénél látszódik igazán, amikor újból “képbe kell kerülni”.
Skálázhatóság
Egy réteg esetén nem nagyon lehet skálázhatóságról beszélni. Az egyetlen réteg nem sok választási lehetőséget ad a felhasználó és az adatbázis közötti kapcsolat kialakításában. Ha az adatbázis műveletekért felelős komponensek leterhelődnek, az egész rendszer le fog lassulni. Ha a háttérben elindítunk egy feldolgozást, a felhasználói felület is belassulhat.
Egy súlyos rendszerhiba esetén a háttérben futó feldolgozás is megszakad, így nem csak a hibát okozó folyamat adatai vesznek el, hanem minden félbehagyott munka.
Környezeti hatások
Még ha azt feltételezzük, hogy a programunk “hibátlan” és soha nem fog lefagyni, akkor is számos hatás okozhatja az adatok sérülését. Az egyrétegű alkalmazás egyetlen gépen fut, és ez a gép rendszerint egy közönséges munkaállomás. A közönséges munkaállomások nincsenek áramszünet ellen védve, nincsen bennük drága hibajavító memória, nincs redundáns tápegységük, hibatűrő háttértáruk, és még lehetne sorolni.
Bármelyik egység meghibásodása az operációs rendszer lefagyásához, újraindulásához vezethet, ami a programunk szempontjából ugyanúgy káros.
Többrétegű programozás
A kezdetek
A hálózatos rendszereknél – amilyenek a többfelhasználós rendszerek – alapvető kialakítás a kliens-szerver architektúra.
A régebbi rendszereknél ez általában azt jelentette, hogy a kliens oldal egy terminálként jelentkezett be a szerverre, és gyakorlatilag a felhasználói felületen kívül minden más a szerveren volt.
A kilencvenes években a banki szektorban előszeretettel használtak Unix alapú hálózatokat, de sok helyen a munkaállomás már DOS/Windows alapú volt. Ezt úgy oldották meg, hogy a Unix hálózatra egy terminál ablakon keresztül lehetett bejelentkezni és az üzleti szoftvert abban futtatták. Ez a Magic fénykora volt.
Ez a kliens-szerver felépítés elég kezdetleges, és nem nevezhető többrétegűnek, mert a munkaállomás valójában csak a billentyűleütéseket továbbítja, és mindent a szerver végez. A vékonykliens funkcionalitást nem az alkalmazás, hanem az operációs rendszer adja. További hátránya, hogy a szerver mindent maga végez, egy esetleges lefagyás esetén a teljes hálózat összeomlik.
Ezt a fejlesztő cégek is felismerték, aminek az eredménye több olyan technológia, ami támogatja a többrétegű rendszerek kifejlesztését. Ilyen például a .NET RPC, vagy a Java RMI technológiája. Bizonyos szempontból ide sorolhatók a WEB alapú technológiák is, mint az ASP, vagy a Tomcat, de ezeknél a rendszereknél általában csak két réteg lesz kialakítva; a kliens oldal és a szerver oldal.
Hány réteg kell?
Azt, hogy hány réteget akarunk használni, mi döntjük el, de a tervezést érdemes jól megfontolni. Az előző bekezdésben említett két réteg meghatározza, hogy – megfelelő kialakítás esetén – a kliens oldal felelős a megjelenítésért, a szerver oldal minden más feladatért.
Elterjedtebb módszer viszont a 3-rétegű technológia, ahol külön rétegre kerül a megjelenítés, az üzleti logika és az adatbázis-kezelés.
Ez a módszer sokkal rugalmasabb környezetet biztosít, különösen akkor, ha adattárolásra több alternatívát is szeretnénk alkalmazni.
Hátrányok
- A többrétegű programozásnak az egyik hátránya, hogy sokkal komplexebb a rendszer felépítése, így már a tervezéstől kezdve sokkal több időt igényel a fejlesztés.
- Mivel a feladatok elsősorban a szerverre (szerverekre) vannak terhelve, ha a szerver meghibásodik, vagy lefagy, az összes kapcsolódó kliens munkája megszakad, emiatt sokkal körültekintőbben kell a rendszert konfigurálni.
Előnyök
Vegyük sorra az előnyöket az egyrétegű alkalmazással szemben.
Konkurrens műveletek
A szerver oldali összefogott felügyelet lehetővé teszi, hogy a szerver menedzselhesse a műveletek sorrendiségét, vagy a konkurrens kliensek szinkronizálását.
Ha két kliens ugyanazt a bejegyzést kívánja módosítani, a “vesztes” klienst – vagyis amelyik egy pillanattal később akarja a bejegyzést menteni – a szerver értesíteni tudja, hogy ütközés keletkezett, újra kell kezdeni a műveletet.
Megkerülhetőség
Mivel az egyes rétegek jól elkülönült folyamatokban futnak, nincs lehetőség arra, hogy az egyes rétegek átlépjék a közbenső rétegeket. A kliens réteg nem is ismeri az adatbázis-réteget, így csak az üzleti rétegen keresztül tud műveletet végezni.
Ez a megoldás biztosítani tudja a sorrendiséget, de természetesen a rétegen belül továbbra is nekünk kell gondoskodni a helyes kódolásról.
Skálázhatóság
Véleményem szerint ez a legnagyobb előnye a többrétegű alkalmazásoknak.
Ha a rendszert jól alakítottuk ki, meg tudjuk oldani, hogy a kliensek ne csak egy szerverhez tudjanak csatlakozni, hanem akár többhöz is. A szerverek közti választást egy terhelés elosztó (LoadBalancer) funkcióval lehet megoldani, ami automatikusan a legkevésbbé terhelt szervert adja vissza.
A skálázhatóság alapja, hogy több szerver is képes ellátni ugyanazt a feladatot. Ezek a szerverek működhetnek párhuzamosan, vagy hot-swap üzemmódban, amikor az egyik kiesése esetén egy másik veszi át annak szerepét.
A kialakítás előnye, hogy a kliens szempontjából lényegtelen, hogy melyik szerverhez csatlakozik. Ha egy szerver kiesik, akkor nem omlik össze a teljes rendszer, csak azok a kliensek szakadnak le a hálózatról, amelyek ehhez a szerverhez csatlakoztak. Ráadásul a kliens azonnal újra tud csatlakozni egy másik szerverhez, és szerencsés esetben a felhasználó ebből semmit sem vesz észre.
További előnyök
Alternatív megjelenítés
A felhasználói igények igen változatosak lehetnek. Előfordulhat, hogy egy nagyvállalaton belül több különböző csoport használja ugyanazt a rendszert más-más környezetből. Például az irodában dolgozó munkatársak Windows munkaállomásokat használnak, ezért ők elvárják, hogy a felhasználói felület részletgazdag és mutatós legyen. Más a helyzet a terepen dolgozó ügynökökkel, akiknél nem a megjelenés, hanem a hatékonyság a fontosabb, vagy ők böngészőből futtatható felületet szeretnének, amit akár az ügyfél bármelyik gépéről el tudnak indítani.
Jól látható, hogy ez két teljesen különböző felhasználási mód. A háromrétegű alkalmazás egyik előnye, hogy a felhasználói felület minden további nélkül lecserélhető, mivel az üzleti logika a szerveren található.
Adatbázis réteg cseréje
Előfordulhat, hogy a rendszer alatt cserélni kell az adatbázist.
A háromrétegű modell azért előnyös, mert az üzleti logika érintése nélkül az adatbázis réteg bármikor kicserélhető, így “egy mozdulattal” térhetünk át mondjuk Oracle-ről MS-SQL-re, vagy PostGreSQL-re. Mivel az adatbázis rétegen csak egyszerű lekérdezések és műveletek vannak, azok átírása egy másfajta technológiára relatív rövid idő alatt elvégezhető.
Adatbiztonság
A szétválasztott rétegeknek van egy biztonsági előnye is. Mivel a bizalmas információk a szerver oldalon maradnak, az egyes munkaállomások csak egy jól kontrollált környezeten keresztül férhetnek hozzá. Ha jó a biztonsági stratégia, akkor minimálisra csökkenthető a visszaélések, támadások száma.
Interaktív kommunikáció
A vékonyréteg technológia miatt a munkaállomásnak elve úgy kell kommunikálnia a szerverrel, hogy a szerver üzeneteire bármikor tudjon reagálni. Ez a funkció felhasználható az interaktív kommunikációra is, például két felhasználó között.
De így üzenhet a rendszergazda is a klienseknek, hogy ha például le kell állítani a rendszert karbantartás miatt.
Az interaktivitás felhasználható arra is, hogy a szerver adatokat gyűjtsön a munkaállomásról, vagy az esetleges kliens oldali hibákról.
Összefoglaló
Az eddig leírtak alapján azt hiszem, jól látható, hogy mennyi előnnyel jár a többrétegű alkalmazás-fejlesztés. Bár összetett feladat a tervezés és a kivitelezés, de sokkal korszerűbb és dinamikusabb rendszert tudunk készíteni ezzel a módszerrel.
A mai világban egy alkalmazás gyakorlatilag soha nem készül el teljesen, mivel folyamatosan keletkeznek új igények. A többrétegű technológia sokkal több lehetőséget ad és – mivel már az elején alapos volt a tervezés – könnyebb a bővítés is.
Mivel a publikáció terén még kezdő vagyok, nagyon fontos a visszajelzés számomra. Amennyiben véleményed van, kérlek írd meg, hogy mit gondolsz!
Sólyom-Nagy Péter
2010. február
Ez a dokumentum elsősorban oktatási célokat szolgál. A dokumentum ilyen jellegű felhasználása a forrás megjelölésével megengedett. Üzleti célú felhasználása csak a szerző írásbeli hozzájárulásával lehetséges.
Copyright © Sólyom-Nagy Péter