Aspectos para Construção de Aplicações Distribuídas

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1 Aspectos para Construção de Aplicações Distribuídas Cristiano Amaral Maffort Programa de Pós-Graduação em Informática PUC Minas Belo Horizonte MG 12 de junho de 2007

2 Middleware Objetivo: Ocultar complexidades do desenvolvimento de aplicações distribuídas Tornar programação distribuída o mais semelhante a programação centralizada Idéia: Oferecer abstrações que tornem transparente detalhes de programação em redes Incluindo concorrência, segurança, falhas, escalabilidade, heterogeneidade etc 2

3 Chamada Remota de Métodos Cliente Servidor: inf.pucminas.br S s = lookup(...); A a = new AImpl(); B b = new BImpl(); s.f(a, b); void main(...){...} b a f( a, b); lookup( //inf.pucminas.br/foo ); by remote reference by serialization <<referência remota>> <<callback>> S s = new Server(); bind( foo, s); Registry bind( foo, s); <<Remote Object>> void main(...){...} void f(a a, B b){ a.g();b.h(); } 3

4 Motivação Plataformas de middleware são invasivas, pervasivas e transversais Problemas: separação de interesses, modularidade e suporte a múltiplas plataformas Aplicação Middleware Transporte/Rede 4

5 Solução Proposta: DAJ DAJ: Distribution Aspects in Java Ferramenta para modularização de código de distribuição requerido por middleware Evita que classes de negócio tenham que seguir protocolos de programação Por exemplo, classes de negócio não precisam: Estender outras classes ou interfaces pré-definidas Implementar métodos get e set Ativar ou tratar exceções pré-definidas Tecnologia modularização: aspectos (AspectJ) 5

6 Programação Orientada por Aspectos Limitação de OO: determinados interesses não são adequadamente modularizados Ex: logging, segurança, persistência, autenticação, controle de concorrência, distribuição etc. Tais interesses são chamados de interesses transversais (crosscuting concerns) Características de interesses transversais: Espalhamento de código (code spreading): requisito transversal implementado em diversas classes Entrelaçamento de código (code tangling): requisito transversal misturado com código de negócio 6

7 Programação Orientada por Aspectos Extensão do paradigma Orientado por Objetos Permite modularizar requisitos transversais Modelo de implementação: Descrição dos requisitos funcionais em classes Descrição dos requisitos transversais em aspectos Costura (weaver) dos requisitos para produção da versão executável da aplicação Requisitos do Sistema POO POA Classes Aspectos W E A V E R Sistema Executável 7

8 POO X POA POA é um complemento de POO POA não veio substituir POO POO Autenticação Persistência Núcleo Distribuição POA 8

9 AspectJ Extensão de Java com recursos para POA Nova abstração: aspecto Transversalidade estática Introdução de membros Alteração da hierarquia de classes Suavização de exceções Transversalidade dinâmica Modificações no fluxo de execução de um programa Podem ocorrer: antes, após e no lugar de pontos bem definidos da execução de um programa 9

10 Solução Proposta Sistema DAJ: Visão Geral Exemplo Motivador Interface de Programação Aspectos Propostos Ferramenta dajc Estudos de caso 10

11 DAJ: Etapas de Desenvolvimento 11

12 DAJ: Plataformas Suportadas DAJ é compatível com os dois principais sistemas de middleware disponíveis para Java: Java RMI: utilizado por aplicações distribuídas integralmente implementadas em Java Java IDL: implementação do padrão CORBA. Permite interoperabilidade entre sistemas implementados em diferentes linguagens 12

13 Exemplo Motivador: Sistema de Controle de Ações 13

14 Cenário de Distribuição CORBAServer Client StockListener RMIServer 14

15 Descritor de Distribuição Especifica a configuração de distribuição de um determinado sistema. Permite configurar: Os servidores que compõem a aplicação: Interface remota Classe que implementa a lógica de negócio Nome usado para registro em um servidor de nomes Tecnologia de middleware (RMI ou IDL) Passagem de parâmetros: Serialização Referência Remota 15 Interface de Programação

16 Descritor de Distribuição <! - Servidores que compõem a aplicação --> <server id="stockmarketa"> <interface>stockmarket.stockmarket</interface> <class>stockmarket.stockmarketimpl</class> <protocol>javaidl</protocol> <nameserver>skank.pucminas.br</nameserver> </server> <server id="stockmarketb"> <interface>stockmarket.stockmarket</interface> <class>stockmarket.stockmarketimpl</class> <protocol>javarmi</protocol> <nameserver>patofu.pucminas.br:1530</nameserver> </server> <! - Objetos remotos no lado do cliente --> <remote interface="stockmarket.stocklistener"> <class>stockmarket.stocklistenerimpl</class> </remote> <! - Objetos que serão transferidos entre cliente e servidor --> <serializable> <class>stockmarket.stockinfo</class> <class>stockmarket.datetime</class> </serializable> Interface de Programação 16

17 Implementação de Clientes Clientes podem chamar métodos remotos sem ciência do middleware de comunicação StockMarket s1, s2; // obtém referência para o serviço CORBA s1=(stockmarket)servicelocator.getreference("stockmarketa"); // obtém referência para o serviço Java RMI s2=(stockmarket)servicelocator.getreference("stockmarketb");... s1.update(new StockInfo("cvrd", , DateTime.now()));... StockListener listener = new StockListenerImpl(); s1.subscribe("bb", listener); s2.subscribe("cef", listener); Interface de Programação 17

18 Implementação de Servidores DAJ gera automaticamente código para: Instanciar objetos remotos Ativar objetos remotos Registrar objetos remotos 18

19 Interfaces Remotas Interfaces remotas são interfaces com código de distribuição entrelaçado Java RMI interface StockMarket extends Remote { void update(stockinfo arg0) throws RemoteException; void subscribe(string arg0, daj.javarmi.api.stockmarket.stocklistener arg1) throws RemoteException; void unsubscribe(string arg0, daj.javarmi.api.stockmarket.stocklistener arg1) throws RemoteException; StockInfo getstock(string arg0) throws StockNotFoundException, RemoteException; } Java IDL interface StockMarketOperations { void update(daj.javaidl.api.stockmarket.stockinfo arg0); void subscribe(string arg0, daj.javaidl.api.stockmarket.stocklistener arg1); void unsubscribe(string arg0, daj.javaidl.api.stockmarket.stocklistener arg1); daj.javaidl.api.stockmarket.stockinfo getstock(string arg0) throws daj.javaidl.api.stockmarket.exceptions.stocknotfoundexception; } Arquitetura Interna 19

20 Classes Remotas Resultantes da introdução de código de distribuição em classes de negócio. Usadas para: Instanciação de Servidores: adaptar objetos servidores para que eles possam ser localizados e receber chamadas remotas Instanciação de Objetos Remotos: adaptar objetos que são passados como argumentos de chamadas remotas ou retornados como resultado Arquitetura Interna 20

21 Instanciação de Servidores Para registrar determinado objeto em um servidor de nomes, esse objeto deve implementar uma interface remota aspect RemoteStockMarketImpl { declare parents: StockMarketImpl implements StockMarketOperations; interface StockMarket { void update(stockinfo info); void subscribe(string stock, StockListener obj); void unsubscribe(string stock, StockListener obj); StockInfo getstock(string stockname) throws StockNotFoundException; } interface StockMarketOperations { void update_daj_javaidl(daj.javaidl.api.stockmarket.stockinfo arg0); void subscribe_daj_javaidl(string arg0, daj.javaidl.api.stockmarket.stocklistener arg1); void unsubscribe_daj_javaidl(string arg0, daj.javaidl.api.stockmarket.stocklistener arg1); daj.javaidl.api.stockmarket.stockinfo getstock_daj_javaidl(string arg0) throws daj.javaidl.api.stockmarket.exceptions.stocknotfoundexception; } 21 Arquitetura Interna

22 Instanciação de Servidores Para tanto é necessário introduzir os métodos incompatíveis através de recursos de transversalidade estática de AspectJ aspect Remoting_StockMarketImpl { } declare parents: StockMarketImpl implements StockMarketOperations;... public void StockMarketImpl.subscribe_daj_javaidl(String arg0, }... class StockListenerAdapter implements StockListener { daj.javaidl.api.stockmarket.stocklistener adaptee; StockListenerAdapter (StockListener adaptee){ this.adaptee = adaptee; } public void update(stockinfo arg0) { adaptee.update_daj_javaidl( (daj.javaidl.api.stockmarket.stockinfo)arg0); }... Arquitetura Interna daj.javaidl.api.stockmarket.stocklistener arg1) { subscribe(arg0, new StockListenerAdapter(arg1) ); 22

23 Instanciação de Objetos Remotos Aspecto que transforma a classe de negócio em classe remota aspect Remoting_StockListenerImpl { declare parents: StockListenerImpl implements StockListenerOperations; interface StockListener { void update(stockinfo info); } interface StockListenerOperations { void update_daj_javaidl(daj.javaidl.api.stockmarket.stockinfo arg0); } Arquitetura Interna 23

24 Instanciação de Objetos Remotos Aspecto que transforma a classe de negócio em classe remota aspect Remoting_StockListenerImpl { declare parents: StockListenerImpl implements StockListenerOperations; void StockListenerImpl.update_daj_javaidl( daj.javaidl.api.stockmarket.stockinfo arg0) { update((stockmarket.stockinfo) arg0); } daj.javaidl.api.stockmarket.stocklistener StockListenerImpl.refIDL = null; } daj.javaidl.api.stockmarket.stocklistener StockListenerImpl.export2IDL() { } // ativa objeto segundo as convenções de Java IDL 24 Arquitetura Interna

25 Referências Remotas Cliente não referencia diretamente o objeto remoto e sim um proxy Funções desse proxy: Compatibilizar interface de negócio com interface remota Ativar objetos passados via semântica de referência remota Realizar casting entre objetos de negócio e remotos Tratar exceções remotas Arquitetura Interna 25

26 Referências Remotas Cliente não referencia diretamente o objeto remoto e sim um proxy class StockMarketProxy implements stockmarket.stockmarket { daj.javaidl.api.stockmarket.stockmarket server; interface StockMarket { void update(stockinfo info); void subscribe(string stock, StockListener obj); void unsubscribe(string stock, StockListener obj); StockInfo getstock(string stockname) throws StockNotFoundException; } interface StockMarketOperations { void update_daj_javaidl(daj.javaidl.api.stockmarket.stockinfo arg0); void subscribe_daj_javaidl(string arg0, daj.javaidl.api.stockmarket.stocklistener arg1); void unsubscribe_daj_javaidl(string arg0, daj.javaidl.api.stockmarket.stocklistener arg1); daj.javaidl.api.stockmarket.stockinfo getstock_daj_javaidl(string arg0) throws daj.javaidl.api.stockmarket.exceptions.stocknotfoundexception; } Arquitetura Interna 26

27 Referências Remotas Cliente não referencia diretamente o objeto remoto e sim um proxy class StockMarketProxy implements stockmarket.stockmarket { daj.javaidl.api.stockmarket.stockmarket server;... void subscribe(string arg0, StockListener arg1) { daj.javaidl.api.stockmarket.stocklistener _arg1 = SolveReference.javaidlSolve(arg1); server.subscribe_daj_javaidl(arg0, _arg1); }... } Arquitetura Interna 27

28 Ativação de Objetos Remotos Não é necessário escrever código para instanciar, registrar e ativar objetos remotos Aspecto abstrato public abstract aspect RMIServerSide { abstract pointcut registryremoteobject(); abstract String getservername(); abstract int gethostport(); abstract Remote getinstanceobject(); } void around(): registryremoteobject() { // instancia, ativa e registra objetos remotos em RMI } Arquitetura Interna 28

29 Ativação de Objetos Remotos Aspecto concreto aspect RMIServerSide_StockMarketB extends RMIServerSide { pointcut registryremoteobject(): execution(public static void Server_StockMarketB.main(..)); String getservername() { return "StockMarketB"; int gethostport() { return 0; } } Remote getinstanceobject() { return new stockmarket.stockmarketimpl(); } Arquitetura Interna 29

30 Serialização de Objetos Java IDL: objetos devem implementar a interface StreamableValue DAJ gera aspectos que fazem com que classes serializáveis implementem essa interface Aspectos gerados introduzem implementações para os métodos dessa interface Java RMI: objetos devem implementar a interface Serializable DAJ gera aspectos que fazem com que classes serializáveis implementem essa interface A interface Serializable não possui métodos 30

31 Tratamento de Exceções Java IDL: idlj produz classes para serialização de exceções Essas classes não podem ser substituídas DAJ gera aspecto que transforma exceções geradas por idlj em exceções de negócio e vice-versa Java RMI: Exceções de Java seguem convenções de Java RMI Métodos de interfaces remotas devem ativar RemoteException DAJ gera um aspecto que suaviza essa exceção 31

32 Ferramenta dajc Implementação de classes e aspectos para introdução de distribuição é uma tarefa tediosa e sujeita a erros A ferramenta dajc produz código para introdução de distribuição em uma aplicação dajc isenta o programador de: Dominar detalhes e convenções requeridas por plataformas de middleware Dominar conceitos de programação orientada por aspectos 32

33 DAJc: Geração de código Descritor de Distribuição Classes DAJc Núcleo da Aplicação Aspectos 33

34 dajc: Implementação Principais módulos: RemoteInterfaceGenerator IDLFileGenerator AdapterGenerator ProxyGenerator RemoteAspectGenerator SerializableAspectGenerator ExceptionHandlerGenerator Tamanho da ferramenta: Classes: 34 Interfaces: 1 Linhas de código:

35 Estudos de Caso Três sistemas legados: HealthWatcher: sistema para gerenciamento de reclamações sobre condições sanitárias de estabelecimentos da área de alimentação NPS: sistema financeiro para controle de ações negociadas em uma bolsa de valores Library: sistema para controle de biblioteca 35

36 HealthWatcher Versão Original Classes Interfaces Núcleo da aplicação Código específico de distribuição 4 2 Total Versão Baseada em DAJ Classes Interfaces Núcleo da aplicação Módulos internos de DAJ 6 0 DAJ Módulos gerados para Java RMI 2 1 DAJ Módulos gerados para Java IDL Total LOC Aspectos LOC Versões Executáveis Suporte a Java RMI Suporte a Java IDL Suporte múltiplo Classes Interfaces Aspectos LOC

37 NPS Versão Original Núcleo da aplicação Código específico de distribuição Total Classes Interfaces LOC Versão Baseada em DAJ Núcleo da aplicação Módulos adicionados ao núcleo Módulos internos de DAJ DAJ Módulos gerados para Java RMI DAJ Módulos gerados para Java IDL Total Classes Interfaces Aspectos LOC Versões Executáveis Suporte a Java RMI Suporte a Java IDL Suporte múltiplo Classes Interfaces Aspectos LOC

38 Library Versão Original Núcleo da aplicação Classes 66 Interfaces 4 LOC 4997 Versão Baseada em DAJ Núcleo da aplicação Módulos adicionados ao núcleo Módulos internos de DAJ DAJ Módulos gerados para Java RMI DAJ Módulos gerados para Java IDL Total Classes Interfaces Aspectos LOC Versões Executáveis Suporte a Java RMI Suporte a Java IDL Suporte múltiplo Classes Interfaces Aspectos LOC

39 Avaliação dos Estudos de Caso Em todos os cenários avaliados, os resultados obtidos foram aqueles esperados Foi possível adaptar os sistemas a uma segunda plataforma de middleware Clientes podem acessar dois servidores (usando plataformas de middleware distintas) Objetos remotos passados por serialização e por referência remota Testes funcionais são possíveis antes de introduzir distribuição 39

40 Conclusões Avaliação Tecnologias Alternativas Trabalhos Relacionados Trabalhos Futuros 40

41 Avaliação Modularização: DAJ foi capaz de isolar completamente o requisito de distribuição de todos os sistemas avaliados Portabilidade: DAJ permitiu gerar versões de sistemas distribuídos utilizando diferentes plataformas de middleware Obliviousness: com o uso de DAJ, o grau de dependência e entrelaçamento é mínimo 41

42 Tecnologias Alternativas DAJ se vale de três tecnologias: Aspectos Linguagens de domínio específico Geração e transformação de código Tecnologias Alternativas: Ferramentas para manipulação de bytecodes Geração de esqueletos de classes 42

43 Comparação com Outros Trabalhos Health Watcher Ceccato DAJ Java RMI X X X Java IDL (CORBA) X Passagem por serialização X X Passagem por referência remota X X Independência de arquitetura parcial X 43

44 Trabalhos Futuros Desenvolvimento e/ou reestruturação de outras aplicações distribuídas Suporte a serviços Web Suporte a funcionalidades específicas de uma determinada plataforma de middleware Suporte a sistemas de middleware que não sejam baseados em invocação de métodos remotos 44

45 Aspectos para Construção de Aplicações Distribuídas Cristiano Amaral Maffort Orientador: Prof. Marco Túlio de Oliveira Valente Programa de Pós-Graduação em Informática PUC Minas 12 de junho de 2007

46 FIM Não me envergonho de mudar de opinião, porque não me envergonho de pensar. (Blaise Pascal) 46