19 Serviceorientierte Architektur 19.0 Einführung Lernziele Grundbegriffe 19.1 Services als wiederverwendbare Komponenten Spezifikation mit WSDL 19.2 Service-Engineering Ermittlung von Servicekandidaten Entwerfen von Serviceschnittstellen Implementierung und Bereitstellung der Services Services für Altsysteme 19.3 Software-Entwicklung mit Services Entwurf und Implementierung des Workflows Testen von Services

19.0 Lernziele die Grundbegriffe von Webservices, Webservice-standards und serverorientierter Architektur verstehen den serviceorientierten Engineering-Prozess für wiederverwendbare Webservices kennen Servicekomposition als Mittel der serviceorientierten Anwendungsentwicklung kennen wissen, wie Geschäftsprozessmodelle als Grundlage für den Entwurf serviceorientierter Systeme eingesetzt werden

19.0 Service Definition Wesentliche Merkmale “an act or performance offered by one party to another. Although the process may be tied to a physical product, the performance is essentially intangible and does not normally result in ownership of any of the factors of production” Wesentliche Merkmale Bereitstellung unabhängig von der Anwendung Serviceanbieter entwickeln spezifische Services Vielzahl von Benutzern von verschiedenen Anwendern

19.0 Serviceorientierte Architekturen Methode zur Entwicklung verteilter Systeme Services als eigenständige Komponenten Ausführung auf geografisch verteilten Rechnern verschiedener Anbieter Standards für Kommunikation und Datenaustausch SOAP: Nachrichtenaustausch WSDL: Definition von Serviceschnittstellen WS-BPEL: Standard für Workflow-Sprachen zur Definition der Komposition von Services Vorteile der SOA Services lokal oder extern (Outsourcing) Services sprachunabhängig Einbindung von Altsystemen möglich Anwender übergreifende Systeme möglich

19.0 Serviceorientierte Architektur Registrierung veröffentlichen suchen Service- Anforderer Service- Anbieter Service (WSDL) binden (SOAP)

19.0 Standards für Webservices XML-Technologien (XML, XSD, XSLT, ...) Unterstützung (WS-Security, WS-Adressing, ...) Prozess (WS-BPEL) Servicedefinition (WSDL, UDDI) Nachrichtenaustausch (SOAP) Transport (HTTP, HTTPS, SMTP, ...)

19.0 REST-konforme (RESTful) Webservices Webservicestandards „schwergewichtig“ zu allgemein, zu ineffizient REST (REpresentational State Transfer) Übertragung von Ressourcenrepräsentationen von Server zu Client RESTful Webservices geringerer Verwaltungsaufwand Identifikation durch URI nur HTML-Methoden GET, PUT, POST, DELETE Ersatz für SOAP/WSDL wenn keine externen Services nötig keine Unterstützung für WS-Reliability, WS-Transactions etc.

19.0 Serviceorientiertes Software-Engineering neues Paradigma Cloud-Computing Dienstanbieter (Hosting) vorhandene Infrastruktur (Internet) zwei Ansätze des Software-Engineering Service-Engineering Entwicklung verlässlicher wiederverwendbarer Dienste Entwicklung für Wiederverwendbarkeit Softwareentwicklung mit Services Entwicklung verlässlicher Software mit Services als Basiskomponenten Entwicklung mit Wiederverwendung

19.1 Services als wiederverwendbare Komponenten Definition A loosely-coupled, reusable software component that encapsulates discrete functionality which may be distributed and programmatically accessed. A web service is a service that is accessed using standard Internet and XML-based protocols Weiterentwicklung der kombinierbaren Komponenten unabhängig keine „Benötigt“-Schnittstelle Kommunikation über Nachrichten Nutzung von Internetprotokollen

19.1 Web Service Description Language WSDL Service-Beschreibung durch WSDL What: Welche Operationen unterstützt der Service? How: Wie wird der Service aufgerufen? Where: Wo ist der Service zu finden? Struktur einer Beschreibung Einleitung XML-Namensraumdeklarationen Abstrakte Schnittstelle Deklarationen der in den Nachrichten verwendeten Typen Beschreibung der bereitgestellten Operationen Beschreibung der Ein- und Ausgabenachrichten Konkrete Implementierung Angabe des Protokolls (Bindung), in der Regel SOAP Speicherort (Endpunkt), angegeben durch URI

19.1 Auszug einer WSDL-Beschreibung (1) Define some of the types used. Assume that the namespace prefixes ‘ws’ refers to the namespace URI for XML schemas and the namespace prefix associated with this definition is weathns. <types> <xs: schema targetNameSpace = “http://.../weathns” xmlns: weathns = “http://…/weathns” > <xs:element name = “PlaceAndDate” type = “pdrec” /> <xs:element name = “MaxMinTemp” type = “mmtrec” /> <xs: element name = “InDataFault” type = “errmess” /> <xs: complexType name = “pdrec” <xs: sequence> <xs:element name = “town” type = “xs:string”/> <xs:element name = “country” type = “xs:string”/> <xs:element name = “day” type = “xs:date” /> </xs:complexType> Definitions of MaxMinType and InDataFault here </schema> </types>

19.1 Auszug einer WSDL-Beschreibung (2) Now define the interface and its operations. In this case, there is only a single operation to return maximum and minimum temperatures. <interface name = “weatherInfo” > <operation name = “getMaxMinTemps” pattern = “wsdlns: in-out”> <input messageLabel = “In” element = “weathns: PlaceAndDate” /> <output messageLabel = “Out” element = “weathns:MaxMinTemp” /> <outfault messageLabel = “Out” element = “weathns:InDataFault” /> </operation> </interface> Nachteile der WSDL-Beschreibung keine Beschreibung der Semantik keine Beschreibung der nichtfunktionalen Eigenschaften

19.2 Service-Engineering Entwicklung von Services zur Wiederverwendung in serviceorientierten Anwendungen Service als wiederverwendbare Abstraktion, die in verschiedenen Systemkontexten genutzt werden kann Service stabil und zuverlässig mit allgemein nützlicher Funktionalität Service so dokumentiert, dass Nutzer ihn finden und verstehen können

19.2 Vorgehen beim Service-Engineering Ermittlung von Servicekandidaten Identifizierung zu implementierender Dienste Ergebnis: Anforderungsdefinitionen für den Service Serviceentwurf Entwurf der Schnittstelle Ergebnis: Spezifikation der Schnittstelle in WSDL Serviceimplementierung Implementation und Test Ergebnis: validierter Service Bereitstellung Ergebnis: bereitgestellter validierter Service

19.2.1 Ermittlung von Servicekandidaten Services sollen Geschäftsprozesse unterstützen Ermittlung von Servicekandidaten erfordert Analyse und Verständnis der Geschäftsprozesse wiederverwendbare Services zur Unterstützung der Prozesse Arten von Services Hilfsservices allgemeine Funktionalität für verschiedene Geschäftsprozesse Geschäftsservices verknüpft mit einer bestimmten Geschäftsfunktion Koordinations- / Prozessservices unterstützen zusammengesetzte Prozesse mit verschiedenen Handelnden und Tätigkeiten

19.2.1 Ermittlung von Servicekandidaten Typen von Services aufgabenorientiert (auftragsorientiert) verknüpft mit einer Tätigkeit Hilfsservices, Geschäftsservices, Koordinationsservices objektorientiert (entitätsorientiert) verknüpft mit einem Geschäftsobjekt Hilfsservices, Geschäftsservices Hilfsservices Geschäftsservices Koordinationsservices Aufgabe (Auftrag) Währungsumrechner Arbeitskräftevermittlung Validieren von Antragsformularen Überprüfen des Kreditrahmens Verarbeiten von Spesenabrechnungen Bezahlung externer Zulieferer Objekt (Entität) Dokumentformatprüfung Webformular/ XML-Konverter Spesenformular Immatrikulationsantrag

19.2.1 Leitfragen zur Ermittlung von Kandidaten Ist der Service mit einem einzigen logischen Objekt verknüpft, das in unterschiedlichen Geschäftsprozessen verwendet wird? Ist der Service mit einer Aufgabe verknüpft, die von verschiedenen Personen in der Organisation ausgeführt wird? Wird dann die nötige Standardisierung akzeptiert? Ist der Service unabhängig? Benötigt er andere Services? Muss der Service für seinen Betrieb einen Zustand verwalten? Ist eine Datenbank nötig? Könnte der Service von Clients außerhalb der Organisation benutzt werden? Gibt es interne und externe Benutzer? Stellen unterschiedliche Benutzer unterschiedliche nicht-funktionale Anforderungen? Sind dazu verschiedene Versionen erforderlich?

19.2.1 Szenario: Katalogservice Anbieter von Computerausrüstung stellt Katalog zur Verfügung, der die angebotenen kundenspezifischen Systemzusammenstellungen mit den kundenspezifischen Preisen enthält Bestellungen laufen davon getrennt über Beschaffungssysteme Funktionale Anforderungen Kundenspezifische Version Herunterladbar zum Offline-Blättern Vergleich von Spezifikation und Preis von bis zu vier Artikeln Blätter- und Suchfunktionen Reservierungen für 48 Stunden, in denen bestellt werden muss Nichtfunktionale Anforderungen Zugriff nur für Mitarbeiter berechtigter Kunden kundenspezifische Zusammenstellungen und Preise vertraulich von 7 bis 23 Uhr verfügbar Verarbeitung von bis zu zehn Anforderungen pro Sekunde

19.2.2 Entwerfen von Serviceschnittstellen Logischer Schnittstellenentwurf Festlegung der Anforderungen Definition der Operationen, ihrer Parameter und Ausnahmen Nachrichtenentwurf Festlegung der Struktur der empfangenen und gesendeten Nachrichten (z.B. in UML) Minimierung der Anzahl der Nachrichten zur kompletten Ausführung des Service bei servicespezifischen Anwendungszuständen Zustandsinformationen in die Nachrichten aufnehmen Beschreibung mit WSDL

19.2.2 Szenario: Operationen des Katalogservice Beschreibung ErstelleKatalog erstellt spezifische Version des Katalogs für bestimmten Kunden optionaler Parameter für Generierung eines PDF zum Download Vergleiche stellt Vergleich von bis zu sechs Merkmalen für bis zu vier Artikel dar Zeige zeigt alle Daten zu einem Artikel an Suche durchsucht den Katalog anhand eines logischen Ausdrucks gibt eine Liste aller passenden Artikel aus GibDatum gibt das voraussichtliche Lieferdatum für einen Artikel Reserviere reserviert die Artikel, die der Kunde bestellen will liefert Artikelinformation für das Bestellsystem des Kunden

19.2.2 Szenario: Entwurf der Katalogschnittstelle Operation Eingaben Ausgaben Ausnahmen ErstelleKatalog ekEin: UnternehmensID PDFFlag ekAus: URL des Katalogs ekFehl: ungültige UnternehmensID Vergleiche vgEin: Artikelattribut (bis zu 6) Artikelnummer (bis zu 4) vgAus: URL der Tabelle vgFehl: ungültige Artikelnummer unbekanntes Attribut Zeige zgEin: Artikelnummer zgAus: URL der Seite zgFehl: Suche suEin: Suchstring suAus: URL der Liste suFehl: fehlerhafter Suchstring

19.2.2 Szenario: Entwurf der Katalogschnittstelle Operation Eingaben Ausgaben Ausnahmen GibDatum gdEin: UnternehmensID Artikelnummer Anzahl gdAus: Lieferdatum gdFehl: ungültige UnternehmensID ungültige Artikelnummer Artikel nicht verfügbar Anzahl = 0 Reserviere rvEin: rvAus: Stückpreis Gesamtpreis rvFehl:

19.2.2 Szenario: UML Definition der Nachrichten gdEin uID: String artNum: integer anz: integer size (uID) = 8 size (artNum) = 10 anz > 0 gdAus artNum: integer liefDat: Date size (artNum) = 10 liefDat > Today() fehlNum = 1: uID ungültig 2: artNum ungültig 3: anz<=0 4: Artikel nicht verfügbar gdFehl fehlNum: integer

19.2.3 Implementierung und Bereitstellung Programmierung Nutzung üblicher Programmiersprachen und Bibliotheken gesamter Service oder Schnittstelle für vorhandene Komponente oder Altsystem Testen formal mit Testwerkzeugen für WSDL-Spezifikation funktional durch gültige Eingabenachrichten Ausnahmebehandlung durch ungültige Eingabenachrichten Bereitstellen Installation auf Webserver Veröffentlichung der Servicebeschreibung für potentielle Nutzer

19.2.3 Servicebeschreibung Information über den Serviceanbieter Angaben über das Unternehmen Kontaktdaten wichtig für Vertrauen in den Service Informelle Beschreibung der Funktionalität wichtig zur Beurteilung des Nutzens in natürlicher Sprache Detaillierte Beschreibung der Schnittstelle Syntax und Semantik formale Beschreibung z.B. WSDL Registrierungsmöglichkeit Benachrichtigung bei Aktualisierungen

19.2.4 Services an Altsystemen Einbindung von Altsystemen in neue Anwendungen Nutzung vorhandener Funktionalität Reduzierung von Entwicklungskosten Services als Hülle für das Altsystem Funktionalität geeignet aufteilen auf verschiedene Services Nutzung der vorhandenen Funktionalität vollständig über Web-Schnittstelle auch durch externe Anwendungen möglich

19.3 Softwareentwicklung mit Services Kombination und Konfigurierung von Services zu neuen zusammengesetzten Services und Anwendungen Softwareentwurf mit Wiederverwendung (Komposition) Verfügbarkeit der Services muss gewährleistet sein Workflow als Basis der Kombination Workflow als Sequenz von Aktivitäten, die zusammen einen Geschäftsprozess darstellen Ergebnisse einer Aktivität können zu Eingaben einer nachfolgenden Aktivität werden Ergebnisse einer Aktivität können zur Rückgängigmachung einer vorangehenden Aktivität führen (Kompensationsaktion) Beispiel: Urlaubspaket mit Flugbuchung, Hotelbuchung, Mietwagenbuchung etc.

19.3 Serviceerstellung durch Komposition (1) Workflow- Skizze formulieren Services suchen Services auswählen Workflow verfeinern Workflow- Programm schreiben Service testen Workflow- Entwurf Serviceliste Service-spezifikation Workflow- Entwurf ausführbarer Workflow bereitzustel- lender Service

19.3 Serviceerstellung durch Komposition (2) Workflow-Skizze formulieren „idealer“ abstrakter Entwurf anhand der Anforderungen an den zusamengesetzten Service Services suchen Registrierungen und Kataloge durchsuchen: angebotene Services Anbieter Details der Bereitstellung Mögliche Services auswählen nach Funktionalität nach Kosten nach Qualität

19.3 Serviceerstellung durch Komposition (3) Workflow verfeinern Präzisierung der bisher abstrakten Beschreibung ggf. Aktivitäten hinzufügen oder streichen ggf. zurück zur Suche gehen Workflow-Programm schreiben Schnittstelle des kombinierten Service definieren (WSDL) Programm schreiben in konventioneller Programmiersprache (z.B. Java oder C#) in spezieller Workflow-Sprache (z.B. WS-BPEL) Fertigen Service / fertige Anwendung testen komplexer als Komponententests

19.3.1 Entwurf und Implementierung von Workflows Analyse der Geschäftsprozesse Aktivitäten Informationsaustausch Spezifikation mit formaler Notation UML-Aktivitätsdiagramme BPMN (Business Process Model and Notation) Implementieren der nicht verfügbaren Services Java und C# unterstützen Zusammenstellung von Webservices Erzeugen der ausführbaren Version des Workflows automatische Übersetzung von BPMN in WS-BPEL-Code

19.3.1 BPMN Aktivitäten Ereignisse Gateways Abfolge von Aktivitäten ausgeführt durch Mensch oder Service dargestellt durch abgerundete Rechtecke Ereignisse treten während des Geschäftsprozesses ein dargestellt durch Kreise Gateways Verzweigungen / Entscheidungen oder Zusammenführung dargestellt durch Rauten Abfolge von Aktivitäten dargestellt durch durchgezogene Pfeile Nachrichtenfluss dargestellt durch gestrichelte Pfeile

19.3.1 Beispiel eines Workflows in BPMN erneut versuchen abbrechen hotels. keineVerfuegbarkeit keine Zimmer frei hotels. holeVorgaben hotels. ueberpruefeVerfuegbarkeit hotels. reserviereZimmer Zimmer OK hotels. bestaetigeReservierung Kunde

19.3.1 Interagierende Workflows in BPMN

19.3.2 Testen von Services (1) externe Services kein Zugriff auf den Quellcode Verifikation nicht möglich viele übliche Testverfahren nicht möglich jederzeit Modifikationen durch Anbieter möglich vorhandene Testergebnisse verlieren ihre Gültigkeit dynamisch gebundene Services Tests unter allen möglichen Bindungen erforderlich kostenpflichtige Services Kosten beim Testen möglicherweise Abonnement vor Test erforderlich

19.3.2 Testen von Services (2) nichtfunktionales Verhalten prinzipiell Tests unter verschiedener Last nötig – aber wie? Kompensationsaktionen oft bei Ausfall eines Service schwer zu testen / zu simulieren