Веб-программирование

Связаться

Заказать

Что такое веб-программирование

Веб-программирование – это частный случай программирования клиент-серверного приложения. Клиент-серверное приложение – это вид распределенной информационной системы. Двигаясь от частного к общему, получаем, что веб-программирование – это частный случай программирования распределенной информационной системы. Теперь попытаемся двигаться в обратном направлении, с целью определить, чем именно характерен этот самый частный случай.

Распределенной системой в контексте разработки программных продуктов называют систему независимых приложений, которые зачастую выполняются на различных вычислительных машинах, обмениваются информацией по сетевым протоколам, но решают одну общую задачу или группу задач одного направления. Клиент-серверная архитектура приложения, в свою очередь, характерна тем, что в системе присутствует один или несколько серверов и один или несколько клиентов. Сервер и клиент – это не что иное, как роли отдельных частей распределенной информационной системы, к которым относят как программную, так и аппаратную ее составляющую. Как правило, клиентская часть таких приложений общается с пользователем посредством пользовательского интерфейса, формируя при этом параметры пользовательского запроса, после чего запрос отправляется на сервер. Серверная часть принимает запрос, выполняет все необходимые для его обработки вычисления и отправляет результат обратно клиенту. Как я уже сказал, сервером и клиентом также называют аппаратное обеспечение (компьютеры), на которых установлены клиентские и серверные программные компоненты.

Клиент заказывает, сервер выполняет - все просто, но зачем это нужно, если любые вычисления можно организовать в рамках одного приложения и на одном компьютере? Дело в том, что запрашиваемые вычисления могут требовать серьезных аппаратных ресурсов (мощность процессора, объем памяти и т.д.), а предоставлять такие ресурсы каждому клиенту весьма и весьма дорого. Часто вычисления связаны с анализом информации в базе данных, размеры которой могут превосходить все разумные пределы объемов информационных носителей, устанавливаемых на обычных персональных компьютерах – пользовательских (клиентских) рабочих станциях. Более того, данные должны быть едиными для всех пользователей, поэтому они просто обязаны находиться на общем для всех сервере, иначе о совместном ведении этих данных не может быть и речи. Самыми известными клиент-серверными информационными системами как раз и являются системы управления базами данных (СУБД), такие как Oracle и Microsoft SQL Server. Серверная их часть обслуживает файлы самой базы данных и обрабатывает SQL запросы от десятков, сотен а то и тысяч клиентов. Клиентская часть СУБД – это в первую очередь провайдер базы данных – программный компонент, который позволяет открыть удаленное соединение с базой данных, принять и передать на сервер запрос, вернуть результат запроса назад клиенту и закрыть соединение. Все это выполняется по сетевому протоколу, такому как TCP/IP.

Теперь вернемся к веб-программированию. В данном случае мы также имеем дело с сервером, клиентом и сетевым протоколом, по которому сервер и клиент общаются. В случае с веб-программированием сетевой протокол – это HTTP, веб-клиент – это чаще всего интернет браузер, а веб-сервер – приложение, которое умеет обрабатывать HTTP запросы. Наиболее популярными веб-серверами являются сервер Apache, который работает под управлением серверной операционной системы UNIX и Internet Information Server (IIS), функционирующий под управлением серверной версии Microsoft Windows. Ну а HTTP (HyperText Transfer Prоtocоl) – это прикладной сетевой протокол на базе TCP/IP, который и предназначен для передачи гипертекста. Итак, с тем, что такое веб-программирование, думаю теперь более или менее понятно.

Чем веб-программирование отличается от обычного программирования

Контекст исполнения. Если в случае с обычным “настольным” приложением контекст его исполнения представлен структурами данных, размещенными в оперативной памяти в рамках одного процесса на клиентской машине, то в случае веб-программирования все несколько сложнее. Попытаюсь сформулировать, чем отличается веб-программирование от программирования обычного приложения в плане организации контекста его исполнения. Во-первых, контекст исполнения поделен на всех участников распределенной системы, и они обязаны его как-то делить и синхронизировать между собой. Во-вторых, в случае с веб-программированием контекст исполнения теоретически существует только в ходе формирования и обработки одного клиент-серверного запроса. Имеется в виду, что жизненный цикл всех структур данных в оперативной памяти ограничен не всем периодом работы клиента с веб-приложением, а временем подготовки, отправки и обработки одного HTTP запроса. После перезагрузки интернет страницы все структуры контекста необходимо восстанавливать. Безусловно, существуют различные способы сохранять состояние сеанса между запросами, но эти способы не вписываются в канву программирования по принципу “запрос-ответ” и являются искусственными надстройками над инфраструктурой веб-программирования. Ведь так называемая stateless (без состояния) модель использования сервера, когда система не хранит своего состояния между запросами, а “просыпается” только тогда, когда запрос необходимо обработать, является более надежной в сравнении со stateful (с поддержкой состояния) моделью. Это так, поскольку выход из строя аппаратной или системной программной части сервера может привести к непредсказуемому поведению веб-приложения только в том случае, если этот сбой произойдет в момент обработки запроса. Также, элементарно может не хватить оперативной памяти для обслуживания большого количества клиентских запросов, при условии, что каждому сеансу необходимо обеспечить возможность сохранять и восстанавливать свое состояние. Тем не менее, совсем без контекста исполнения, разделяемого между запросами в некоторых задачах обойтись довольно сложно, поскольку в ходе вычислений часто приходится работать к ресурсам, обращение к которым может занимать много времени. Для того чтобы минимизировать подобные издержки наиболее критичные ресурсы разработчики предпочитают хранить “под рукой” - в оперативной памяти веб-сервера. Рассмотрим, какие существуют способы управлять состоянием веб-приложения. Поскольку мы имеем дело с общением клиента и сервера, то и контекст делится на клиентский и серверный. Далее перечислены способы сохранения и восстановления контекста исполнения или по-другому состояния сеанса работы веб-приложения на стороне клиента и на стороне сервера.

Контекст исполнения на стороне клиента можно сохранять:

В оперативной памяти приложения клиента (интернет браузера). С выходом HTML5 для этих целей в браузерах должна появиться поддержка сервисов SessionStorage и LocalStorage. Это весьма разумно, поскольку используется оперативная память клиента, а не сервера, который “один на всех”. С другой стороны, не все данные есть возможность хранить на стороне клиента, поскольку не все данные можно преобразовать в текстовый формат и передать на сервер.
В небольших фрагментах текстовых данных, сохраняемых на стороне клиента – cookies. Cookies сохраняются в текстовых файлах, в разделах, выделенных операционной системой для хранения различной пользовательской информации. Эти данные передаются каждый раз серверу в заголовках HTTP запроса. Отдельным недостатком этого способа является то, что прием cookies может быть запрещен клиентом.

Контекст исполнения на стороне сервера можно сохранять:

В области оперативной памяти, выделяемой веб-сервером (Apache, IIS) и называемой состояние приложения. Эти данные доступны со всех страниц веб-приложения всем его пользователям.
В области оперативной памяти, называемой состояние сеанса. В отличие от состояния приложения эта область выделяется отдельно для каждого пользователя и сохраняется в течение сеанса его работы с веб-приложением (от момента перехода на страницу приложения и до момента закрытия последней его страницы).
В структурах базы данных. Это наиболее универсальный и надежный способ хранения контекста приложения. Универсальный потому что не зависит от природы веб-сервера, а надежный, потому что жизненным циклом состояния приложения и состояния сеанса управляет веб-сервер, в то время, как информацию в базе данных контролирует веб-приложение.

Еще одним довольно надежным способом хранения данных состояния сеанса является использование элементов HTML разметки. Приложение на стороне клиента может силами того же JavaScript и DOM создать скрытые элементы со скрытыми полями, о существовании которых будет знать только сервер. Сервер, в свою очередь, обработает эти данные и в них же поместит ответ, если это необходимо.

Взаимодействие различных компонентов. Проблема стандартизации и унификации взаимодействия различных программных компонентов сложных программных продуктов свойственна не только веб-приложениям. Современные настольные приложения также состоят из различных библиотек, которые могут быть написаны различными разработчиками и с использованием различных программных платформ и языков программирования. Для универсального способа общения таких компонентов между собой ведущими компаниями-разработчиками создаются соответствующие стандарты и технологии, например Component Object Model (COM) и .NET Framework от компании Microsoft или архитектура Common Object Request Broker Architecture (CORBA), продвигаемая консорциумом OMG.

Элементам веб-приложения также приходится общаться между собой, просто в их случае проблема стоит не так остро, поскольку их общение происходит на расстоянии (не в рамках одного процесса). С целью организации обмена информацией между клиентом и сервером довольно часто используют XML, который великолепно подходит для описания чего угодно, если это “что угодно” имеет ярко выраженную структуру. XML помещают в тело HTTP запроса и отправляют на сервер. Язык XML – это универсальный строительный материал, пригодный для решения абсолютно разных задач, поэтому на его базе создаются специализированные языки – протоколы сетевого взаимодействия, которые в последствии становятся общепринятыми стандартами. К таким протоколам следует отнести Web Services Description Language (WSDL) – язык описания интерфейсов веб-сервисов и Simple Object Access Protocol (SOAP) – протокол обмена структурированными сообщениями между компонентами распределенной информационной системы. Чаще всего сообщения SOAP представляют собой сигнатуру удаленных вызовов процедур и функций (методов) веб-сервиса с параметрами и без. Безусловно, для написания простейших веб-приложений, построением клиента и сервера которых занимается один программист или одна группа программистов необязательно использовать все эти надстройки, но если вы создаете интернет ресурс, клиентами которого должны стать не только рядовые пользователи, но и веб-приложения, создаваемые другими компаниями, то в процессе его разработки лучше придерживаться общепринятых стандартов.

Далее, я приведу краткий перечень областей и технологий веб-программирования со списком разделов сайта codingcraft.ru, им посвященных.

Составляющие веб-программирования

Веб-дизайн

Разработка дизайна и функциональности графического пользовательского интерфейса веб-приложения, создаваемого с помощью языка разметки гипертекста и сопутствующих ему технологий.

Основы HTML/XHTML. На сегодня существует два стандарта разметки гипертекста: HTML и XHTML. В этом разделе я постарался описать то, откуда они появились и чем отличаются. Также, здесь вы найдете краткий справочник по HTML 4.01 с примерами. В дополнение ко всему будет не лишним прочитать про универсальный язык разметки XML.

Шаблоны и макеты. Здесь описаны решения типовых задач, с которыми часто имеют дело веб-дизайнеры: создание макета или шаблона интернет страницы, меню, элементов управления закладками, иерархической навигации типа “дерево” и многое другое.

HTML5. Перечень нововведений, которые начнут поддерживаться всеми современными браузерами после того, как HTML5 официально получит статус рекомендации консорциума W3C.

Программирование на стороне клиента

Тема веб-программирования на стороне клиента непосредственно связана с веб-дизайном, но вынесена отдельным пунктом с целью еще раз заострить внимание читателя на том, что веб-программирование делится на клиентское и серверное.

JavaScript. Самый популярный и поддерживаемый всеми современными интернет браузерами язык программирования. Здесь вы найдете описание того, как на HTML страницу добавить JavaScript код и как использовать объектно-ориентированных подход при написании на нем пользовательских сценариев. Здесь есть и примеры JavaScript приложений.

jQuery. Библиотека, написанная на JavaScript, в состав которой входит огромное количество полезных функций для работы с объектной моделью загруженной интернет страницы: от редактирования содержимого страницы до создания различных визуальных эффектов. Примеры использования jQuery здесь также присутствуют.

AJAX. Технология создания динамических интернет страниц на основе асинхронной загрузки гипертекста (результат асинхронного выполнения HTTP запросов) в отдельные области текущей страницы. Приведено описание того, как использовать технологии AJAX с примерами на JavaScript, в том числе с использованием библиотеки jQuery.

Программирование на стороне сервера

В этом разделе будут собраны описания различных технологий и языков серверного веб-программирования. Постараюсь привести примеры программной обработки параметров HTTP запросов, проверки корректности переданных данных, а также принципы работы с серверными базами данных и т.д.

PHP. Наиболее популярное средство веб-программирования на стороне сервера. PHP поддерживается большинством хостинг-провайдеров, и провайдер данного сайта не исключение. Здесь я постараюсь кратко изложить основные принципы программирования на PHP и привести примеры небольших приложений, написанных на нем.

ASP.NET. Очень крутая технология веб-программирования от компании Microsoft. К сожалению, пока я не могу размещать здесь примеры веб-приложений, создаваемых с помощью ASP.NET, поскольку мой хостинг-провайдер не поддерживает эту технологию. Хочу сказать, что окружение ASP.NET позволяет создавать веб-приложения так же легко, как и обычные приложения. Вы имеете дело с привычными пользовательскими элементами управления, которые размещаете на странице с помощью привычных GUI мастеров интегрированной среды разработки Microsoft Visual Studio. Также, привычным образом вы добавляете к ним обработчики событий. Преобразование элементов управления в код HTML и JavaScript, генерацию proxy-классов по описанию WSDL, установку соединения и упаковку удаленных вызовов к другим веб-сервисам в сообщения SOAP берет на себя инфраструктура ASP.NET. Доступ к сервисам сохранения и восстановления контекста исполнения приложения, асинхронное обновление страницы средствами AJAX и многое другое также находится в зоне ее ответственности.

К минусам ASP.NET можно отнести то обстоятельство, что она стирает для разработчика границы между обычным программированием и веб-программированием, и он может не отдавать себе отчет, как именно работает его приложения.

Языки веб-программирования

Язык веб-программирования – это совокупность операторов, с помощью которых создаются коды веб-программ, или их еще называют скриптами, сценариями. Язык программирования передает понятные компьютеру инструкции для выполнения определенных операций. Так, с помощью языков программирования человек «разговаривает» с машиной. Обычно коды, написанные на веб-языках, читаются браузерами. Среди самых распространенных языков веб-программирования можно отметить: HTML, CSS, PHP, JavaScript, Perl, jQuery:

Язык разметки HTML

HTML (HyperText Markup Language — “язык разметки гипертекста”) – самый известный для веб-разработчиков язык программирования, хотя по своей функциональности он скорее всего относится к языкам разметки. HTML был создан в 1991-1992 изобретателем Тимом Бернерсом-Ли, британцем по происхождению. Язык применяется для распределения объектов и текста на веб-страницах. Для лучшего понимания сущности языка HTML можно косвенно сравнить с программой Office Word. Язык оснащен тегами, которые и являются, по сути, инструкциями компьютеру.

Язык программирования PHP

PHP (HypertextPreprocessor– “процессор гипертекста” ) – является СИ-подобным скриптовым языком. Самая первая версия PHP была разработана еще в 1994, но к 1998 году появилась основная версия PHP – 5.4. Язык PHP широко используется программистами для написания сценариев, которые выполняются на серверах при каждом обновлении страницы сайта. PHP действительно похож на язык СИ, и многое он позаимствовал из языка JAVA и технологии JSP. Сегодня PHP используется многими программистами, потому ядром огромного количества сайтов является php-код.

Ориентированный язык программирования JavaScript

JavaScript – язык программирования, созданный для «оживления и придания динамичности» веб-сайтам. Развитие языка началось с 1996 года. Программы, написанные на языке JavaScript,называются скриптами,которые выполняются совместно с HTML-документами. С помощью JavaScript программисты создают некоторые функции, как например открытие нового окошка с выводом в нем сообщения об ошибке после некоторого действия пользователя. Язык JavaScript способен выполнять свои скрипты спустя заданные интервалы времени. В общем, JavaScript это и самостоятельный язык, но также его можно назвать вспомогательным для остальных, так как с помощью него легко сделать сайт более функциональным и интересным для пользователя.

jQuery

jQuery – это библиотека многократно используемых объектов и функции JavaScript, созданная Джоном Резигом и представленная в 2006 году. Обычно jQuery является отдельным JavaScript-файлом. jQuery можно назвать фреймворком (framework), т.е. набором операции и инструкции для решения однотипных задач. Библиотека позволяет вам работать и управлять различными объектами на веб-страницах.

Динамический язык программирования Perl

Perl (Practical Extraction and Report Language – “практический язык извлечений и отчетов”) – язык программирования, чьим самым важным преимуществом является расширенные возможности работы с текстом. Был создан лингвистом Ларри Уоллом в 1989 году. К функциям Perl также относятся веб-разработка, системное администрирование, разработка графического интерфейса, игр.Perl известен также своим огромнымнабором модулей. Обычно программисты обращаются к языку Perl тогда, когда сценарий слишком сложен для написания на остальных языках веб-программирования.

Cascading Style Sheets

CSS (Cascading Style Sheets- “каскадные таблицы стилей”) – язык программирования, который скорее также относится к языкам разметки и форматирования. CSS стал разрабатываться в 1994 году Хокон Виум Ли и Бертом Босом. Основной задачей было создания языка, который бы форматировал HTML-объекты и текст: работал с шрифтами, цветами, стилями. В общих чертах, CSS работает с внешним видом сайтов. Язык CSS используется с целью «украсить» веб-страницы.

MySQL

При создании сайтов программисты сталкиваются с проблемой хранения огромного количества информации. Тут на помощь могут прийтибазы данных, которые позволяют хранить в себе неограниченный объем данных. Для создания, ведения и использования баз данных существуют СУБД (Система Управления Базами Данных). Одной из наиболее известных и популярных среди веб-разработчиков считается реляционная СУБД MySQL. MySQL поддерживает огромное количество таблиц, она часто применяется вместе с PHP.