XML Web Services. Обзор технологии

Что такое XML Web Service?

По мере развития информационных технологий возникали разные подходы к написанию программ: модульное программирование, событийно-ориентированное программирование, компонентно-ориентированное программирование и проектирование. Логическим продолжением этих подходов стала сервисно-ориентированная разработка программного обеспечения.

Применение сервисно-ориентированных подходов позволяет говорить о повторном использовании (reuse) на макро-уровне (уровне сервисов), в отличие от микро-уровня (уровня объектов). Сервисно-ориентированный подход предполагает использование простых и общепринятых стандартов, что позволяет самым разным приложениям использовать функциональность друг друга. Сервисы могут быть написаны с использованием самых разных языков программирования, на различных платформах. Кроме того, сервисы могут быть развернуты отдельно или в рамках программного комплекса в любой точке земного шара и будут таким образом предоставлять доступ к своей функциональности по сети.

Назовем сервисом (service) ресурс, реализующий бизнес-функцию и обладающий следующими свойствами:

• является повторно используемым;
• определяется одним или несколькими явными технологически-независимыми интерфейсами;
• слабо связан с другими подобными ресурсами и может быть вызван посредством коммуникационных протоколов, обеспечивающих возможность взаимодействия ресурсов между собой.

Частным случаем сервиса является XML web-сервис.

XML Web-сервис - это особый тип web-приложения, который:

• развертывается на web-сервере;
• публикует web-методы, которые могут быть вызваны внешними клиентами;
• ожидает поступления HTTP-запросов, являющихся командами вызовов web-методов;
• исполняет web-методы и возвращает результаты.

В отличие от традиционного web-приложения, у web-сервиса нет пользовательского интерфейса. Вместо этого у него есть программный интерфейс, то есть web-сервис предоставляет функции (web-методы), которые могут быть вызваны удаленно (например, по сети Internet). Web-сервис не предназначен для обслуживания конечных пользователей. Его задача - предоставление услуг другим приложениям, будь то web-приложения, приложения с графическим пользовательским интерфейсом или консольные приложения.

Web-сервис может предоставлять в реальном времени информацию о курсах акций, проверять кредитные карты или сообщать прогноз погоды. Web-сервисы столь же разнообразны, как и обычные приложения.

Web-сервисы - не собственность конкретной компании. Это промышленный стандарт на основе открытых протоколов (SOAP, HTTP и т. д.). Web-сервисы развертываются на различных платформах (в том числе на серверах под управлением Windows или UNIX). Web-сервисы можно разрабатывать с применением многих средств разработки (от текстового редактора до семейства Microsoft Visual Studio).

Методы большинства web-сервисов вызываются HTTP-запросами, содержащими сообщения SOAP SOAP - это XML-язык (XML vocabulary) для вызова удаленных процедур по HTTP и другим протоколам (полное описание SOAP http://www.w3.org/TR/SOAP).

Место web-сервисов среди других технологий удаленного вызова

Существует немало протоколов и технологий удаленного вызова: Microsoft Distributed Component Object Model (DCOM), the Object Management Group's Common Object Request Broker Architecture (CORBA), Sun's Remote Method Invocation (RMI), .NET Remoting, XML Web Services.

Все эти компонентно-ориентированные технологии (DCOM, CORBA и RMI) долгие годы успешно применялись в Intranet-приложениях. Они обеспечивают надежную, масштабируемую архитектуру. Однако при использовании этих технологий в Internet возникают две серьезные проблемы. Во-первых, они плохо взаимодействуют между собой. Все технологии оперируют объектами, но существенно отличаются деталями: управлением жизненным циклом, поддержкой конструкторов и степенью поддержки наследования. Второй, более важный аспект состоит в том, что ориентация на RPC-взаимодействия приводит к построению сильносвязных систем на основе явных вызовов методов объектов.

В отличие от данных технологий, XML Web Services и .NET Remoting в полной мере реализуют объектно-ориентированный подход для web-программирования.

XML Web Service - компонент, предоставляющий Internet-клиентам набор функций API или web-методов. XML входит в название, поскольку web-сервисы и их клиенты используют его для обмена данными. В основе web-сервисов лежат открытые стандарты, такие как HTTP, XML (Extensible Markup Language), SOAP (Simple Object Access Protocol - стандарт Intenet, описывающий, как приложения могут взаимодействовать, то есть вызывать методы друг друга, с помощью HTTP и других протоколов). Основная задача web-сервисов - обеспечение межпрограммного взаимодействия. Многие работают на UNIX-серверах, при этом к ним обращаются Windows-клиенты. Данные, передаваемые web-сервисам, сериализуются в XML и передаются в SOAP-пакетах. Метаданные о содержимом таких сообщений хранятся в WSDL-контракте web-сервиса и схемах XSD. Главное преимущество такого подхода - читабельность метаданных. Разработчик может легко просмотреть все описание web-сервиса и даже создать собственный модуль, разбирающий SOAP-пакеты.

.NET Remoting предоставляет инфраструктуру для распределенных объектов. Она гораздо сложнее простой архитектуры web-сервисов, основанной на передаче сообщений. .NET Remoting включает передачу параметров по ссылке и значению, обратные вызовы, множественную активацию объектов и политики управления жизненным циклом. Чтобы использовать указанные возможности, клиентское приложение должно владеть всеми технологиями. Данные в .NET Remoting передаются в бинарном или SOAP-формате. Однако в любом случае метаданные о структуре переданной информации содержатся в общеязыковой исполняющей среде. Без общеязыковой исполняющей среды (CLR) клиентское приложение не сможет разобрать специфичные для .NET Remoting заголовки SOAP. То есть .NET Remoting предъявляет существенно более высокие требования по сравнению с web-сервисами.

Разработка web-сервисов на платформе .NET

Есть много способов написания web-сервисов. Их можно разрабатывать вручную или с помощью SOAP-инструментов, предоставляемых Microsoft, IBM и др. Написание web-сервисов с помощью Microsoft.NET имеет два преимущества:

• .NET Framework существенно упрощает процесс разработки за счет предоставления библиотеки классов и автоматизации отдельных этапов разработки;
• Web-сервисы, написанные с помощью .NET Framework, - это управляемые приложения. То есть в таких приложениях не возникает проблем утечек памяти, неправильно инициализированных указателей и других типичных проблем программирования.

Создание

Разработаем простой web-сервис AdditionService, осуществляющий сложение двух чисел. У него будет всего один метод Add, принимающий в качестве параметра два целых числа и возвращающий также целое число. AdditionService демонстрирует несколько важных принципов программирования web-сервисов с помощью Microsoft .NET Framework.

• Web-сервисы реализуются как ASMX-файлы. ASMX - это особое расширение имени файла, зарегистрированное за ASP .NET (точнее, за HTTP-обработчиком ASP.NET) в главном файле конфигурации ASP .NET Machine.config.
• ASMX-файлы начинаются директивой @WebService. Эта директива должна содержать хотя бы атрибут Class, задающий класс, из которого состоит web-сервис.
• Классы web-сервисов могут иметь необязательные атрибуты WebService. В данном примере такой атрибут назначает имя web-сервиса и описание, которое отображается на HTML-странице, когда пользователь вызывает в браузере AdditionService.asmx.
• Web-методы объявляются путем назначения открытым методам класса Web-сервиса атрибута WebMethod. Для вспомогательных методов, применяемых внутри него, но недоступных внешним клиентам, этот атрибут просто не указывается.
• HTTP, XML и SOAP "невидимы". Работу с XML-данными и сообщениями SOAP выполняет .NET Framework.

AdditionService.asmx
<%@ WebService language="C#" Class="AddService" %>
using System
using System.Web.Services
[WebService (Name="Addition Web Service" Description="WebService for adding integers")] 
class AddService 
{
 [WebMethod (Description="Computes the sum of two integers")]
 public int Add (int a, int b)
 {
  return a + b 
 }
}

Несмотря на малые размеры, AdditionService.asmx - полноценный web-сервис, если его установить на web-сервер с ASP.NET. Его методы вызываются с помощью SOAP, HTTP GET и HTTP POST, и он может возвращать результаты как SOAP-отклики или как простые XML-оболочки.

Используя фоновый код, классы web-сервиса можно вынести из asmx-файлов в отдельные файлы.

Web-сервисы поддерживают использование сложных типов данных в качестве входных или выходных параметров. Сложные типы данных поддерживаются, так как XML позволяет легко сериализовать большинство типов данных. Однако при автоматическом тестировании web-сервиса ASP .NET не генерирует тестовые страницы для методов, принимающих сложные типы данных. Это происходит потому, что нельзя передать сложные типы данных web-методу с помощью HTTP GET и POST.

Web-сервисы позволяют вызывать свои методы асинхронно. Асинхронный вызов возвращает управление немедленно, независимо от того, сколько времени нужно web-сервису на обработку вызова. Асинхронные вызовы полезны в случае, если обработка вызова требует значительного времени. Приложение выполняет вызов, далее продолжает работать, не дожидаясь результата вызова, и позднее получает результаты асинхронного вызова. Получение результата происходит при повторном вызове web-метода в удобное приложению время либо с помощью подписки на уведомление об окончании обработки вызова web-сервисом (механизм делегатов).

Web-сервисы можно создавать при помощи инструментальных средств, например, Microsoft Visual Studio 2005. Для создания web-сервисов там предусмотрен отдельный тип проекта ASP .NET Web Service. Visual Studio генерирует asmx-файл, файл с фоновым кодом для описания классов web-сервиса, файл конфигурации web-сервиса и т. д. При запуске проекта на исполнение происходит компиляция классов сервиса и открытие asmx-файла в окне браузера.

Описание web-сервисов при помощи контрактов

Для того чтобы другие разработчики могли использовать AdditionService, им нужно знать, какие методы он предоставляет, какие протоколы поддерживает, сигнатуры методов и адрес web-сервиса (URL). Вся эта и другая информация может быть описана на языке WSDL (Web Service Description language).

WSDL - это XML-язык, предложенный IBM, Microsoft и др. (описание стандарта языка можно посмотреть по адресу http://www.w3.org/TR/wsdl). WSDL, как правило, генерируется и разбирается автоматически различными средствами разработки, так что разработчикам нет необходимости самим читать XML. Инструментальные средства разбирают XML и генерируют на его основе класс-оболочку который содержит методы, идентичные методам web-сервиса. Клиентское приложение вызывает методы класса-оболочки. Класс-оболочка отправляет запросы web-сервису, получает результат и возвращает его клиенту.

То есть, публикуя web-сервис, нам также необходимо публиковать описывающий его контракт. Для получения контракта web-сервиса, созданного с помощью .NET Framework, достаточно ввести в адресной строке браузера URL web-сервиса и добавить строку запроса ?wsdl. Так выглядит контракт AdditionService:

Обнаружение web-сервисов

Каким образом другие разработчики узнают о существовании AdditionService?

Во-первых, с помощью DISCO (сокращение от слова discovery) - файлового механизма поиска локальных web-сервисов, то есть механизма получения списка доступных web-сервисов из DISCO-файлов, размещенных на web-серверах. Кроме того, DISCO-файлы содержат записи о расположении WSDL-контрактов имеющихся сервисов. DISCO-файл представляет собой XML-файл с записями.

Также возможно использовать VSDISCO-файлы, которые аналогичны DISCO-файлам, но их содержимое есть результат динамического поиска web-сервисов в указанных каталогах и всех вложенных подкаталогах. ASP .NET отображает расширение имени файла .vsdisco на HTTP-обра-ботчик, который отыскивает в данном каталоге и его подкаталогах asmx и disco и возвращает динамически генерируемый DISCO-документ. По соображениям безопасности динамический поиск в ряде версий .NET Framework отключен, но его можно включить, изменив записи файла Machine.config.

А как же осуществляется поиск web-сервисов в глобальной сети? Для поиска web-сервисов в глобальной сети Microsoft, IBM и Ariba совместно разработали UDDI (Universal Description Discovery and Integration) - спецификацию построения распределенных баз данных, которая позволяет отыскивать web-сервисы. UDDI поддерживается сотнями компаний. UDDI-сайты сами являются web-сервисами. Каждый может опубликовать свой реестр на основе UDDI. Большинство разработчиков никогда не используют UDDI API напрямую. Вместо этого к реестрам UDDI обращаются инструментальные средства разработки. Они также генерируют классы-оболочки обнаруженных и выбранных web-сервисов.

Итоги

XML Web-сервис является программным компонентом, предоставляющим функциональность, которую могут использовать самые разные системы, поддерживающие такие стандарты, как XML и HTTP Клиентами web-сервиса могут быть как локальные, так и удаленные приложения. Web-сервисы позволяют создавать структуры, позволяющие легче интегрировать различные системы на основе простых общепринятых стандартов.