клиент серверная архитектура мобильных приложений
Простой клиент-сервер на Android (интернет-мессенджер)
Важно. Все написанное ниже не представляет собой какой либо ценности для профессионалов, но может служит полезным примером для начинающих Android разработчиков! В коде старался все действия комментировать и логировать.
Поехали. Многие мобильные приложения (и не только) используют архитектуру клиент-сервер. Общая схема, думаю, понятна.
Уделим внимание каждому элементу и отметим:
Клиент, установленный на устройстве А, посылает сообщение для клиента, установленного на устройстве Б. И наоборот. Сервер играет роль связующего звена между устройством А и Б… С, Д… и т.д. Также он играет роль «накопителя» сообщений, для их восстановления, на случай удаления на одном из клиентских устройств.
Для хранения сообщений используем SQL БД как на сервере, так и на устройствах-клиентах (в принципе, вся работа клиентов интернет-мессенджеров и сводится к постоянной синхронизации локальной и удаленной БД с сообщениями). Дополнительно, наш интернет-чат будет уметь стартовать вместе с запуском устройства и работать в фоне. Взаимодействие будет происходить путем HTTP запросов и JSON ответов.
Более логично, если синхронизация происходит через порт/сокет, это с одной стороны упрощает задачу (не нужно циклично слать HTTP запросы на проверку новых сообщений, достаточно проверять состояние прослушиваемого сокета), но с другой стороны, это усложняет создание серверной части приложения.
Делаем сервер
Для реализации «сервера», нам нужно зарегистрироваться на любом хостинге, который дает возможность работы с SQL и PHP.
Создаем пустую SQL БД, в ней создаем таблицу.
Структура запросов к api:
Клиентская часть
Теперь структура Android приложения:
В фоне работает FoneService.java, который, в отдельном потоке, каждые 15 секунд делает запрос на сервер. Если ответ сервера содержит новые сообщения, FoneService.java записывает их в локальную БД и отправляет сообщение ChatActivity.java о необходимости обновить ListView, с сообщениями. ChatActivity.java (если она в этот момент открыта) получает сообщение и обновляет содержимое ListView из локальной БД.
Отправка нового сообщения из ChatActivity.java происходит сразу на сервер, минуя FoneService.java. При этом наше сообщение НЕ записывается в локальную БД! Там оно появится только после получения его назад в виде ответа сервера. Такую реализацию я использовал в связи с важным нюансом работы любого интернет-чата — обязательной группировкой сообщений по времени. Если не использовать группировку по времени, будет нарушена последовательность сообщений. Учитывая, что клиентские приложения просто физически не могут быть синхронизированы с точностью до миллисекунд, а возможно будут работать даже в разных часовых поясах, логичнее всего будет использовать время сервера. Так мы и делаем.
Создавая новое сообщение, мы передаем запросом на сервер: имя автора сообщения, имя получателя сообщения, текст сообщения. Получая эту запись назад, в виде ответа сервера, мы получаем то, что отправляли + четвертый параметр: время получения сообщения сервером.
Грамотная клиент-серверная архитектура: как правильно проектировать и разрабатывать web API
Авторизуйтесь
Грамотная клиент-серверная архитектура: как правильно проектировать и разрабатывать web API
Рассказывает Владимир, веб-разработчик Noveo
Большинству разработчиков сайтов, веб-сервисов и мобильных приложений рано или поздно приходится иметь дело с клиент-серверной архитектурой, а именно разрабатывать web API или интегрироваться с ним. Чтобы не изобретать каждый раз что-то новое, важно выработать относительно универсальный подход к проектированию web API, основываясь на опыте разработки подобных систем. Предлагаем вашему вниманию объединенный цикл статей, посвящённых этому вопросу.
Приближение первое: Действующие лица
В один прекрасный момент, в процессе создания очередного веб-сервиса, я решил собрать все свои знания и размышления на тему проектирования web API для обслуживания нужд клиентских приложений и оформить их в виде статьи или серии статей. Разумеется, мой опыт не претендует на абсолют, и конструктивная критика и дополнения более чем приветствуются.
Чтиво получилось больше философское, нежели техническое, но и для любителей технической части здесь будет над чем поразмыслить. Сомневаюсь, что скажу в этой статье что-то принципиально новое, то, о чем вы никогда не слышали, не читали и о чем не думали сами. Просто попытаюсь уложить все в единую систему, в первую очередь в своей собственной голове, а это уже дорогого стоит. Тем не менее, буду рад, если мои измышления будут вам полезны в вашей практике. Итак, поехали.
Клиент и сервер
Сервером в данном случае мы считаем абстрактную машину в сети, способную получить HTTP-запрос, обработать его и вернуть корректный ответ. В контексте данной статьи совершенно не важны его физическая суть и внутренняя архитектура, будь то студенческий ноутбук или огромный кластер из промышленных серверов, разбросанных по всему миру. Нам в той же мере совершенно неважно, что у него под капотом, кто встречает запрос у дверей, Apache или Nginx, какой неведомый зверь, PHP, Python или Ruby выполняет его обработку и формирует ответ, какое хранилище данных используется: Postgresql, MySQL или MongoDB. Главное, чтобы сервер отвечал главному правилу — услышать, понять и простить ответить.
Клиентом тоже может быть все, что угодно, что способно сформировать и отправить HTTP-запрос. До определенного момента в этой статье нам также не особо будут интересны цели, которые ставит перед собой клиент, отправляя этот запрос, как и то, что он будет делать с ответом. Клиентом может быть JavaScript-сценарий, работающий в браузере, мобильное приложение, злой (или не очень) демон, запущенный на сервере, или слишком поумневший холодильник (уже есть и такие).
По большей части мы будем говорить о способе общения между выше перечисленными двумя, таком способе, чтобы они друг друга понимали, и ни у одного не оставалось вопросов.
Философия REST
REST (Representational state transfer) изначально был задуман как простой и однозначный интерфейс для управления данными, предполагавший всего несколько базовых операций с непосредственным сетевым хранилищем (сервером): извлечение данных (GET), сохранение (POST), изменение (PUT/PATCH) и удаление (DELETE). Разумеется, этот перечень всегда сопровождался такими опциями, как обработка ошибок в запросе (корректно ли составлен запрос), разграничение доступа к данным (вдруг этого вам знать не следует) и валидация входящих данных (вдруг вы написали ерунду), в общем, всеми возможными проверками, которые сервер выполняет перед тем, как выполнить желание клиента.
Помимо этого REST имеет ряд архитектурных принципов, перечень которых можно найти в любой другой статье о REST. Пробежимся по ним кратко, чтобы они были под рукой, и не пришлось никуда уходить:
Независимость сервера от клиента — серверы и клиенты могут быть мгновенно заменены другими независимо друг от друга, так как интерфейс между ними не меняется. Сервер не хранит состояний клиента.
Уникальность адресов ресурсов — каждая единица данных (любой степени вложенности) имеет свой собственный уникальный URL, который, по сути, целиком является однозначным идентификатором ресурса.
Пример: GET /api/v1/users/25/name
Независимость формата хранения данных от формата их передачи — сервер может поддерживать несколько различных форматов для передачи одних и тех же данных (JSON, XML и т.д.), но хранит данные в своем внутреннем формате, независимо от поддерживаемых.
Присутствие в ответе всех необходимых метаданных — помимо самих данных сервер должен возвращать детали обработки запроса, например, сообщения об ошибках, различные свойства ресурса, необходимые для дальнейшей работы с ним, например, общее число записей в коллекции для правильного отображения постраничной навигации. Мы еще пройдемся по разновидностям ресурсов.
Чего нам не хватает
Классический REST подразумевает работу клиента с сервером как с плоским хранилищем данных, при этом ничего не говорится о связанности и взаимозависимости данных между собой. Все это по умолчанию целиком ложится на плечи клиентского приложения. Однако современные предметные области, для которых разрабатываются системы управления данными, будь то социальные сервисы или системы интернет-маркетинга, подразумевают сложную взаимосвязь между сущностями, хранящимися в базе данных. Поддержка этих связей, т.е. целостности данных, находится в зоне ответственности серверной стороны, в то время, как клиент является только интерфейсом для доступа к этим данным. Так чего же нам не хватает в REST?
Вызовы функций
Чтобы не менять данные и связи между ними вручную, мы просто вызываем у ресурса функцию и «скармливаем» ей в качестве аргумента необходимые данные. Эта операция не подходит под стандарты REST, для нее не существует особого глагола, что заставляет нас, разработчиков, выкручиваться кто во что горазд.
Самый простой пример – авторизация пользователя. Мы вызываем функцию login, передаем ей в качестве аргумента объект, содержащий учетные данные, и в ответ получаем ключ доступа. Что творится с данными на серверной стороне – нас не волнует.
Еще вариант – создание и разрыв связей между данными. Например, добавление пользователя в группу. Вызываем у сущности группа функцию addUser, в качестве параметра передаем объект пользователь, получаем результат.
А еще бывают операции, которые вообще не связаны напрямую с сохранением данных как таковых, например, рассылка уведомлений, подтверждение или отклонение каких-либо операций (завершение отчетного периода etc).
В одной из следующих статей я постараюсь классифицировать эти операции и предложить варианты возможных запросов и ответов, основываясь на том, с какими из них мне приходилось сталкиваться на практике.
Множественные операции
Часто бывает так, и разработчики клиентов поймут, о чем я, что клиентскому приложению удобнее создавать/изменять/удалять/ сразу несколько однородных объектов одним запросом, и по каждому объекту возможен свой вердикт серверной стороны. Тут есть как минимум несколько вариантов: либо все изменения выполнены, либо они выполнены частично (для части объектов), либо произошла ошибка. Ну и стратегий тоже несколько: применять изменения только в случае успеха для всех, либо применять частично, либо откатываться в случае любой ошибки, а это уже тянет на полноценный механизм транзакций.
Для web API, стремящегося к идеалу, тоже хотелось бы как-то привести подобные операции в систему. Постараюсь сделать это в одном из продолжений.
Статистические запросы, агрегаторы, форматирование данных
Частенько бывает так, что на основе хранимых на сервере данных нам нужно получить статистическую выжимку или данные, отформатированные особым образом: например, для построения графика на стороне клиента. По сути это данные, генерируемые по требованию, в той или иной мере на лету, и доступные только для чтения, так что имеет смысл вынести их в отдельную категорию. Одной из отличительных особенностей статистических данных, на мой взгляд, является то, что они не имеют уникального ID.
Уверен, что это далеко не все, с чем можно столкнуться при разработке реальных приложений, и буду рад вашим дополнениям и коррективам.
Разновидности данных
Объекты
Ключевым типом данных в общении между клиентом и сервером выступает объект. По сути, объект – это перечень свойств и соответствующих им значений. Мы можем отправить объект на сервер в запросе и получить в результат запроса в виде объекта. При этом объект не обязательно будет реальной сущностью, хранящейся в базе данных, по крайней мере, в том виде, в котором он отправлен или получен. Например, учетные данные для авторизации передаются в виде объекта, но не являются самостоятельной сущностью. Даже хранимые в БД объекты склонны обрастать дополнительными свойствами внутрисистемного характера, например, датами создания и редактирования, различными системными метками и флагами. Свойства объектов могут быть как собственными скалярными значениями, так и содержать связанные объекты и коллекции объектов, которые не являются частью объекта. Часть свойств объектов может быть редактируемой, часть системной, доступной только для чтения, а часть может носить статистический характер и вычисляться на лету (например, количество лайков). Некоторые свойства объекта могут быть скрыты, в зависимости от прав пользователя.
Коллекции объектов
Говоря о коллекциях, мы подразумеваем разновидность серверного ресурса, позволяющую работать с перечнем однородных объектов, т.е. добавлять, удалять, изменять объекты и осуществлять выборку из них. Помимо этого коллекция теоретически может обладать собственными свойствами (например, максимальное число элементов на страницу) и функциями (тут я в замешательстве, но такое тоже было).
Скалярные значения
В одной из следующих статей я постараюсь классифицировать эти операции и предложить варианты возможных запросов и ответов, основываясь на том, с какими из них мне приходилось сталкиваться на практике.
Приближение второе: Правильный путь
В этом приближении я хотел бы отдельно поговорить о подходах к построению уникальных путей к ресурсам и методам вашего web API и о тех архитектурных особенностях приложения, которые влияют на внешний вид этого пути и его компоненты.
О чем стоит подумать, стоя на берегу
Версионность
Автономность компонентов
Формат обмена данными
Локализация и многоязычность
Внутренняя маршрутизация
Итак, мы добрались до корневого узла нашего API (или одного из его компонентов). Все дальнейшие маршруты будут проходить уже непосредственно внутри вашего серверного приложения, в соответствии с поддерживаемым им набором ресурсов.
Пути к коллекциям
Элементы коллекции
Уникальные объекты
Свойства объектов и коллекций
Коллекции связанных объектов
Функции объектов и коллекций
Надеюсь, что все более-менее уложилось в систему 🙂 В следующей части мы поговорим подробнее о запросах и ответах, их форматах, кодах статусов.
Приближение третье: Запросы и ответы
В предыдущих приближениях я рассказал о том, как пришла идея собрать и обобщить имеющийся опыт разработки web API. В первой части я постарался описать, с какими видами ресурсов и операций над ними мы имеем дело при проектировании web API. Во второй части были затронуты вопросы построения уникальных URL для обращения к этим ресурсам. А в этом приближении я попробую описать возможные варианты запросов и ответов.
Универсальный ответ
Мы уже проговаривали, что конкретный формат общения сервера с клиентом может быть любым на усмотрение разработчика. Для меня наиболее удобным и наглядным кажется формат JSON, хотя в реальном приложении может быть реализована поддержка нескольких форматов. Сейчас же сосредоточимся на структуре и необходимых атрибутах объекта ответа. Да, все данные, возвращаемые сервером, мы будем оборачивать в специальный контейнер — универсальный объект ответа, который будет содержать всю необходимую сервисную информацию для его дальнейшей обработки. Итак, что это за информация:
Success — маркер успешности выполнения запроса
Для того, чтобы при получении ответа от сервера сразу понять, увенчался ли запрос успехом, и передать его соответствующему обработчику, достаточно использовать маркер успешности «success». Самый простой ответ сервера, не содержащий никаких данных, будет выглядеть так:
Error — сведения об ошибке
В случае, если выполнение запроса завершилось неудачей — о причинах и разновидностях отрицательных ответов сервера поговорим чуть позже, — к ответу добавляется атрибут «error», содержащий в себе HTTP-код статуса и текст сообщения об ошибке. Прошу не путать с сообщениями об ошибках валидации данных для конкретных полей. Правильнее всего, на мой взгляд, возвращать код статуса и в заголовке ответа, но я встречал и другой подход — в заголовке всегда возвращать статус 200 (успех), а детали и возможные данные об ошибках передавать в теле ответа.
Data — данные, возвращаемые сервером
Большинство ответов сервера призваны возвращать данные. В зависимости от типа запроса и его успеха ожидаемый набор данных будет разным, тем не менее атрибут«data» будет присутствовать в подавляющем большинстве ответов.
Пример возвращаемых данных в случае успеха. В данном случае ответ содержит запрашиваемый объект user.
Пример возвращаемых данных в случае ошибки. В данном случае содержит имена полей и сообщения об ошибках валидации.
Pagination — сведения, необходимые для организации постраничной навигации
Помимо собственно данных, в ответах, возвращающих набор элементов коллекции, обязательно должна присутствовать информация о постраничной навигации (пагинации) по результатам запроса.
Минимальный набор значений для пагинации состоит из:
Некоторые разработчики web API также включают в пагинацию набор готовых ссылок на соседние страницы, а также первую, последнюю и текущую.
Работа над ошибками
Как уже упоминалось выше, не все запросы к web API завершаются успехом, но это тоже часть игры. Система информирования об ошибках является мощным инструментом, облегчающим работу клиента и направляющим клиентское приложение по правильному пути. Слово «ошибка» в этом контексте не совсем уместно. Здесь больше подойдёт слово исключение, так как на самом деле запрос успешно получен, проанализирован, и на него возвращается адекватный ответ, объясняющий, почему запрос не может быть выполнен.
Каковы же потенциальные причины получаемых исключений?
500 Internal server error — всё сломалось, но мы скоро починим
Это как раз тот случай, когда проблема произошла на стороне самого сервера, и клиентскому приложению остаётся только вздохнуть и уведомить пользователя о том, что сервер устал и прилёг отдохнуть. Например, утеряно соединение с базой данных или в коде завелся баг.
400 Bad request — а теперь у вас всё сломалось
Ответ прямо противоположный предыдущему. Возвращается в тех случаях, когда клиентское приложение отправляет запрос, который в принципе не может быть корректно обработан, не содержит обязательных параметров или имеет синтаксические ошибки. Обычно это лечится повторным прочтением документации к web API.
401 Unauthorized — незнакомец, назови себя
Для доступа к этому ресурсу требуется авторизация. Разумеется, наличие авторизации не гарантирует того, что ресурс станет доступным, но не авторизовавшись, вы точно этого не узнаете. Возникает, например, при попытке обратиться к закрытой части API или при истечении срока действия текущего токена.
403 Forbidden — вам сюда нельзя
Запрашиваемый ресурс существует, но у пользователя недостаточно прав на его просмотр или модификацию.
404 Not found — по этому адресу никто не живёт
Такой ответ возвращается, как правило, в трёх случаях: путь к ресурсу неверен (ошибочен), запрашиваемый ресурс был удалён и перестал существовать, права текущего пользователя не позволяют ему знать о существовании запрашиваемого ресурса. Например, пока просматривали список товаров, один из них внезапно вышел из моды и был удалён.
405 Method not allowed — нельзя такое делать
Эта разновидность исключения напрямую связана с использованным при запросе глаголом (GET, PUT, POST, DELETE), который, в свою очередь, свидетельствует о действии, которое мы пытаемся совершить с ресурсом. Если запрошенный ресурс не поддерживает указанное действие, сервер говорит об этом прямо.
422 Unprocessable entity — исправьте и пришлите снова
Одно из самых полезных исключений. Возвращается каждый раз, когда в данных запроса существуют логические ошибки. Под данными запроса мы подразумеваем либо набор параметров и соответствующих им значений, переданных методом GET, либо поля объекта, передаваемого в теле запроса методами POST, PUT и DELETE. Если данные не прошли валидацию, сервер в секции «data» возвращает отчет о том, какие именно параметры невалидны и почему.
Протокол HTTP поддерживает намного большее число различных статус-кодов на все случаи жизни, но на практике они используются редко и в контексте web API не несут практической пользы. На моей памяти мне не приходилось выходить за пределы вышеперечисленного списка исключений.
Запросы
Получение элементов коллекции
Одним из наиболее частотных запросов является запрос на получение элементов коллекции. Информационные ленты, списки товаров, различные информационные и статистические таблицы и многое другое клиентское приложение отображает посредством обращения к коллекционным ресурсам. Для осуществления этого запроса мы обращаемся к коллекции, используя метод GET и передавая в строке запроса дополнительные параметры. Как мы уже обозначили выше, в качестве ответа мы ожидаем получить массив однородных элементов коллекции и информацию, необходимую для пагинации — подгрузки продолжения списка или же конкретной его страницы. Содержимое выборки может быть особым способом ограничено и отсортировано с помощью передачи дополнительных параметров. О них и пойдёт речь далее.
Постраничная навигация
page — параметр указывает на то, какая страница должна быть отображена. Если этот параметр не передан, то отображается первая страница. Из первого же успешного ответа сервера будет ясно, сколько страниц имеет коллекция при текущих параметрах фильтрации. Если значение превышает максимальное число страниц, то разумнее всего вернуть ошибку 404 Not found.
perPage — указывает на желаемое число элементов на странице. Как правило, API имеет собственное значение по умолчанию, которое возвращает в качестве поля perPage в секции pagination, но в ряде случаев позволяет увеличивать это значение до разумных пределов, предоставив максимальное значение maxPerPage:
Сортировка результатов
Зачастую результаты выборки требуется упорядочить по возрастанию или убыванию значений определенных полей, которые поддерживают сравнительную (для числовых полей) или алфавитную (для строковых полей) сортировку. Например, нам нужно упорядочить список пользователей по имени или товары по цене. Помимо этого мы можем задать направление сортировки от A до Я или в обратном направлении, причём разное для разных полей.
sortBy — существует несколько подходов к передаче данных о сложной сортировке в GET параметрах. Здесь необходимо четко указать порядок сортировки и направление.
В некоторых API это предлагается сделать в виде строки:
В других вариантах предлагается использовать массив:
В целом оба варианта равносильны, так как передают одни и те же инструкции. На мой взгляд, вариант с массивом более универсален, но тут, как говорится, на вкус и цвет…
Простая фильтрация по значению
Для того, чтобы отфильтровать выборку по значению какого либо поля, в большинстве случаев достаточно передать в качестве фильтрующего параметра имя поля и требуемое значение. Например, мы хотим отфильтровать статьи по ID автора:
Усложнённые варианты фильтрации
Многие интерфейсы требуют более сложной системы фильтрации и поиска. Перечислю основные и наиболее часто встречаемые варианты фильтрации.
Фильтрация по верхней и нижней границе с использованием операторов сравнения from (больше или равно), higher (больше), to (меньше или равно), lower (меньше). Применяется к полям, значения которых поддаются ранжированию.
Фильтрация по нескольким возможным значениям из списка. Применяется к полям, набор возможных значений которых ограничен, например, фильтр по нескольким статусам:
Фильтрация по частичному совпадению строки. Применяется к полям, содержащим текстовые данные или данные, которые могут быть приравнены к текстовым, например, числовые артикулы товаров, номера телефонов и т. д.
Именованные фильтры
В некоторых случаях, когда определенные наборы фильтрационных параметров часто употребимы и подразумеваются системой как нечто целостное, особенно если затрагивают внутреннюю, зачастую сложную механику формирования выборки, целесообразно сгруппировать их в так называемые именованные фильтры. Достаточно передать в запросе имя фильтра, и система построит выборку автоматически.
Именованные фильтры могут также иметь свои параметры.
В этом подразделе я постарался рассказать о наиболее популярных вариантах и способах получения требуемой выборки. Скорее всего, в вашей практике наберется намного больше примеров и нюансов касаемо этой темы. Если у вас есть, чем дополнить мой материал, я буду только рад. Тем временем пост уже разросся до солидных масштабов, так что другие виды запросов мы разберём в следующем приближении.
За перевод материала выражаем благодарность международной IT-компании Noveo.