При разработке WEB приложения можно использовать одну из наиболее популярных технологий, к которым следует отнести Java Servlets, Java Server Page, PHP, ASP.NET, Node.js. В статье приводятся преимущества и недостатки данных технологий при разработки Web приложения.

Web приложения реализуют бизнес-логику на стороне сервера и генерируют код для клиента. Т.е. клиент, как правило, является тонким, без каких-либо серьезных ресурсов обработки информации на сервере. Также у всех этих приложений одинакова архитектура взаимодействия сервера и клиента и общий протокол взаимодействия - HTTP.

Схематично логика работы WEB приложения представлена на рисунке.

Как следует из рисунка, работа приложений в облаке происходит в три основных этапа:

Запрос клиента. Браузер (клиент) инициирует запрос к серверной части WEB-приложения.
Обработка запроса сервером. После получения запроса сервер приложения проводит обработку запрашиваемой информации.
Если запрашивается статический ресурс типа страницы HTML, рисунок, документ, то данная информация форматируется согласно протоколу HTTP и передается клиенту в качестве ответа.
Если требуется динамический ресурс, то запрос передается на обработку соответствующему серверному приложению ("контейнеру" WEB приложения), где и происходит дальнейшая обработка параметров запроса.
Ответ клиенту. После обработки запроса и формирования ответа, данные передаются браузеру (клиенту) с использованием протокола HTTP. Ответ содержит данные (обычно в виде HTML кода, иногда двоичные данные), а также дополнительные параметры в заголовке HTTP ответа.

Данный подход к разработке приложений создает определенные сложности, основной из которых является отсутствие состояния WEB приложения (так называемое stateless programming). Это означает, что приложение работает исключительно в режиме запрос-ответ, не имея данных о предыдущих шагах пользователя или какой-либо иной постоянной информации. Для решения данной проблемы в различных WEB технологиях используется понятие пользовательской сессии, которая позволяет хранить определенную информацию на сервере в течение сеанса работы пользователя.

Однако наличие сложности разработки WEB приложения не ограничивается только сессией работы пользователя. Для ускорения разработки серьезных WEB приложений используются различные дополнительные фреймворки. Таким образом, чем больше возможностей предоставляет платформа, тем быстрее и эффективнее может вестись разработка.

Выбор технологии

Какую выбрать технологию для разработки WEB приложения целиком и полностью зависит от руководителя проекта (конструктора, разработчика). Можно, конечно, освоить новую, самую модную на текущий момент технологию, для расширения своего кругозора и разработки в ней еще одного приложения. Это особенно оправданно, если за все это платят хорошие деньги. Но чтобы стать после этого хорошим специалистом в данной области требуется значительное время.

Большой проект (WEB приложение) в конечном итоге может оказаться "провальным". Нет, не то, чтобы его не выполнили и не смогли сдать заказчику. Нет это все как раз со скрипом прошло успешно; ведь и заказчику порой нужно списать деньги, чтобы получить в следующем году не меньше. Но эта уже другая тема - как сдавать проект заказчику. Просто WEB приложением не стали пользоваться и оно умерло, не успев родиться.

В каком случае проект может оказаться неудачным, с чем это может быть связано? Может быть с неумелым управлением? Или с неправильным выбором платформы, о чем стало известно на последнем этапе. Причин может несколько, а виновных нет. Как известно, только у Побед много родителей, а вот Поражение всегда сирота.

Выбор конкретного подхода для разработки WEB приложения полностью зависит от руководителей проектов (конструкторов, разработчиков и т.п.), их опыта и знаний. Трудно сказать, что та или иная технология может решить все проблемы. У каждой есть определенные преимущества и недостатки.

В статье рассмотриваются различные подходы к созданию WEB приложений, их достоинства и недостатки, а также рассмотрены конкретные платформы. Использование различных подходов рассматривается с точки зрения построения сложных гетерогенных глобальных систем. Не все популярные технологии приводятся в данной статье.

Серверная часть приложения

Для различных платформ создания WEB приложений необходимо выделить два основных существующих подхода к разработке серверной части:

Формирование кода в виде текста определенного формата.
Встраивание кода в определенные шаблоны.

Первый подход предоставляет наибольшие возможности по повышению производительности. Он предусматривает передачу всех данных о запросе непосредственно серверу, который может как сформировать ответ со страницей для пользователя, так и открыть на передачу поток двоичных данных, например для передачи изображения. Однако при таком подходе все данные для передачи формируются программным путем, что замедляет разработку простых страниц. Примерами данног подхода являются технологии CGI, Java Servlets.

Второй подход использует оформленные особым образом шаблоны страниц, что позволяет вставлять в них участки кода. Этот подход особенно эффективен при создании WEB приложений, основная информация в которых статична, а динамическая информация может быть сгенерирована простыми программными конструкциями. При разработке больших систем этот вариант усложняет взаимодействие между компонентами и затрудняет реализацию сложной архитектуры. Также он менее эффективен по производительности и ограничивает возможности по реализации сложных страниц. Примерами данного подхода являются наиболее популярные на данный момент технологии PHP, ASP, JSP.

Наиболее важные требований, выдвигаемые при создании сложных Web систем, наличие которых делает систему привлекательной для использования:

платформная независимость;
язык реализации;
производительность, масштабируемость;
возможности расширения и интеграции;
простота использования, наличие средств разработки;
наличие необходимых программных библиотек;

Таким образом определены требования, необходимые для платформы разработки. Далее рассматриваются наиболее популярные на данный момент платформы, их особенности

Common Gateway Interface, CGI

Технология Common Gateway Interface (CGI) в отличии от остальных рассматриваемых технологий является наиболее низкоуровневой. Кроме этого данная технология является стандартом интерфейса, который служит для связи внешней программы с WEB сервером.

Протокол CGI разработан таким образом, чтобы можно было использовать любой язык программирования, который работает со стандартными устройствами ввода/вывода. Так как данная возможность присутствует на уровне операционной системы, то, если не требуется сложный скрипт, его можно оформить в виде командного файла.

Основные достоинства и недостатки технологии CGI :

CGI не налагает особых условий на платформу, поэтому работает на всех популярных платформах и WEB серверах. Также технология не привязана к конкретному языку программирования и может быть использована на любом языке, работающем со стандартными потоками ввода/вывода.

Производительность программ CGI не очень высока. Основной причиной этого является то, что при каждом обращении к серверу создается отдельный процесс, требующий большого количества системных ресурсов. Кроме этого встроенных средств масштабируемости данная технология не предусматривает, и об этом разработчик должен заботиться отдельно.

CGI программа представляет из себя готовый к исполнению файл, что препятствует легкому расширению системы.

Данные причины привели к тому, что сейчас разработке приложений в технологии CGI предпочитают более развитые платформы, предоставляющие больше удобства разработчикам и обладающие повышенной производительностью. Тем не менее знание CGI необходимо для понимания работы высокоуровневых платформ.

Java Servlets

Технология Java Servlets (сервлеты) была разработана компанией Sun Microsystems, чтобы использовать преимущества платформы Java для решения проблем технологии CGI и API расширений сервера. Технология решает проблему производительности, выполняя все запросы как потоки в одном процессе. Сервлеты не зависят от платформы поскольку выполняются внутри Java Virtual Machine (JVM), и могут легко разделять ресурсы.

Модель безопасности Java делает обеспечивает управление уровнем доступа, а обработка исключений делает сервлеты более надежным средством. Технология обладает широкими функциональными возможностями, и большое количество библиотек предоставляет самые разнообразные средства, необходимые в разработке.

Сервлет является классом Java должен быть выполнен внутри Java VM. "Контейнер" WEB приложения типа Tomcat загружает класс сервлета при первом обращении к нему, либо сразу при запуске сервера согласно настройки конфигурации. Далее сервлет остается загруженным для обработки запросов, пока он не выгружается явным образом, либо до остановки контейнера.

Технология сервлетов является распространенной и может быть использована со всеми популярными WEB серверами, выполняющими функции контейнера сервлетов (Apache Tomcat, Java Web Server от Sun).

Программный интерфейс позволяет сервлетам обрабатывать запросы на низком уровне (заголовки запросов, их тип, и т.д). Это обеспечивает большую гибкость при разработке нестандартных обработчиков, например при работе с двоичным или мультимедийным содержимым.

В связи с тем, что сервлеты обрабатываются в одном процессе с помощью создания внутри него потоков, программный код сервлетов должен быть потокобезопасным. Это накладывает определенную ответственность на программиста. При этом сервлеты приобретают такое неоценимое преимущество как масштабируемость.

Таким образом, сервлеты обеспечивают компонентный, платформонезависимый метод построения WEB приложений без ограничений производительности. Они имеют широкий диапазон доступных прикладных API, позволяют использовать все преимущества Java, легко расширяются и масштабируются, поддерживаются всеми популярными WEB серверами. Все это обеспечивает использование данной технологии для разработки крупных WEB систем.

Java Server Page, JSP

Технология Java Server Pages (JSP) от компании Sun Microsystems является надстройкой над технологией Java Servlets, обеспечивающая более быструю и простую разработку WEB приложений с помощью использования шаблонов. Для понимания архитектуры и преимуществ JSP необходимо знать технологию Java Servlets, поскольку они тесно связаны.

Страницы JSP представляют из себя шаблоны страниц, схожие с шаблонами РНР и ASP. Основным отличием от других подобных технологий является то, что код, находящийся внутри страницы, предварительно компилируется в Java Servlet. Статические участки шаблона преобразуются в вызовы к функциям для их помещения в поток вывода. Код компилируется так, как если бы он находился внутри сервлета. Компиляция JSP страниц в сервлеты проводится один раз - либо при первом обращении к странице, либо при запуске контейнера сервлетов.

Технология JSP удачно объединяет все преимущества Java платформы b шаблонный подход к построению сайтов. Благодаря этому технология получила широкое распространение как среди профессиональных коммерческих разработчиков, так и при создании открытых бесплатных проектов.

Важным шагом к расширению шаблонного подхода стали так называемые библиотеки тэгов (tag libraries). Это гибкая возможность интегрировать стандартные, сторонние, или собственные программные компоненты в страницы. Простота создания и использования привели к большой популярности библиотек тэгов.

Технология JSP не привязана к конкретной аппаратной или программной платформе благодаря работе на основе Java. То есть JSP являются отличным решением для использования в гетерогенных средах.

Производительность технологии ограничена объективными особенностями архитектуры. Во-первых, страницы должны быть откомпилированы в сервлеты, но только один раз при первом к ним обращении. Во-вторых сервлеты выполняются в JVM, т.е. в режиме интерпретации. Однако эти ограничения компенсируются дополнительными возможностями. Так современные WEB "контейнеры" поддерживают кластеризацию серверов, что перекладывает нагрузку на аппаратное обеспечение. Это является экономически оправданным и простым решением.

Основными достоинствами JSP является простота разработки, характерная для шаблонного подхода, наличие большого количества сторонних библиотек, легкость их использования, мощные и разнообразные среды разработки. Благодаря всем этим факторам JSP является наиболее перспективной базовой технологией разработки при создании Web - сайтов. Однако при создании сложных WEB систем ограничения, накладываемые шаблонным подходом становятся серьезным препятствием к развитию.

Personal Home Page, PHP

Технология Personal Home Page (PHP) получила широкое распространение благодаря поддержке самых популярных платформ своей и бесплатности. Она базируется на принципе построения страниц на основе шаблонов. Страницы РНР имеют вид обычных HTML страниц, в которые могут быть включены специальные тэги вида <?php?>. Между тэгами вставляются строки программного кода на специальном языке сценариев РНР.

Основные достоинства и недостатки платформы PHP :

Применяемый в РНР язык прост и удобен, однако не является в полном смысле объектно-ориентированным; Для РНР существуют обширные библиотеки, а также масса встроенных функций для решения самых разнообразных задач.
При использовании РНР с Web сервером Apache есть возможность эффективного исполнения ядра, как расширения сервера. В остальных случаях производительность платформы невысока. Собственных средств масштабирования РНР не имеет, все возможности по кластеризации целиком ложатся на WEB сервер и разработчиков.
Возможности интеграции ограничены включением модулей и использованием внешних функций, что не соответствует современным требованиям.

Хранение всего кода в файлах-страницах приводит к затруднению разделения бизнес-логики и интерфейса при создании больших систем.

Тем не менее можно заключить, что, благодаря простоте использования, наличию большого числа функций и библиотек, распространенности и поддержке большинства существующих WEB серверов и платформ, РНР является очень удобным средством разработки небольших систем. В то же время ограничения по производительности, масштабируемости, языку программирования и возможностям расширения и интеграции препятствуют использованию платформы при разработке масштабных систем.

Технология Microsoft .NET и среда ASP.NET

Технология .NET является последней разработкой компании Microsoft и заявлена как новый этап в развитии средств взаимодействия между приложениями. В настоящий момент она доступна в качестве дополнения .NET Framework к семейству операционных систем Microsoft Windows. Также продолжаются работы по созданию и совершенствованию технологии .NET Framework на других операционных системах.

Основой .NET является Common Language Runtime (CLR общая среда исполнения языков), опирающаяся на системные службы операционной системы и управляющая выполнением кода, написанного на любом языке программирования. Набор базовых классов дает доступ к сервисам платформы, которые можно использовать при программировании. CLR и базовые классы вместе составляют основу .NET платформы.

NET предлагает такие высокоуровневые сервисы для разработки WEB приложений как :

ASP .NET - новая версия ASP, позволяющая использовать любой (.NET совместимый) язык для программирования Web страниц;
Windows Forms и Web Forms - набор классов для построения пользовательского интерфейса локальных и WEB-ориентированных приложений.

Важной составляющей частью платформы .NET является обновленная среда ASP.NET (ранее использовалось ASP+). В ее основе лежит новая платформа, и основными языками программирования для нее выбраны С# и Visual Basic, вместо бывших скриптовых языков. В то же время, новая технология позволяет писать ASP страницы на любом подходящем языке программирования.

В технологию ASP.NET заложено все, чтобы сделать весь цикл разработки WEB приложения более быстрым, а поддержку проще. Основные возможности ASP.NET.

Компилирование кода при первом обращении.
Широкий выбор библиотек компонентов, поставляемых с .NET.
Поддержка среды разработки Visual Studio.NET.
Языковая независимость в пределах платформ для которых реализована общая языковая среда исполнения.
Возможности расширения с помощью мультипроцессорных и кластерных решений.
Новые возможности по обработке ошибок.
Объектно-ориентированные языки разработки (С#).

Вместе с созданием технологии ASP.NET появились новые возможности по разработке WEB систем, отвечающие всем современным требованиям и позволяющие значительно ускорить и упростить разработку сложных приложений. Однако ASP.NET сильно привязана к серверу IIS, и, хотя архитектура .NET позволяет перенести приложения ASP.NET на другую платформу, на данный момент реальная возможность отсутствует.

Таким образом, многоплатформенность пока еще не может быть удовлетворена платформой .NET. Однако необходимо отметить, что такая система должна иметь возможности интеграции с платформой .NET (особенно WEB сервисы).

Node.js

Согласно Википедии Node или Node.js — это серверная реализация языка программирования JavaScript, основанная на движке V8. Предназначена Node для создания масштабируемых распределённых сетевых приложений, таких как WEB сервер. В отличие от большинства программ с использованием JavaScript, Node.js исполняется не в браузере клиента, а на стороне сервера.

Несомненно, Node.js и JavaScript имеют существенные отличия. В первую очередь Node.js - это платформа для разработки веб приложений, а JavaScript - это язык. Опять же под JavaScript подразумевают скрипт, выполняемый на стороне клиента (в браузере), а Node.js выполняется на сервере. То есть, Node.js просто другой контекст : он позволяет запускать JavaScript-код вне браузера.

Чтобы код JavaScript выполнился вне браузера (на backend), он должен быть интерпретирован. Именно это и делает Node.js. Для этого он использует движок V8 от Google — ту же самую среду исполнения для JavaScript, которую использует браузер Google Chrome.

Основные недостатки Node.js

1. Отсутствие полноценной IDE. Существуют плагины для Eclipse и NetBeans, есть частичная поддержка и в других IDE, но назвать их полноценными решениями на данный момент нельзя. Особый интерес представляет Cloud9 IDE для разработки на JavaScript прямо в браузере. Эта IDE быстро развивается и уже активно используется многими Node.JS разработчиками.

2. Необходимость перезапуска приложения после внесения изменения. Несмотря на существование утилит, автоматизирующих данный процесс, некоторое время на это всё равно уходит. Для сравнения, при использовании шаблонного подхода для разработки интерфейса (JSP, PHP) перезапуск приложения не требуется. Но если вносятся изменения к примеру в JavaBean или servlet, то также потребуется перезапуск WEB-приложения, и происходит это намного дольше.

Контроль за уечкой памяти. С этим сталкиваются начинающие Node.JS. За памятью надо следить всегда и везде, но быстро живущие PHP-скрипты или небольшой клиентский JavaScript сильно расслабляют. В таких приложениях многие разработчики особо не предают значения потере нескольких килобайт памяти, а некоторые вообще не следят за этим показателем. Node.JS таких поблажек не делает. Приложение на Node.JS работает долго, и в случае утечки, каждый запрос к сайту будет уносить с собой кусочек памяти, которая очень быстро закончится, что приведёт к известным последствиям. Специфика JavaScript также располагает к появлению этого типа ошибок.

Возврат ошибок из асинхронного кода. Например, в PHP весь код выполняется синхронно, поэтому отловить ошибку на любом уровне вложенности можно с помощью конструкции try-catch. Но в Node.js большая часть кода работает асинхронно (операции ввода/вывода). При этом исключительные ситуации, как правило, возникают не при вызове метода, а при работе его callback'а, который выполняется уже вне конструкции try-catch. Для передачи информации об ошибках в Node.JS принято использовать первый параметр callback-функции. Т.е. если у нас возникла ошибка, мы вызываем callback-функцию либо с одним единственным параметром, описывающем её, либо первый параметр выставляем в undefined/null, а в последующих передаём результаты работы нашего функционала. В реальных приложениях вложенность вызовов может быть довольно большой и каждый раз передавать ошибку наверх очень неудобно.

Сложные математические расчёты не для Node.JS. Конечно, можно и на велосипеде привезти кирпичи для дома. Но зачем? Так и в Node.JS всё же возможно производить сложные математические расчёты, путём разбиения задачи на короткие итерации, выполняемые за несколько витков event loop, но это уже извращения и фанатизм. Гораздо проще выносить такие задачи за пределы event loop или вообще выбрать другую технологию для разработки.

Достоинства Node.js

Асинхронный ввод/вывод. Это самое значимое преимущество Node.js и оно лежит в основе данной технологии. В Node.js можно одновременно выполнять несколько операций, не зависящих друг от друга. При синхронном выполнении, например в PHP, операции будут выполняться друг за другом последовательно, каждый раз ожидая завершения предыдущей. В Node.js запросы к СУБД можно отправить «параллельно». На самом деле запросы отправляются последовательно , но Node.JS не дожидается результата работы предыдущего запроса, чтобы отправить следующий. По мере выполнения запросов, будут вызваны callback-функции для обработки их результата.

Использование асинхронного ввода/вывода к примеру в JSP потребует включение в приложение дополнительной библиотеки jQuery, которая позволяет осуществлять Ajax-запрос к серверу без перезагрузки страницы.

Один и тот же язык на сервере и на клиенте. Это позволяет повторно использовать некоторый код для валидации форм, построения шаблонов на клиенте и т.п. В целом, это очень упрощает разработку, особенно, когда клиентская часть приложения сложная и требует серьёзной работы.

Обработка http-запроса внутри себя. Это значит, что для каждого нового запроса не выполняется инициализация, как, например, на PHP. Настройки загружены, соединения с БД и с кешем открыты, код скомпилирован и готов к работе. Благодаря такой архитектуре и гибкости открывается огромный простор для различных техник оптимизации. Например, один раз разобрав шаблон, можно хранить его в виде функции, принимающей на вход данные и возвращающей готовый HTML. Или можно легко организовать локальное (для процесса) кеширование, наиболее часто используемых данных, что даст прирост в скорости работы с ними.

Вокруг Node.JS образовалась солидная экосистема, включающая сотни модулей и, оответственно, их разработчиков. Во многом благодаря удобству github сообщество имеет отличный инструмент для развития этой экосистемы, которое идёт семимильными шагами, и свой вклад в это развитие может внести любой желающий. С помощью таких инструментов, как npm, процесс поиска, выбора и установки необходимых модулей становится простым и быстрым.

Сам язык JavaScript и API Node.js очень гибкие и лаконичные. Программы получаются компактными и легко читаемыми. Вы вряд ли увидите в них классы, состоящие практически целиком из геттеров и сеттеров, или десятки файлов с описаниями интерфейсов. Такие вещи, как замыкания и лямбда-функции, позволяют писать очень красивый код.