Архитектура веб-приложений

Вы когда-нибудь задумывались, как компьютеры извлекают эту информацию и что происходит в фоновом режиме? Это базовая архитектура веб-приложения, которая делает этот процесс возможным. В этой статье вы узнаете, что такое архитектура веб-приложений, как выглядит схема архитектуры веб-приложений и как разработать правильную архитектуру

Статья будет большой, поэтому выделяем ключевые пункты:
Обзор архитектуры веб-приложений
Компоненты архитектуры веб-приложений
Что такое трехуровневая архитектура?
Слои современной архитектуры веб-приложений
Усовершенствованная и масштабируемая архитектура веб-приложений
Диаграмма архитектуры веб-приложения
Типы архитектур веб-приложений
Рекомендации по архитектуре веб-приложений
Выводы

Обзор архитектуры веб-приложений
Архитектура веб-приложения представляет собой макет со всеми программными компонентами (такими как базы данных, приложения и промежуточное ПО) и их взаимодействием друг с другом. Он определяет, как данные доставляются через HTTP, и гарантирует, что сервер на стороне клиента и внутренний сервер могут их понять. Кроме того, он также обеспечивает наличие достоверных данных во всех запросах пользователей. Он создает записи и управляет ими, обеспечивая при этом доступ и аутентификацию на основе разрешений. Выбор правильного дизайна определяет рост, надежность и совместимость вашей компании, а также будущие потребности в ИТ. Таким образом, важно понимать компоненты, составляющие архитектуру веб-приложений.

Компоненты архитектуры веб-приложений
Обычно архитектура веб-приложений включает 3 основных компонента:

1) Веб-браузер
Браузер, клиентский компонент или интерфейсный компонент является ключевым компонентом, который взаимодействует с пользователем, получает входные данные и управляет логикой представления, контролируя взаимодействие пользователя с приложением. Пользовательские входные данные также проверяются, если это необходимо.

2) Веб-сервер
Веб-сервер, также известный как внутренний компонент или компонент на стороне сервера, обрабатывает бизнес-логику и обрабатывает запросы пользователей, направляя запросы нужному компоненту и управляя всеми операциями приложения. Он может запускать и контролировать запросы от самых разных клиентов.

3) Сервер базы данных
Сервер базы данных предоставляет необходимые данные для приложения. Он обрабатывает задачи, связанные с данными. В многоуровневой архитектуре серверы баз данных могут управлять бизнес-логикой с помощью хранимых процедур.

Что такое трехуровневая архитектура?
В традиционной двухуровневой архитектуре есть два компонента, а именно клиентская система или пользовательский интерфейс и внутренняя система, которая обычно представляет собой сервер базы данных. Здесь бизнес-логика встроена в пользовательский интерфейс или сервер базы данных. Недостатком двухуровневой архитектуры является то, что при увеличении количества пользователей снижается производительность. Кроме того, прямое взаимодействие базы данных и пользовательского устройства также вызывает некоторые проблемы с безопасностью. Железнодорожные системы бронирования, системы управления контентом — это пара приложений, которые обычно строятся с использованием этой архитектуры. Когда дело доходит до трехуровневой архитектуры, есть три уровня:

• Уровень представления/Клиентский уровень
  
• Уровень приложений/бизнес-уровень
  
• Уровень данных
  
  

Стандартная архитектура веб-приложений
В этой модели промежуточные серверы получают запросы клиентов и обрабатывают их, координируя свои действия с подчиненными серверами, применяя бизнес-логику. Связью между клиентом и базой данных управляет промежуточный прикладной уровень, что позволяет клиентам получать доступ к данным из различных решений СУБД. Трехуровневая архитектура более безопасна, поскольку клиент не имеет прямого доступа к данным. Возможность развертывания серверов приложений на нескольких компьютерах обеспечивает более высокую масштабируемость, лучшую производительность и лучшее повторное использование. Вы можете масштабировать его по горизонтали, масштабируя каждый элемент независимо. Вы можете абстрагировать основной бизнес от сервера базы данных, чтобы эффективно выполнять балансировку нагрузки. Целостность данных улучшается, так как все данные проходят через сервер приложений, который решает, как и кем следует осуществлять доступ к данным. По этой причине смена руководства является простой и рентабельной. Уровень клиента может быть тонким клиентом, что означает снижение затрат на оборудование. Эта модульная модель позволяет изменять один уровень, не затрагивая остальные компоненты.

Слои современной архитектуры веб-приложений
Создание многоуровневой архитектуры современного веб-приложения помогает определить роль каждого компонента приложения и легко вносить изменения в соответствующий уровень, не затрагивая приложение в целом. Это позволяет вам легко писать, отлаживать, управлять и повторно использовать код.

Слои архитектуры веб-приложений. Прикладной уровень: веб-сервер
Что такое веб-сервер? Проще говоря, веб-сервер запускает один или несколько веб-сайтов или веб-приложений. Веб-сервер использует протокол передачи гипертекста (HTTP) вместе с другими протоколами для прослушивания пользовательских запросов через браузер. Он обрабатывает их, применяя бизнес-логику и доставляя запрошенный контент конечному пользователю. Веб-сервер может быть аппаратным устройством или программным обеспечением.
Аппаратный веб-сервер: компьютерное устройство, подключенное к Интернету и содержащее программное обеспечение веб-сервера и компоненты веб-приложений, такие как изображения, HTML-документы, файлы JS и таблицы стилей CSS.
Программный веб-сервер : это программное обеспечение, которое понимает URL-адреса и протоколы HTTP. Пользователи могут получить к нему доступ через доменные имена для получения запрошенного контента. В то время как статический веб-сервер доставляет браузеру содержимое как есть, динамический веб-сервер обновляет данные перед их доставкой в браузер.

Аппаратный веб-сервер: компьютерное устройство, подключенное к Интернету и содержащее программное обеспечение веб-сервера и компоненты веб-приложений, такие как изображения, HTML-документы, файлы JS и таблицы стилей CSS.

Программный веб-сервер : это программное обеспечение, которое понимает URL-адреса и протоколы HTTP. Пользователи могут получить к нему доступ через доменные имена для получения запрошенного контента. В то время как статический веб-сервер доставляет браузеру содержимое как есть, динамический веб-сервер обновляет данные перед их доставкой в браузер.

Apache — популярный веб-сервер с открытым исходным кодом от Apache Software Foundation. Он был разработан Робертом МакКулом на C и XML в 1995 году. Apache основан на модели, управляемой процессами, в которой каждый запрос приводит к созданию нового потока. Модульная конструкция Apache позволяет легко масштабировать отдельные ресурсы. С минимальной настройкой вы сможете управлять даже большим трафиком. Он работает в средах MacOS, Windows и Linux. Однако Linux является наиболее предпочтительной средой для Apache. Хотя он использует файловую систему для обработки статического контента, динамический контент обрабатывается на сервере. Используя файлы .htaccess, вы можете выполнять дополнительные настройки параметров сервера. Безопасность хорошая. Он предлагает поддержку через IRC, Stack Overflow и списки рассылки.

NGINX — еще один популярный веб-сервер, который обычно произносится как «Engine X». Разработанный Игорем Сысоевым в 2004 году, NGINX быстро стал популярным. Он работает по событийно-ориентированной модели, в которой тысячи запросов обрабатываются в одном потоке, что позволяет доставлять больше запросов с минимальными ресурсами. Он использует PHP для обслуживания статических ресурсов и обслуживает статический контент в 2,5 раза быстрее, чем Apache. Динамический контент обслуживается через внешние процессы. Когда дело доходит до интерпретации запросов, Apache передает местоположение в файловой системе, а NGINX передает URI. Эта функция расширяет возможности NGINX в качестве балансировщика нагрузки, кэша HTTP и прокси-сервера. Хотя он поддерживает ОС на базе Unix, совместимость с Windows ограничена. Вы не можете сделать дополнительные настройки. Меньшая кодовая база обеспечивает лучшую безопасность. Динамические модули не поддерживаются. Наряду со списками рассылки и IRC также доступен форум. NGINX имеет преимущество перед Apache, поскольку он служит веб-сервером, а также прокси-сервером. Управляемый событиями подход, при котором тысячи запросов обрабатываются в одном потоке, обеспечивает более высокую производительность, скорость и экономичность.

Уровень представления: клиентский компонент (внешний интерфейс)
Клиентский компонент архитектуры веб-приложений позволяет пользователям взаимодействовать с сервером и серверной службой через браузер. Код находится в браузере, получает запросы и предоставляет пользователю необходимую информацию. Именно здесь на сцену выходят дизайн UI/UX, информационные панели, уведомления, настройки конфигурации, макет и интерактивные элементы. Вот некоторые из наиболее часто используемых интерфейсных технологий:

HTML
HTML или язык гипертекстовой разметки - это популярный стандартный язык разметки, который позволяет разработчикам структурировать содержимое веб-страницы с помощью ряда элементов страницы. Разработанный Тимом Бернерс-Ли и выпущенный в 1993 году, HTML быстро развивался и стал стандартным языком разметки во всем мире.

CSS
CSS или каскадные таблицы стилей - это популярный язык таблиц стилей, который позволяет разработчикам разделять содержимое и макет веб-сайтов для сайтов, разработанных с использованием языков разметки. Используя CSS, вы можете определить стиль для элементов и повторно использовать их несколько раз. Точно так же вы можете применить один стиль на нескольких сайтах. Это просто и легко учиться. Вы можете применить стиль к одному элементу, всей веб-странице или всему веб-сайту. Он также удобен для устройств.Совместимость с браузерами и безопасность — две области, вызывающие озабоченность. Точно так же разные версии CSS также создают путаницу. Разработчикам рекомендуется проверить совместимость, прежде чем вносить какие-либо изменения в дизайн.

JavaScript
JavaScript или JS - самый популярный язык программирования на стороне клиента, который в последнее время используется более чем на 90% веб -сайтов. Он был разработан Бренданом Эйхом из Netscape в 1995 году. JavaScript использует простой и легкий для изучения синтаксис. Этот язык настолько популярен, что каждый браузер поставляется с движком JS для запуска кода JavaScript на устройствах. Код JS легко вставить на любую веб-страницу, что обеспечивает высокую совместимость. Это позволяет вам создавать богатые интерфейсы для улучшения UI/UX. Находясь на стороне клиента, JS также снижает нагрузку на сервер. Тем не менее, разработчики должны быть осторожны с безопасностью, поскольку код выполняется на стороне клиента, что иногда может быть использовано хакерами.

React
React - это JavaScript с открытым исходным кодом, набравший популярность в последние годы. Он был разработан Джорданом Уоке из Facebook в 2013 году. Преимущества React позволяют разработчикам легко создавать высококачественные динамические веб-приложения с минимальными затратами кода и усилий. ReactJS прост в освоении и использовании. Для разработчиков доступна обширная документация и множество удобных инструментов. Код можно использовать повторно. ReactJS использует виртуальный DOM, что означает, что соответствующие элементы обновляются при внесении изменений, а не переписывается все дерево DOM. Это повышает эффективность и оптимизирует использование памяти. ReactJS использует односторонний поток данных, что означает, что изменения, внесенные в «дочерние» элементы, не влияют на «родительский» элемент. Код легко тестируется и оптимизирован для SEO. С другой стороны, среда разработки ReactJS очень динамична, что означает, что разработчики должны активно отслеживать изменения и быстро адаптировать новые навыки для использования React. Более того, технологии React быстро совершенствуются, однако документация не успевает за такими темпами. Критической проблемой является то, что ReactJS фокусируется на части пользовательского интерфейса, и вам нужно полагаться на другие библиотеки для клиентских функций.

Vue.js
Vue.js - это фреймворк JavaScript с открытым исходным кодом, написанный Эваном Ю в 2014 году. Этот фреймворк позволяет разработчикам легко создавать интерфейсы пользовательского интерфейса для Интернета, настольных компьютеров и мобильных устройств. Vue.js поставляется с удобными инструментами, которые удовлетворяют базовые потребности программирования. Инструмент легок для загрузки и установки. Это легко узнать и использовать. Он использует виртуальный DOM, поэтому, когда пользователь взаимодействует с элементом, браузеру не нужно отображать всю страницу, а только элемент. Скорость и производительность хорошие. Он использует модель двусторонней привязки данных, позволяющую более эффективно отслеживать данные и обновлять связанные компоненты. Компоненты многоразовые. Он легко интегрируется с существующими приложениями. Документация лаконична и хорошо структурирована. Несмотря на хорошую поддержку сообщества, Vue.js в значительной степени адаптирован китайскими компаниями, такими как Alibaba и Xiomi. Таким образом, форумы и обсуждения часто ведутся на китайском языке, что создает языковой барьер для англоговорящих людей. Набор инструментов подходит для базовых проектов, но предлагает ограниченную поддержку для крупномасштабных проектов. Гибкость, которую он предлагает, также может создавать проблемы с качеством в крупных проектах. GitLab, Alibaba и Adobe — одни из самых популярных компаний, использующих Vue.js.
Angular.js

Angular – это фреймворк для веб-приложений с открытым исходным кодом, разработанный Google в 2016 году. Это полностью переписанный фреймворк Angular.js. На данный момент это одна из самых популярных сред разработки интерфейсов, доступных на рынке. NGModules — это строительный блок Angular, предлагающий все функции для разработки приложений, таких как компоненты, модули, шаблоны, директивы, внедрение сервисов и зависимостей, маршрутизация и т. д. Он помогает разработчикам быстро создавать прототипы. Он использует простые шаблоны HTML. Тестирование выполняется быстро и легко благодаря стилю архитектуры внедрения зависимостей. Angular использует двустороннюю привязку данных, что делает манипуляции с DOM простыми и быстрыми. Функции повышения производительности ЦП делают его хорошим выбором для крупномасштабных приложений. Он поставляется с различными плагинами, инструментами из коробки. Созданный ИТ-гигантом Google, Angular пользуется активной поддержкой сообщества. Популярность и рыночная стоимость подразумевают, что вы найдете на рынке высококвалифицированных специалистов по Angular.

Однако иерархическая структура иногда может затруднить отладку. Такие концепции, как инверсия управления, поиск зависимостей и внедрение зависимостей, требуют крутой кривой обучения. Для запуска Angular на компьютере должен быть установлен JavaScript. Хотя двусторонняя привязка данных — отличная функция, она может привести к снижению производительности на старых и устаревших устройствах. Интеграция устаревшей инфраструктуры с Angular также вызывает беспокойство. Если вы хотите выбрать лучшие из этих инструментов разработки интерфейса, настоятельно рекомендуем React и Vue.js. React — это легкий инструмент с лучшими функциями разработчика, позволяющий быстро создавать качественное программное обеспечение.

Vue.js — это ориентированный на представление продукт, легкий, простой в использовании и поставляемый с мощным набором инструментов для разработчиков. Для начала вам нужно просто загрузить интерфейс и добавить JavaScript.

Прикладной уровень: серверный компонент (внутренняя часть)
Серверный компонент — это ключевой компонент архитектуры веб-приложения, который получает запросы пользователей, выполняет бизнес-логику и доставляет необходимые данные во внешние системы. Он содержит серверы, базы данных, веб-сервисы и т. д. Вот некоторые из наиболее часто используемых серверных технологий:

Node.js
Node.js - это кроссплатформенная среда выполнения с открытым исходным кодом, разработанная Райаном Далем. Он был построен на основе Google Chrome V8 Engine для запуска сетевых и серверных приложений и был выпущен в 2009 году. Разработчики используют JavaScript для создания приложений node.js и запускают их в среде выполнения node.js с использованием платформ Windows, macOS и Linux. Node.js очень популярен, поскольку предлагает богатую библиотеку модулей JavaScript, которые позволяют разработчикам быстро создавать качественные приложения. Node.js не буферизует данные и выполняет код очень быстро. Он управляется событиями, асинхронен и работает в одном потоке, обладая при этом высокой масштабируемостью. Node.js лучше всего подходит для приложений с потоковой передачей данных, интенсивного использования данных, связанных с вводом-выводом и основанных на JSON-API. Paypal, Uber, eBay и GoDaddy — некоторые из популярных приложений, работающих на Node.js. Это не подходит для приложений, интенсивно использующих процессор.

Java

Java - один из самых популярных и эффективных языков программирования всех времен. Написанный Джеймсом Гослингом в 1995 году, Java — это объектно-ориентированный язык программирования на основе классов, который позволяет разработчикам писать код и запускать его на любой платформе, используя среду виртуальной машины Java (JVM). Это означает, что вам не нужна Java на целевой машине. Язык прост в изучении, программировании, компиляции и отладке. Будучи независимыми от платформы, Java-программы экономически выгодны для создания и запуска. Используя концепции OOPS, вы можете повторно использовать объекты в других программах. Поскольку он не работает с явными указателями, предотвращается несанкционированный доступ к памяти. Он поддерживает многопоточность, переносимость, автоматическую сборку мусора, распределенную сеть и т. д. С другой стороны, Java требует значительного объема памяти. Из-за абстракции JVM программы также работают медленнее. Резервной копии тоже нет. UX/UI не привлекателен. Однако при разработке серверных компонентов архитектуры веб-приложений на Java преимущества перевешивают недостатки.

Python
Python — это язык программирования высокого уровня с открытым исходным кодом, написанный Гвидо Ван Россумом и выпущенный в 1991 году. Сегодня это быстрорастущий и популярный язык программирования, а также хорошая альтернатива для построения архитектуры веб-приложений на Java. Он прост в освоении и разработке и имеет множество функций. Этот язык с динамической типизацией очень гибкий и подходит для небольших и крупных проектов веб-приложений, а также для различных сегментов, таких как мобильные приложения, видеоигры, программирование ИИ и т. д. Он позволяет вам делать больше с меньшим количеством кода, что означает, что вы можете быстро создавать и тестировать прототипы, повышающие производительность. Python предлагает обширную библиотеку, содержащую код почти для всех типов программ. С его активной поддержкой сообщества всегда доступна. Однако по сравнению с современными языками Python работает медленнее. Проблемы с потоками — еще одна проблема. Python не является родным для мобильных приложений. Google, Spotify, Instagram и Facebook — одни из самых популярных ИТ-гигантов, использующих Python.

PHP Laravel
PHP Laravel - это PHP-фреймворк, который помогает разработчикам с легкостью создавать собственные веб-приложения. Это фреймворк с открытым исходным кодом, который довольно популярен среди других фреймворков PHP. PHP Laravel — это фреймворк на основе MVC (Model, View and Controller). Синтаксис Laravel элегантен и выразителен. Благодаря обширным встроенным функциям и структурам разработчики могут легко писать код и быстрее развертывать приложения. Это повышает производительность и скорость. Документация хорошая. Важным преимуществом PHP Laravel является его функция автоматического тестирования, которая помогает вам тестировать и устранять ошибки на начальном этапе. Также доступны автоматические задачи и планирование. Поддержка объектно-реляционного сопоставления элегантна. PHP Laravel предлагает токены подделки межсайтовых запросов, которые обеспечивают безопасность. Он масштабируемый и экономичный. Однако иногда обновления продукта могут создавать проблемы. Laravel Composer можно улучшить. Поскольку это относительно новый продукт, поддержка сообщества не так велика. PHP Laravel лучше всего подходит для средних и малых организаций.

Golang
Язык программирования Go разработан ИТ-гигантом Google, что в первую очередь придает ему значительную силу. Он был написан Робертом Гриземером, Кеном Томпсоном и Робом Пайком в 2009 году. Go также известен как Golang. Он похож на язык C и прост в изучении и построении. Поскольку нет виртуальных сред выполнения, код Go компилируется быстрее и также создает меньший двоичный файл. Он использует статическую типизацию и типы интерфейса. Стандартная библиотека предлагает ряд встроенных функций, а также поддержку тестирования. Доступен сбор мусора. Параллельное программирование проще по сравнению с другими языками. С другой стороны, поддержка библиотеки неадекватна. В некоторых случаях поддержка сообщества невосприимчива. Неявные интерфейсы могут быть сложными в управлении. Без дженериков повторное использование кода затруднено.

.NET
.NET — это среда разработки программного обеспечения, разработанная Microsoft и выпущенная в 2001 году для настольных и веб-приложений. Исходя из ИТ-гиганта Microsoft,. NET быстро стала популярной для разработки различных программных продуктов. .NET поставляется в трех вариантах:

• .NET Framework: это первый продукт, специально предназначенный для платформы Windows.
  
• .NET Core: .NET Core был выпущен в 2016 году как кроссплатформенное решение для платформ macOS и Linux.
  
• Xamarin: Xamarin не разработан Microsoft, но был приобретен ею в 2016 году. Xamarin расширяет платформу .NET для поддержки разработки собственных мобильных приложений.
  
• .NET Standard - это единая библиотека базовых классов для реализаций .NET Framework, .NET Core и Xamarin.
  
  

.NET представляет собой модель объектно-ориентированного программирования (ООП) и использует модульную структуру, которая позволяет разработчикам разбивать код на более мелкие части и беспрепятственно создавать программные продукты и управлять ими с помощью конвейеров CI/CD. Он предлагает надежную и в то же время простую систему кэширования, которая повышает скорость и производительность. Дополнительным преимуществом является автоматический мониторинг в ASP.NET. Visual Studio IDE - это единая интегрированная среда разработки, которая помогает разработчикам отслеживать и управлять всеми операциями разработки с единой панели. Будучи независимым от языка и платформы, он позволяет использовать различные среды разработки. Развертывание и управление кодом являются гибкими и простыми. .NET поставляется с обширной документацией и поддержкой сообщества. Однако поддержка объектно-реляционных отношений ограничена. Утечки памяти — это проблема, требующая особого внимания при кодировании приложений. Сильная зависимость от Microsoft приводит к привязке к поставщику и более высоким затратам на лицензирование. .NET лучше всего подходит для корпоративных продуктов, требующих высокой масштабируемости и межплатформенных решений.

Ruby
Ruby — популярный язык программирования, разработанный Юкихиро Мацумото из Японии в 1995 году. Эффективность использования времени — одно из самых больших преимуществ Ruby. В сочетании с инфраструктурой Rails он позволяет разработчикам быстро создавать и развертывать приложения. Инструмент предлагает обширную библиотеку и полезные инструменты. Он поставляется со встроенной системой безопасности для снижения рисков, связанных с SQL-инъекциями, программным обеспечением для межсайтовых сценариев (XSS) и подделкой межсайтовых запросов (CSRF). Ruby имеет поддерживающее сообщество и хорошую документацию. Хотя разработчики могут быстро создавать приложения, их скорость вызывает беспокойство. Тем не менее, эта проблема в основном затрагивает крупномасштабные приложения. В малых и средних организациях проблем в этой области нет. Ruby не так популярен, как Java или Python. По этой причине найти качественных специалистов для этого сегмента непросто. Airbnb, GitHub, Bloomberg и Etsy — несколько популярных компаний, использующих Ruby.

Среди серверных инструментов разработки настоятельно рекомендуются Node.js и Python. Node.js — это простое в освоении, легкое, удобное для разработчиков, хорошо масштабируемое и расширяемое кросс-платформенное решение. Python использует простой синтаксис, фокусируется на естественном языке и позволяет быстрее писать и выполнять код. Сообщество также очень поддерживает.

Прикладной уровень: интерфейс прикладного программирования (API)
Интерфейс прикладного программирования (API) — это не технология, а концепция, позволяющая разработчикам получать доступ к определенным данным и функциям программного обеспечения. Проще говоря, это посредник, который позволяет приложениям общаться друг с другом. Он включает в себя протоколы, инструменты и определения подпрограмм, необходимые для создания приложений.

Например, когда вы входите в приложение, оно вызывает API для получения данных и учетных данных вашей учетной записи. Приложение свяжется с соответствующими серверами, чтобы получить эту информацию и вернуть эти данные пользовательскому приложению. Веб-API — это API, доступный через Интернет по протоколу HTTP. Его можно построить с использованием таких технологий, как .NET и Java. Благодаря API разработчикам не нужно создавать все с нуля, а использовать существующие функции, представленные в виде API, для повышения производительности и ускорения выхода на рынок. Сокращая усилия по разработке, API значительно сокращают затраты на разработку. Это также улучшает совместную работу и связь в экосистеме, повышая качество обслуживания клиентов. Существуют разные типы API

• RESTful API: API передачи репрезентативного состояния в облегченном формате JSON. Он хорошо масштабируется, надежен и обеспечивает высокую производительность, что делает его самым популярным API.
  
• SOAP: простой протокол доступа к объектам использует XML для передачи данных. Это требует большей пропускной способности и расширенной безопасности
  
• XML-RPC: расширяемый язык разметки — удаленные вызовы процедур используют специальный формат XML для передачи данных.
  
• JSON-RPC: использует формат JSON для передачи данных.
  
  

Уровень приложения: экземпляр сервера / экземпляр облака
Серверы или облачные экземпляры являются важной частью архитектуры веб-приложений. Облачный экземпляр — это экземпляр виртуального сервера, который создается, доставляется и размещается в общедоступном или частном облаке и доступен через Интернет. Он работает как физический сервер, который может легко перемещаться между несколькими устройствами или развертывать несколько экземпляров на одном сервере. Таким образом, он отличается высокой динамичностью, масштабируемостью и экономичностью. Вы можете автоматически заменять серверы без простоя приложений. Используя облачные экземпляры, вы можете легко развертывать веб-приложения и управлять ими в любой среде.

Уровень данных: база данных
База данных — это ключевой компонент веб-приложения, который хранит информацию для веб-приложения и управляет ею. Используя функцию, вы можете искать, фильтровать и сортировать информацию на основе запроса пользователя и предоставлять необходимую информацию конечному пользователю. Они обеспечивают доступ на основе ролей для поддержания целостности данных. При выборе базы данных для вашей архитектуры веб-приложения размер, скорость, масштабируемость и структура — это четыре аспекта, которые требуют вашего внимания. Для структурированных данных хорошим выбором являются базы данных на основе SQL. он подходит для финансовых приложений, в которых целостность данных является ключевым требованием.

Для обработки неструктурированных данных хорошим вариантом является NoSQL. Он подходит для приложений, в которых характер входящих данных непредсказуем. Базы данных Key Value связывают каждое значение с ключом и подходят для баз данных, в которых хранятся профили пользователей, обзоры, комментарии в блогах и т. д. Для аналитики хорошим выбором являются базы данных Wide Column.

Усовершенствованная и масштабируемая архитектура веб-приложений
Архитектура веб-приложений развивается. Таким образом, организации должны активно отслеживать эти изменения и соответствующим образом перестраивать архитектуру. Вот несколько трендов, на которые стоит обратить внимание:

Система кэширования
Система кэширования — это локальное хранилище данных, которое обеспечивает быстрый доступ к данным для сервера приложений вместо того, чтобы каждый раз обращаться к базе данных. В традиционной настройке данные хранятся в базе данных. Когда пользователь делает запрос, сервер приложений запрашивает эти данные из базы данных и представляет их пользователю. Когда одни и те же данные запрашиваются снова, сервер должен снова выполнить тот же процесс, который является повторяющимся и занимает много времени. Сохраняя эту информацию во временной кэш-памяти, приложения могут быстро предоставлять данные пользователям. Система кэширования может быть спроектирована в 4-х моделях:

• Кэш сервера приложений: кеш в памяти вместе с сервером приложений (для приложений с одним узлом).
  
• Глобальный кеш: все узлы имеют доступ к одному пространству кеша.
  
• Распределенный кэш: кэш распределяется по узлам, в которых используется согласованная функция хеширования для маршрутизации запроса к требуемым данным.
  
• Сеть доставки контента (CDN) : используется для доставки больших объемов статических данных.
  
  

Инструменты кэширования
Redis и Memcached — две самые популярные системы кэширования со схожими функциями. Однако Redis предлагает богатый набор инструментов, что делает его применимым для выполнения самых разных задач. С другой стороны, Memcached прост и удобен в использовании.

Система кэширования от AWS называется AWS ElastiCache. Эта веб-служба позволяет администраторам масштабировать и управлять службой хранилища данных в памяти в облаке. AWS также предлагает полностью управляемое хранилище данных в памяти, совместимое с Redis, которое называется Amazon ElastiCache для Redis, и полностью управляемое хранилище данных в памяти, совместимое с Memcached, которое называется Amazon ElastiCache для Memcached.

Облачное хранилище (Amazon S3)
В архитектуре веб-приложений облачное хранилище является очевидным требованием. Облачное хранилище — это хранение данных в облаке и доступ к ним через Интернет. Поставщик облачных услуг предоставляет инфраструктуру хранения по модели подписки с оплатой по факту использования. Поскольку AWS является самым популярным поставщиком облачных услуг, Amazon S3 является широко используемым облачным хранилищем в средах aws архитектуры веб-приложений по всему миру. Amazon Simple Storage Service (S3) — это гибкая, экономичная, надежная, безопасная облачная служба хранения данных, обеспечивающая высокую доступность и высокую масштабируемость.

В AWS единицей облачного хранилища называется «корзина», в которой хранятся объекты. При создании сегмента он развертывается в регионе, указанном пользователем. После завершения развертывания и добавления объектов в корзину пользователь может выбрать тип класса хранилища, а также такие функции, как управление версиями, политики жизненного цикла, политика корзины и т. д. AWS берет на себя управление жизненным циклом для группы объектов, включая IAM. политики и защиты данных.

Облачное хранилище Azure — еще одна популярная служба облачного хранилища, предлагаемая Microsoft Azure. Самое лучшее в хранилище Azure — это высокая доступность, время безотказной работы 99,95 % и высокий уровень безопасности. При цене 0,18 доллара США за ГБ в месяц это очень выгодно. Azure поставляется с комплексным стеком административного доступа и инструментов разработчика, которые помогают организациям беспрепятственно координировать все бизнес-операции.

Google Cloud Storage - это облачное хранилище от Google по цене 0,02 доллара США за ГБ в месяц. Он доступен во многих регионах, обладает высокой надежностью и легко интегрируется с другими службами Google. Инструмент поставляется с хорошей документацией.

CDN (CloudFront)
Сеть доставки контента (CDN) — это серверная сеть, установленная в различных географических точках для более быстрой и качественной доставки контента пользователям. Вместо обращения к центральному серверу запрос пользователя направляется на сервер CDN, на котором хранится кэшированная версия контента. Таким образом, скорость и производительность сайта увеличиваются, а потеря пакетов уменьшается. Нагрузка на сервер снижена. Это также позволяет сегментировать аудиторию и расширенную веб-безопасность.

CloudFront — популярный сервис CDN для архитектуры веб-приложений aws. Он действует как распределенный кеш, обеспечивая более высокую скорость, низкую задержку и лучшее качество обслуживания клиентов. Учитывая глобальное присутствие AWS, CloudFront предоставляет пользователям более широкий диапазон географических местоположений. CloudFront хорошо интегрируется с другими сервисами AWS, такими как Amazon EC2, AWS Lambda, Amazon CloudWatch, Amazon S3 и т. д., что упрощает вашу работу. Он гибкий, простой в настройке и обеспечивает высокую масштабируемость. Он также включает эластичные сервисы и аналитику. Вы также можете контролировать доступ к контенту.

Azure CDN — это популярная сеть доставки контента на облачной платформе Microsoft Azure, которая проста в настройке и использовании и обеспечивает низкую задержку.

Сеть доставки контента Google называется Cloud CDN. Он использует глобально распределенные пограничные серверы для кэширования контента в месте использования для доставки контента на высокой скорости.

CloudFlare — еще один популярный сервис CDN. Хотя CloudFlare в первую очередь предлагает надежные службы DNS и не является традиционной сетью доставки контента, он действует как обратный прокси-сервер для маршрутизации трафика через свою глобальную сеть центров обработки данных.

Балансировщик нагрузки
Как следует из названия, балансировщик нагрузки — это служба, которая уравновешивает нагрузки трафика, распределяя его между разными серверами в зависимости от доступности или предопределенных политик. Когда запрос пользователя поступает в балансировщик нагрузки, он получает данные о работоспособности сервера с точки зрения доступности и масштабируемости и направляет запрос на лучший сервер. Балансировщик нагрузки может быть аппаратным компонентом или программным обеспечением. Балансировка нагрузки может быть выполнена двумя способами

1) Балансировка нагрузки на уровне TCP/IP: Балансировка нагрузки на основе DNS
2) Балансировка нагрузки на уровне приложения: балансировка нагрузки на основе нагрузки приложения.

Инструменты балансировки нагрузки
Первоначальным эластичным балансировщиком нагрузки в AWS является AWS Classic Load Balancer . Он работает на уровне TCP (уровень 4) и на прикладном уровне (уровень 7). Однако он перенаправляет трафик только на один порт для каждого экземпляра. Еще одним отличным LB является AWS Application Load Balancer , который работает на уровне приложений (HTTP) и может перенаправлять трафик на несколько портов для каждого экземпляра. Он также обслуживает несколько доменных имен.

Несколько серверов
В традиционной веб-архитектуре вы увидите веб-сервер и базу данных. Веб-сервер прослушивает запросы клиентов и связывается с базой данных, чтобы предоставить необходимую информацию или обработать бизнес-логику. Когда количество одновременных пользователей увеличивается, ресурсы веб-сервера заканчиваются. Несмотря на то, что обновление конфигурации сервера помогает на некоторое время, оно предоставляет ограниченные возможности, а также вызывает единую точку отказа. Развертывание нескольких серверов — хороший выбор для создания масштабируемой веб-архитектуры.

При разработке многосерверной архитектуры организации могут подключать несколько серверов развертывания ОС к одной или нескольким базам данных. Однако важно, чтобы они копировались с соответствующим содержанием. Репликация может быть запланирована на определенное время.

Очереди сообщений
Очередь сообщений — это буфер, который асинхронно хранит сообщения и облегчает связь между различными службами в веб-приложении. В современной среде микросервисов программное обеспечение разрабатывается в виде небольших, модульных и независимых строительных блоков, которые взаимодействуют друг с другом с помощью RESTful API. Связь между этими блоками координируется с помощью очередей сообщений. Компоненты программного обеспечения подключаются к концам этих очередей сообщений для отправки и получения сообщений и их обработки. Очереди сообщений обеспечивают детальную масштабируемость, упрощают процессы разделения и повышают надежность и производительность.

Amazon Simple Queue Service (SQS) — это полностью управляемая служба очередей обмена сообщениями публикации/подписки, предлагаемая Amazon. Используя API веб-сервисов, предоставляемый AWS SQS, пользователи могут получать доступ к сообщениям с помощью любого языка программирования. Обмен сообщениями обрабатывается асинхронно, что означает, что сообщения ожидают в очереди, и приложения могут получить к ним доступ позже. Amazon SQS использует два типа очередей.

First-in First-Out (FIFO) : строки сообщений обрабатываются в том же порядке, в котором они были отправлены. Это полезно для операций, где порядок процесса имеет решающее значение.

Стандартные очереди: строка сообщения остается прежней, но порядок может измениться. Это полезно для задач, в которых сообщения распределяются по различным узлам.

AWS SQS поддерживает 300 сообщений в секунду. Каждое сообщение можно настроить. Вы можете хранить сообщения в течение длительного периода времени от 1 минуты до 14 дней. Возможность разделения компонентов приложения помогает достичь высокой производительности. Это устраняет административные издержки, сохраняя при этом конфиденциальность данных. Совместимость с другими продуктами AWS позволяет легко интегрировать его в существующую инфраструктуру.

Диаграмма архитектуры веб-приложения
Здесь вы сможете проанализировать процесс от начала до конца с помощью диаграммы архитектуры веб-приложения. Важно учитывать элементы и ресурсы, которые будут действовать в потоке, такие как API, облачное хранилище, технологии и базы данных.

Типы архитектур веб-приложений
Архитектуру веб-приложений можно разделить на разные категории в зависимости от шаблонов разработки и развертывания программного обеспечения.

Монолитная архитектура
Монолитная архитектура — это традиционная модель разработки программного обеспечения, также известная как архитектура веб-разработки, в которой все программное обеспечение разрабатывается как единый фрагмент кода, проходящий через традиционную водопадную модель. Это означает, что все компоненты взаимозависимы и взаимосвязаны, и каждый компонент необходим для запуска приложения. Чтобы изменить или обновить конкретную функцию, вам нужно изменить весь код, который будет переписан и скомпилирован.

Поскольку монолитная архитектура рассматривает весь код как единую программу, создание нового проекта, применение фреймворков, скриптов и шаблонов, а также тестирование становятся простыми и легкими. Развертывание также простое. Однако по мере того, как код становится больше, им становится трудно управлять или вносить обновления; даже для небольшого изменения вам нужно пройти весь процесс вашей архитектуры веб-разработки. Поскольку каждый элемент взаимозависим, масштабировать приложение непросто. Более того, это ненадежно, так как единственная точка отказа может вывести приложение из строя. Если вы хотите создать легковесное приложение и у вас ограниченный бюджет, вам подойдет монолитная архитектура. Однако имеет смысл использовать монолитную модель, когда ваша команда разработчиков работает из одного места, а не удаленно.

Архитектура микросервисов
Архитектура микросервисов решает несколько проблем, возникающих в монолитной среде. В микросервисной архитектуре код разрабатывается как слабосвязанные независимые сервисы, взаимодействующие через RESTful API. Каждый микросервис содержит собственную базу данных и использует определенную бизнес-логику, что означает, что вы можете легко разрабатывать и развертывать независимые сервисы.

Поскольку архитектура микрослужб слабо связана, она обеспечивает гибкость для обновления/модификации и масштабирования независимых служб. Разработка становится простой и эффективной, а непрерывная доставка становится возможной. Разработчики могут быстро адаптироваться к инновациям. Микросервисы — хороший выбор для высокомасштабируемых и сложных приложений. Однако развертывание нескольких служб с экземплярами среды выполнения является сложной задачей. С ростом количества сервисов растет и сложность управления ими. Кроме того, приложения микросервисов совместно используют базы данных разделов. Это означает, что вы должны обеспечить согласованность между несколькими базами данных, на которые влияет транзакция.

Контейнеры
Контейнерная технология — лучший вариант, когда речь идет о развертывании микросервисов. Контейнер — это инкапсуляция облегченной среды выполнения для приложения, которое может работать на физической или виртуальной машине. Таким образом, приложения работают в согласованной среде от устройства разработчика до производственной среды. Абстрагируя выполнение на уровне ОС, контейнеризация позволяет запускать несколько контейнеров внутри одного экземпляра ОС. Хотя это снижает накладные расходы и вычислительную мощность, оно также повышает эффективность. Контейнеризация позволяет разработчикам добавлять несколько компонентов приложений в одну виртуальную среду вместо разделения кода на разные виртуальные машины и, таким образом, увеличивать вычислительную мощность приложений. Благодаря легкому весу контейнеры работают быстрее. Они гибки, надежны и лучше всего подходят для сред микросервисов на основе политик.

Docker — это самая популярная технология контейнеризации, которая предлагает комплексную экосистему для технологий контейнеризации. Он предлагает более высокую производительность, простую в использовании технологию и широкую поддержку сообщества.

Бессерверная архитектура
Бессерверная архитектура — это модель разработки программных приложений. В этой структуре обеспечение базовой инфраструктуры управляется поставщиком инфраструктурных услуг. Это означает, что вы платите только за инфраструктуру, когда она используется, а не за время простоя ЦП или неиспользуемое пространство. Бессерверные вычисления снижают затраты, поскольку ресурсы используются только во время выполнения приложения. Задачи масштабирования выполняются облачным провайдером. Более того, бэкенд-код упрощается. Это снижает усилия по разработке, затраты и ускоряет вывод продукта на рынок. Обработка мультимедиа, потоковая передача в реальном времени, чат-боты CI Pipelines, сообщения датчиков IoT и т. д. — вот некоторые из вариантов использования бессерверных вычислений. В архитектуре микросервисов вы можете выполнять бессерверные вычисления с помощью AWS Lambda, API Gateway и API Step Functions.

AWS Lambda
AWS Lambda — это сервис бессерверных вычислений, предлагаемый Amazon. Запущенный в 2014 году, Lambda предлагает среду выполнения для функций, написанных на таких языках, как Python, C#, Java, Node.js и т. д. Он автоматически выделяет и удаляет серверы в соответствии с требованиями трафика. Вам не нужно загружать все приложение, только необходимые функции, а затем активировать его для запуска службы. Lambda предлагает простоту исполнения, повышенную устойчивость приложений и экономичное решение. С другой стороны, нет контроля над окружающей средой.

Шлюз API
Шлюз API - это инструмент управления API, который позволяет создавать, публиковать, защищать и управлять API HTTP, WebSocket и REST. Действуя как обратный прокси-сервер, шлюз API получает различные вызовы API, выполняет агрегацию услуг для выполнения этих вызовов и доставляет результат. Шлюзы API помогают защитить ваши API, запускать инструменты аналитики на API, подключать службу выставления счетов или управлять старыми и удаленными API и т. д. В бессерверной среде ресурсы выделяются на основе вызовов API. Шлюз API помогает развертывать бессерверные функции и управлять ими.

Пошаговые функции AWS
AWS Step Functions — это визуальный инструмент рабочего процесса AWS, который позволяет разработчикам разбивать процесс на ряд шагов. Автоматизация ИТ-процессов, создание распределенных приложений и конвейеров машинного обучения становится проще благодаря этому сервису с минимальным кодом. Вы можете быстро создавать и развертывать надежные и масштабируемые приложения, а также управлять рабочими процессами с отслеживанием состояния и отказоустойчивостью с меньшим объемом кода интеграции.

Рекомендации по архитектуре веб-приложений
Вот некоторые из лучших практик, которым следует следовать при разработке отличной архитектуры веб-приложений.
Масштабируемый веб-сервер
Масштабируемый веб-сервер имеет решающее значение для обеспечения стабильной производительности приложений независимо от количества одновременных пользователей, местоположения и времени. Существует три типа параметров масштабирования, а именно горизонтальное масштабирование, вертикальное масштабирование и диагональное масштабирование. В то время как вертикальное масштабирование связано с обновлением/уменьшением конфигурации устройства, горизонтальное масштабирование связано с увеличением/уменьшением количества устройств. Диагональное масштабирование — это объединение обеих моделей. Рекомендуется выбрать модель горизонтального масштабирования, поскольку вы не будете ограничены конфигурацией или количеством серверов. Кроме того, вы можете комбинировать вертикальное масштабирование по мере необходимости.

Адаптируйте облако с помощью эластичной инфраструктуры
Поскольку гибридные и многооблачные среды становятся все более популярными, адаптация к облаку и упреждающее выделение ресурсов являются ключом к созданию высокопроизводительных веб-приложений. Эластичная инфраструктура поставляется с предварительно настроенными сетевыми системами, серверами виртуальных машин, хранилищем и вычислительными ресурсами, что позволяет легко управлять средой с помощью порталов самообслуживания. Это дает возможность быстро адаптироваться к изменяющимся потребностям рынка и ожиданиям клиентов.

Неизменяемая инфраструктура
Проще говоря, неизменяемая инфраструктура — это то, что нельзя изменить после развертывания. Он позволяет администраторам автоматически выделять ресурсы с помощью кода. Когда серверы должны быть обновлены или изменены, они автоматически заменяются более новыми.

Конфигурационный дрейф — большая проблема в изменяемой инфраструктуре. Проблемы масштабирования и отладки при репликации производственной среды усугубляют эту проблему. Неизменяемая инфраструктура использует проверенный образ с контролем версий для предоставления новых серверов для каждого развертывания. Таким образом, предыдущее состояние сервера не имеет значения. Вы можете протестировать серверы перед их развертыванием. Он устраняет дрейф конфигурации, обеспечивает горизонтальное масштабирование, а также предлагает простой откат и восстановление с согласованными промежуточными средами.

Микросервис и бессерверный подход
Микросервисы и бессерверные вычисления имеют решающее значение для разработки веб-приложений. Однако разница в том, что микросервисная архитектура предлагает долгосрочное решение с высокой масштабируемостью, а бессерверные вычисления обеспечивают эффективность кода. Бессерверные функции запускаются только тогда, когда они запускаются.

Комбинируя обе модели, вы можете получить лучшее из обоих миров. Вы можете использовать AWS Step Functions, чтобы назначать триггеры для объединения нескольких функций в сервис и назначать им триггеры. С помощью микросервисов, инициируемых событиями, вы можете создать комбинированную систему, чтобы повысить эффективность кода, долгосрочную стабильность, экономичность и масштабируемость.

Многопользовательская архитектура
Веб-приложения теперь поставляются как приложения SaaS. Существует две модели развертывания приложений SaaS: однопользовательская и многопользовательская архитектура .

Архитектура с одним арендатором : для каждой организации создается единая автономная среда, включающая инфраструктуру, программную и аппаратную экосистему. Многопользовательская архитектура . Единая облачная среда с полностью централизованными и логически изолированными службами используется несколькими организациями.

Для веб-приложений использование многопользовательской архитектуры дает множество преимуществ. Организации могут управлять единой базой кода для всех пользователей, уменьшая накладные расходы и проблемы с конфликтами кода. Это также снижает затраты на серверную инфраструктуру за счет эффекта масштаба. Наряду с меньшими затратами на разработку, это также сокращает время выхода на рынок. Python/Node.js + React + AWS — это новая тенденция в создании веб-приложений SaaS.

Защитите архитектуру с помощью рекомендаций HIPAA, PCI и SOC2
Создание безопасной архитектуры является минимальным требованием для любой организации. Применение протоколов и политик безопасности не только защищает ваши данные и среду, но также упрощает управление задачами аудита и соблюдение государственных норм.

HIPA : Закон о переносимости и подотчетности медицинского страхования (HIPAA) является важным требованием, которое должны соблюдать медицинские организации. Это помогает сократить количество случаев мошенничества в сфере здравоохранения, обеспечивая при этом конфиденциальную медицинскую информацию.

PCI DSS: Стандарт безопасности данных индустрии платежных карт (PCI DSS) определяет набор процедур и политик для финансовых организаций, которые имеют дело с конфиденциальными финансовыми данными клиентов.

SOC 2: Процедура аудита SOC 2 является ключевым аспектом в обеспечении безопасного управления вашими данными поставщиком облачных услуг. Хотя организациям не обязательно соблюдать рекомендации SOC 2, рекомендуется следовать им для защиты данных клиентов. Рекомендации SOC 2 определяют пять принципов службы доверия, на которых основано управление данными клиентов.

• Доступность
  
• Безопасность
  
• Целостность обработки
  
• Конфиденциальность
  
  

Автоматизируйте развертывание кода в среде DevOps CI/CD
Автоматизация развертывания — это простая автоматизация процесса перемещения кода между тестовой и производственной средами. Это позволяет разработчикам быстро и часто развертывать код в рабочей среде без вмешательства человека. AWS предлагает полностью управляемый сервис развертывания в форме AWS CodeDeploy. Он позволяет автоматически развертывать код в различных средах, таких как AWS Lambda, AWS Fargate, Amazon EC2 или локально.

Автоматизация развертывания является частью конвейера непрерывной интеграции/непрерывного развертывания DevOps. Он состоит из трех важных этапов; создавать, тестировать и развертывать. Когда код написан, он автоматически тестируется и добавляется в центральный репозиторий. Эти изменения проверяются и добавляются в приложение. Автоматическое тестирование запускает множество тестов на разных уровнях, чтобы убедиться, что код не содержит ошибок. Затем код автоматически развертывается в рабочей среде.

Создайте свою веб-архитектуру с помощью Infrastructure as Code Tools
Инфраструктура как код (IaC) — это метод автоматической подготовки инфраструктуры с использованием кода. Это поможет вам обращаться с серверами, сетью, базой данных и другими ИТ-ресурсами как с программным обеспечением и управлять ими с помощью файлов конфигурации. Таким образом, вы можете мгновенно развертывать ресурсы по запросу, управлять согласованностью конфигурации, устранять дрейфы конфигурации и повышать эффективность разработки программного обеспечения. Это также снижает затраты на разработку программного обеспечения. Terraform и AWS CloudFormation — два самых популярных инструмента Iac.

Выводы
В современном высококонкурентном мире программного обеспечения недостаточно создавать качественные продукты и услуги, чтобы завоевать доверие клиентов. То, как вы предоставляете продукты и услуги своим клиентам, имеет наибольшее значение. Веб-приложения помогут вам в этом. Таким образом, организациям необходимо создавать и развертывать высокооптимизированные веб-приложения, которые экономически эффективно обеспечивают скорость и производительность, а также превосходный пользовательский интерфейс/UX для клиентов. Здесь крайне важно разработать правильную архитектуру веб-приложения.