itmo_conspects

Web-разработка: Backend

Лекция 1. Введение

Как ранее обсуждалось на курсе фронтенд-разработки, сейчас документный обмен через сеть Интернет преимущественно с помощью веб-технологий

Так браузер на компьютере клиента, используя URL, посылает запрос по HTTP-протоколу на сервер, который отвечает набором файлов, которые задает веб-страницу с помощью языков HTML, CSS и JavaScript

Все ресурсы веб-сайтов делятся на два типа:

Работа веб-сети основана на пяти ключевых стандартах:

  1. URL - способ задания адресов ресурсов сети
  2. HTTP - протокол взаимодействия между клиентами и серверами
  3. HTML - язык описания гипертекстовых документов
  4. CSS - язык форматирования гипертекстовых документов
  5. JavaScript - язык описания программ, выполняемых на стороне клиента

Протокол HTTP (HyperText Transfer Protocol, Протокол передачи гипертекста) является ключевым участником взаимодействия всех участников веб-сети

Протокол HTTP:

Веб-серверы ещё называют HTTP-серверами, браузеры - HTTP-клиентами, но клиентами могут быть и другие программы: прокси-серверы, поисковые агенты и тому подобное

HTTP работает по принципу запрос-ответ (Request-Response): клиент отправляет запрос, сервер возвращает ответ

HTTP-запрос имеет такую структуру:

МЕТОД /[имя-ресурса][?параметры-запроса] HTTP/номер-версии
Имя-заголовка-1: значение
Имя-заголовка-2: значение

[тело запроса, может отсутствовать]

Здесь:

Пример запроса (здесь разрывы строки обозначены \r\n):

GET / HTTP/1.1\r\n
Host: httpforever.com\r\n
Connection: keep-alive\r\n
Upgrade-Insecure-Requests: 1\r\n
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/145.0.0.0 Safari/537.36 Edg/145.0.0.0\r\n
Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,image/avif,image/webp,image/apng,*/*;q=0.8,application/signed-exchange;v=b3;q=0.7\r\n
Accept-Encoding: gzip, deflate\r\n
Accept-Language: ru\r\n
\r\n

Запрос пишется в текстовом формате, причем конец блока заголовков обозначается последовательностью \r\n\r\n. Запрос также содержит информацию о клиенте - его операционную систему (здесь это 64-битная Windows 10/11), его браузер (здесь это Microsoft Edge на базе Chromium), движок рендера (здесь это AppleWebKit), и принимаемые кодировки (например, можно заархивировать контент), форматы документов и язык контента

Некоторые строки пишутся для соблюдения совместимости. Например, Mozilla/5.0 отправляется потому, что серверы отдавали расширенный контент только браузерам Mozilla

HTTP-ответ выглядит так:

HTTP/1.1 200 OK\r\n
Server: nginx/1.18.0 (Ubuntu)\r\n
Date: Sun, 08 Mar 2026 15:13:19 GMT\r\n
Content-Type: text/html\r\n
Last-Modified: Wed, 22 Mar 2023 14:54:48 GMT\r\n
Transfer-Encoding: chunked\r\n
Connection: keep-alive\r\n
ETag: W/"641b16b8-1404"\r\n
Referrer-Policy: strict-origin-when-cross-origin\r\n
X-Content-Type-Options: nosniff\r\n
Feature-Policy: accelerometer 'none'; camera 'none'; geolocation 'none'; gyroscope 'none'; magnetometer 'none'; microphone 'none'; payment 'none'; usb 'none'\r\n
Content-Security-Policy: default-src 'self'; script-src cdnjs.cloudflare.com 'self' 'report-sha256'; style-src cdnjs.cloudflare.com 'self' fonts.googleapis.com 'unsafe-inline'; font-src fonts.googleapis.com fonts.gstatic.com cdnjs.cloudflare.com; frame-ancestors 'none'; report-uri https://scotthelme.report-uri.com/r/d/csp/enforce
Content-Encoding: gzip\r\n
\r\n
[[HTML-документ]]

Здесь содержится информация о типе контента, сервере (nginx/1.18.0 (Ubuntu)), нужных для сайту разрешений браузера (например, геолокация - geolocation 'none')

Первая строка HTTP-ответа содержит трёхзначный код состояния, который сообщает клиенту о результате обработки запроса. Коды делятся на пять категорий:

Помимо информации в URL и теле запроса также есть заголовки - метаданные HTTP-сообщений. Они позволяют управлять сессиями, кэшированием, аутентификацией и авторизацией. Заголовки делятся на четыре группы:

Для работы веб-приложения нужен веб-сервер - серверная программа, работающая в фоновом режиме, которая принимает HTTP-запросы от клиентов и возвращает HTTP-ответы (обычно HTML-документы)

Современные веб-серверы состоят из модулей, каждый из которых отвечает за свою задачу:

  1. Модуль разрешения запроса (или роутер, Router)
    • Определяет тип контента: статический или динамический
    • Преобразует URL-адрес в реальный путь в файловой системе
    • Проверяет аутентификацию для защищённых ресурсов
  2. Модуль обработки запроса
    • Обрабатывает статический контент (отдаёт файлы напрямую)
    • Обрабатывает динамический контент (передаёт запрос на выполнение приложению)
    • Управляет состоянием сеанса, очередями, кэшем
  3. Модуль формирования HTTP-ответа
    • Формирует заголовки ответа
    • Объединяет заголовки с результатом обработки
    • Передаёт ответ клиенту

Важно, что HTTP не поддерживает состояние сеанса. Вся информация о запросе содержится только в самом запросе (заголовках и теле)

Веб-сервер, как программе, нужно оборудование, на котором он будет работать. В качестве такого оборудования, где веб-сервер может хоститься (от host) могут выступать:

Рассмотрим платформу Render, основанную в 2018 году. Render позиционируется как современная замена Heroku и поддерживает Node.js, Python, Go, Ruby, Java, PHP и другие языки

Render используется для:

Приложения запускаются в изолированных контейнерах, при этом одно приложение может использоваться несколькими контейнерами, что обеспечивает лёгкое масштабирование

Лекция 2. Подходы к разработке веб-приложений

Все подходы к разработке веб-приложений можно разделить на 3 категории:

Программные подходы

Программные подходы состояли в создании программой на универсальном языке высокого уровня (или скрипта, который исполнялся с помощью интерпретатора)

Для этого разметка HTML и другие конструкции форматирования встраивались прямо в логику работы программы с помощью операторов вывода

Такой подход ограничивал возможность дизайнерам вносить изменения в оформление или расположение элементов, так как им пришлось открывать исходный код, знать язык программирования и другие инструменты (или помощь программиста🧑‍💻)

С помощью такого подхода можно динамически формировать содержимое страницы на HTTP-запрос. Первой такой технологией, которая позволила независимо от типа веб-сервера, была Common Gateway Interface (CGI, не путать с Computer-generated imagery), определявшая набор правил для программы, чтобы она могла выполняться для разных ОС и HTTP-серверов

Технология работала так:

  1. При поступлении HTTP-запроса определялась, какая программа должна быть запущена (чтобы обеспечивать доступ к разным ресурсам)
  2. Запускался новый процесс этой программы, переменные окружения которой содержали параметры HTTP-запроса
  3. Запускалась функция main(), которая в стандартный поток вывода выводила HTML-страницу

Выглядела она так:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int main() {
    // Получение переменных окружения
    char *method = getenv("REQUEST_METHOD");
    char *query  = getenv("QUERY_STRING");     // данные запроса

    // HTTP-заголовок
    printf("Content-Type: text/html; charset=utf-8\r\n\r\n");

    printf("<html><body>\n");
    printf("<h1>CGI Example in C</h1>\n");

    // Информация о методе запроса
    printf("<p>Request method: %s</p>\n", method ? method : "unknown");

    // Обработка GET
    if (method && strcmp(method, "GET") == 0 && query) {
        printf("<h2>GET parameters:</h2>\n");
        printf("<pre>%s</pre>\n", query);
    }
    else {
        printf("<p>No data received or unsupported method.</p>\n");
    }

    printf("</body></html>\n");
    return 0;
}

Технология CGI позволяла использовать любой язык программирования (в том числе скриптовые, такие как Python или Perl), но были недостатки:

Следующей попыткой стала технология FastCGI - в ней вместо создания нового процесса появилась возможность использования существующего

Далее для веб-сервера Internet Information Server (IIS) от Microsoft, который поставлялся с операционной системой Windows Server, был разработан интерфейс ISAPI

Этот интерфейс позволял расширить стандартные возможности веб-сервера. ISAPI представлял библиотеку функций, с помощью которой программисты могли создавать веб-приложения в виде DLL-модулей (Dynamic-Link Library), что работало намного быстрее CGI-приложений

ISAPI-расширения могут связываться с вызовом файлов, имеющих специальные расширения или содержащимися в заданных каталогах. Также были фильтры, которые использовались для изменения функциональности сервера ISS

Такие приложения обычно использовали языки С++, Delphi или платформу .NET

Потом компания Sun Microsystems (разработчик Java) создала прикладной интерфейс Java Servlet API, который связывал веб-сервер с JVM. Виртуальная машина отвечала за выполнение сервлетов (компонент расширения функционала) и программы, которая управляла данными

В отличии от ISAPI-расширений сервлеты являются переносимыми между разными серверами, ОС и компьютерными архитектурами. Сервлеты могут исполняться одинаково в любой среде, если в ней был совместимый контейнер сервлетов (такой, как Apache Tomcat)

Подходы, основанных на шаблонах

Подходы на основе шаблонов используют в качестве объектов, доступных по URL, не скрипты, а шаблоны

Шаблоны представляют HTML-страницы, но в которых динамический контент заменен на особые теги. Сервер обрабатывает запрос, исполняет бизнес-логику и решает, что подставить вместо этих особых тегов (например, имя аккаунта или новостную ленту)

Первым таким подход стал Server Side Includes (SSI), которая позволяла встраивать особые инструкции в HTML-код:

<html>
<head><title>hello</title></head>
<body>
    <! -- #exec cgi http://mysite.org/cgi-bin/example.cgi -- >
</body>
</html>

Здесь внутри <body> встраивался контент, полученный CGI-программой

Позднее компания Macromedia (разработчик почившей платформы Flash), выкупила технологию Cold Fusion у компании Allaire Corporation братьев Аллейров

Она использовала в качестве особых тегов теги с приставкой cf:

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
    <title>Пример</title>
</head>
<body>
    <h1>Добро пожаловать!</h1>

    <!--- Получаем параметр name из строки запроса --->
    <cfparam name="url.name" default="гость">

    <p>Привет, <cfoutput>#url.name#</cfoutput>!</p>
</body>
</html>

Далее появился скриптовый язык PHP (рекурсивный акроним от PHP: Hypertext Preprocessor), который мог содержать вставки кода с логикой

<b>
<?php
if ($xyz >= 3) {
    $output = $myHeading;
} else {
    $output = 'DEFAULT HEADING';
}
echo $output;
?>
</b>

Такие вставки обрабатывались препроцессором PHP на стороне сервера

Далее Microsoft разрабатывает Action Server Pages (или ASP), которая объединила шаблоны и доступ к наборам OLE (Object Linking and Embedding - встраивание и линковка объектов) и COM (Component Object Model - модель компонентных объектов). Они уже позволяли получать данные из базы данных по интерфейсу ODBC (Open Database Connectivity)

В отличие от РНР, ASP не связан с одним конкретным скриптовым языком - в качестве стандартного языка используется язык Visual Basic Scripting Edition (VBScript), но может использоваться и JavaScript

Вставки в ASP оформляются в тегах <% ... %>:

<%@ Language=VBScript %>
<html>
<head>
    <title>Пример</title>
</head>
<body>
    <h1>Данные из базы данных (ODBC)</h1>

    <%
    ' Создаём объект Connection
    Dim conn, rs, sql
    Set conn = Server.CreateObject("ADODB.Connection")
    conn.Open "DSN=MyDSN;UID=blablabla;PWD=blablabla67;"

    ' SQL‑запрос
    sql = "SELECT EmployeeID, FirstName, LastName, Title FROM Employees WHERE EmployeeID = 127"

    ' Выполняем запрос, получаем Recordset
    Set rs = conn.Execute(sql)

    If Not rs.EOF Then
        For Each field In rs.Fields
            Response.Write "<p>" & field.Value & "</p>"
        Next
    Else
        Response.Write "<p>Нет записей.</p>"
    End If

    ' Закрываем объекты и освобождаем ресурсы
    rs.Close
    Set rs = Nothing
    conn.Close
    Set conn = Nothing
    %>
</body>
</html>

ASP позволял писать логику и обращение к базе данных прямо в HTML-странице и была встроена в веб-сервер ISS, что делало основным выбором для создания веб-приложения на Windows

SUN в ответ создает Java Server Pages (JSP) для экосистемы Java. Она позволяла встраивать Java-код внутрь HTML-страницы:

<%@ page import="java.io.*" %>
<%! private CustomObject myObject; %>
<h1>My Heading</h1>
<%
    for(int i = 0; i < myObject.getCount(); i++) { %>
        <p>Item #<%= i %> is '<%= myObject.getItem(i) %>' . </p>
<% } %>

Такой код преобразуется в код сервлета, а HTML-разметка - в операторы вывода. Позже появилась возможность использовать JSP-теги, такие как <jsp:useBean> для внедрения зависимостей и <jsp:getProperty> для получения значения свойства

Подходы на основу объектных сред

Потом придумали объектные среды, такие как фреймворки. Фреймворки представляют платформу, определяющую структуру

Фреймворк разделяет программные модули, ответственные за создание контента (непосредственно бизнес-логика), от модулей, который ответственны за показ этого контента в определенном формате

Сейчас есть два подхода:

Шаблон MVC состоит из трех модулей:

MVC

Такое разделение веб-приложения упрощает структуру за счет более строго разделения его уровней

Таким образом, разработчик получает полный контроль над формируемым HTML-документом, и облегчается задача выполнения тестирования приложения

Примерами технологий разработки на основе MVC являются:

Лекция 3. Предметно-ориентированное проектирование

Домен (или предметная область) — это реальная сфера деятельности бизнеса. Модель — это абстракция, которая упрощённо описывает домен, предметы в нем и их взаимоотношений

На этом строится ключевая идея предметно-ориентированного проектирования (Domain-Driven Design, DDD) - приложение должно быть точной моделью реального бизнеса

Такой подход требует дополнительных ресурсов при проектировании архитектуры, однако полученная архитектура получается понятной для разработчиков, которые знакомы с языком домена, и позволяет бизнес-логике не зависеть от технических деталей и реализации

Для начала нужно обеспечить единый, “вездесущий” язык между разработчиками и бизнес-экспертами

Единый язык представляет из себя описание терминов, концептов и того, как бизнес должен работать

Для того, чтобы создать такой язык, для начала нужно посмотреть, как работать бизнес, определить ключевые бизнес-события, команды и процессы, и задокументировать это, используя диаграммы

Иногда домен разделяют и получают ограниченные контексты - четкие границы, внутри которых у модели и понятий единого языка есть точное значение. Так самолет в контексте продажи имеет смысл модели и количество мест в нем; для техобслуживания - это серийный номер и дата последней проверки

Далее из единого языка выделяют сущности - представления вещей в нашей проблемной области

Например, для того, чтобы сделать карту метро, помогающую составить маршрут, нужны сущности:

Сущность обладает некоторыми свойствами:

Сущности - ключевое понятие в предметно-ориентированном дизайне, но чаще всего на уровне кода разработчики оперируют с объектами со значениеми (Value Object). Они:

Также сущности содержат бизнес-логику. Модель, где бизнес-логика содержится в сервисах, а не сущностях, называется анемичной и считается анти-паттерном

Также выделяют агрегат - группу сущностей и объектов со значениями, которая должна оставаться последовательно при сохранении

Далее идут сервисы - представления бизнес-процессов в предметной области. Сервис представляют поведения сущностей, у них нет внутреннего состояния, и чаще всего они соединяют множество объектов

Для сохранения состояния сущностей используют:

Также используют репозиторий для связи с агрегатом

Далее идет прикладной слой, который включает прикладные сервисы - они координируют управлением, то есть вызывают репозитории, запускают доменные сервисы, управляют транзакциями

За ним идет инфраструктурный слой. Инфраструктурные сервисы не содержат бизнес-логики, а только базовые инструменты для поддержания инфраструктуры (например, сервис для отправки сообщения по электронной почте)

This site is open source. Improve this page.