Web-palveluiden alusta Axis2 Aki Heikkinen Ohjaaja: Raimo Rask Itä-Suomen yliopisto, Tietojenkäsittelytieteen laitos Suullisen esittämisen seminaarin kirjallinen tukimateriaali 15. helmikuuta 2010 Tiivistelmä Web-palvelut ovat uuden sukupolven kommunikaatiototeutuksia kahden järjestelmän välillä hajautetuissa järjestelmissä. Web-palveluiden suosio erityisesti liikeyritystasolla on ollut viime vuosina suuressa kasvussa, jonka johdosta web-palveluilta odotetaan paljon. Apache Software Foundationin julkaisema Axis2 webpalvelukehys tarjoaa joustavan ja modulaarisen tavan toteuttaa nopeasti vakaita ja tehokkaita web-palveluita. Sen vahvuudet ovat käyttäjäystävällisyys, monipuolisuus ja myöskin kustannustehokkuus, sillä se on avoimen lähdekoodin web-palvelukehys. ACM-luokat (ACM Computing Classification System, 1998 version): D.2.2, D.2.3, D.2.11 Avainsanat: Web-palvelu, Apache, Axis2 1 Johdanto Nykypäivän tietokonejärjestelmät ovat usein hajautettuja ja järjestelmien välinen kommunikaatio voi yleensä olla vaikeaa ja työlästä toteuttaa. Web-palvelut ovat joustava ratkaisu kommunikaation toteuttamiseen hajautetuissa järjestelmissä. Apache Software Foundationin julkaisema Axis2 on modulaarinen ja helposti laajennettava web-palvelukehys, joka avulla voi tuottaa tehokkaita ja laadukaita nykypäivän standardien vaatimia web-palveluita (Apache Software Foundation, 2009). 2 Web-palvelut Web-palvelut ovat pohjimmiltaan palvelukeskeisen arkkitehtuurin (Service Oriented Architecture, SOA) toteutuksia (Jayasinghe, 2008). Niissä toiminnallisuus ja tarjotut palvelut ovat itsenäisiä sovelluksia, jotka on yhdistetty toisiinsa standardisoitujen ja hyvin määriteltyjen rajapintojen avulla. Web-palveluiden vahvuus muiden www-kommunikaatiokehyksien rinnalla on se, että se hoitaa kommunikoinnin modulaarisesti kahden järjestelmän välillä käyttäen webin standardeja protokollia datan kuljettamiseen sekä XML-pohjaista representaatiota informaation esittämiseen (Jayasinghe, 2008). 2.1 Web-palvelumalli Web-palvelumalli sisältää kolmenlaisia toimijoita (Jayasinghe, 2008): palveluntarjoajia, välittäjiä ja tilaaja (katso liite 1). Kullakin toimijalla on oma rooli web-palvelumallissa. Palveluntarjoaja on yleensä jokin organisaa- 1
tio, joka tarjoaa palveluja. Palveluntarjoajan tehtäviä ovat muun muassa palveluiden luominen, julkaiseminen, ylläpitäminen ja poistaminen tarpeen tullen. Palvelunvälittäjä ylläpitää palveluntarjoajan julkaisemia palvelukuvauksia (WSDL-tiedostoina). Palveluiden tilaajat selaavat välittäjän ylläpitämiä kuvauksia hakiessa haluamaansa palvelua. Palveluntilaaja on asiakas, joka hakee ja käyttää palveluntarjoajan palveluja. Tilaaja voi olla joko järjestelmän käyttäjä tai sovelluksen aliohjelma. Kun tilaaja haluaa käyttää palveluntarjoajan palveluita, se hakee palvelunvälittäjän ja lukee välittäjän tarjoaman WSDL-tiedoston. WSDL-tiedostosta tilaaja voi määrittää, mitkä toiminnallisuudet on saatavilla sekä millä tavalla tilaaja voi suorittaa sidonnon palveluntarjoajaan, jonka jälkeen se voi kutsua haluttua palvelua. 2.2 Web-palveluiden standardit Web-palveluiden standardit ovat jatkuvassa kehityksessä, mutta niiden joukkoon mahtuu myös muutama kulmakivi, jotka esitellään seuraanana. SOAP: SOAP (Simple Object Access Protocol) on kevyt viestintäprotokolla, joka on tarkoitettu rakenteisten tietojen vaihtoon hajautetussa ympäristössä (The World Wide Web Consortium, 2007). SOAP käyttää XML-teknologiaa määritääkseen laajennettavan viestintäkehyksen, joka kattaa viestirakenteet. Viestinnän aikana SOAP-viestirakenteet voivat muuttua eri protokollan kerroksissa. WSDL: WSDL (Web Services Description Language) on XML-pohjainen kieli ja sen tarkoitus on kuvata web-palveluiden informaatio (The World Wide Web Consortium, 2001). WSDL-tiedosto sisältää tiedon webpalvelun tarjoamista toiminnallisuuksista, niiden sijainneista ja palveluntarjoajan sidontatiedoista. Näiden lisäksi esimerkiksi palveluiden tarjoamat erikoiset tietotyypit on upotettu WSDL-tiedostoihin XML-skeeman muodossa. 3 Axis2 Axis2 on rakennettu modulaarista arkkitehtuuria käyttäen ja se koostuu ydinmoduuleista, jotka ovat välttämättömiä toiminnallisuuden (Jayasinghe, 2008). Ydinmoduulien lisäksi Axis2 sisältää myös lisämoduuleja, joiden avulla toiminnallisuutta voidaan joustavasti laajentaa tarpeen mukaan. 3.1 Moduulit Axis2:den ydinmoduuleja ovat: XML-käsittelymalli: XML-käsittelymoduuli koostuu AXIS-oliomallista (AXIOM) ja sen toteutuksesta, joka kattaa perusteet SOAP-viestien tiedonesitykseen ja sen käsittelyyn. SOAP-käsittelymalli: SOAP-viestien lähetys ja vastaanotto ovat kaksi tärkeintä toiminnallisuutta webpalveluissa. Näitä varten Axis2 tarjoaa kaksi putkea (Flows), joista toinen viestien lähetystä varten (OutFlow) ja toinen viestien vastaanottoa varten (InFlow). Kahden pääputken lisäksi Axis2:ssa on vielä kaksi muuta putkea, jotka on tarkoitettu virheviestien lähetystä ja vastaanottoa varten. Putkien idea on se, että jokainen järjestelmään saapuva tai lähtevä viesti kulkee putken läpi, joka voi sisältää erilaisia viestinkäsittelijöitä (handlers), jotka muokkaavat ja tarkastavat viestiä tarpeentullen. Informaatiomalli: Axis2:n informaatiomalli koostuu kahdesta oliohierarkiasta: kuvauksesta ja kontekstista. Kuvaushierarkia sisältää staattista dataa, joka tulevat konfiguraatiotiedostoista. Kontekstihierarkia sisältää ajonaikaisen datan ja sen tila yleensä muuttuu aina, kun se saa viestejä. Kehitys- ja käyttöönottomalli: Tämä moduuli tarjoaa muun muassa Axis2 web-palveluilla J2EE-tapaisen levitysmekanismiin, jossa palveluiden kehittäjät voivat koota kaikki yhden palvelun tarvittavat resurssit yhteen ja samaan arkistotiedostoon. Koottu arkistotiedosto voidaan tämän jälkeen siirtää palvelukoneelle käytettäväksi. 2
Asiakas-ohjelmointirajapinta: Asiakas-ohjelmointirajapintamoduulia käytetään ottamaan yhteyttä ja viestittämään palveluntilaajalta palveluntarjoajaan. Kuljetus: Kuljetusmoduuli tarjoaa laajan tuen erilaisille kuljetusprotokollille. 3.2 Axis-oliomalli Axis-oliomalli on tehokas vaihtoehto jäsentää XML-informaatiota muiden XML-jäsentäjien (esimerkiksi DOM, JDOM ja SAX) ohella. Axis-oliomalli tunnetaan myös nimellä AXIOM (AXis Object Model) (Jayasinghe, 2008). AXIOM perustuu JSR-173 standardin mukaan toteutettuun StAX-pyyntöjäsennin (Pull Parsing) ohjelmointirajapintaan ja sen vahvuudet muihin XML-jäsentimiin nähden on sen kevyt rakenne sekä pyyntöjäsennysparadigma. Pyyntöjäsennysparadigma tarkoittaa vaihtoehtoista tapaa toteuttaa jäsennyksien käsittely. Yleisemmässä tarjontajäsennysparadigmassa (Push Parsing), jota käytetään muun muassa DOM- ja SAX-jäsentimissä, jäsennyksenhallinta on täysin jäsentimellä itsellään, jolloin yleensä koko XML-dokumentti tulee jäsentää, sillä jäsennin ei tiedä, mitkä XML-dokumenttin osat ovat oleellisia ja mitkä eivät. Pyyntöjäsennysparadigmassa jäsennyksenhallinta on jäsentäjän käyttäjälle, esimerkiksi toisella aliohjelmalla. Tällöin jäsentäjän käyttäjä voi itse valita, mitkä osat XML-dokumentista tarvitsee jäsentää. Pyyntöjäsennys on täten tehokaampi ja muistia säästävä ratkaisumalli, mikäli jäsennettävä XML-dokumentti on valtavan kokoinen ja se sisältää paljon informaatiota, joka ei ole oleellista jatkotoiminnan kannalta. 3.3 Putket ja toteutusketju Kaikki viestit, jotka vastaanotetaan tai lähetetään Axis2:ssa, kulkevat määrätyn putken läpi, jolloin ne kohtaavat monia peräkkäisiä prosesseja, jotka niiden tulee läpäistä (Jayasinghe, 2008). Näitä yksittäisiä prosesseja kutsutaan käsittelijöiksi (handler) ja niistä muodostunutta peräkkäistä käsittelijäjoukkoa kutsutaan toteutusketjuksi. Toteutusketjun tarkoitus on mahdollistaa muun muassa viestien luotettavuus ja turvallisuus sekä laajentaa viestejä tarpeen mukaan. Käsittelijä: Käsittelijät ovat tilattomia ajureita, jotka suorittavat sille omistetun tehtävän viestiä varten, kun viesti saapuu toteutusketjua pitkin kyseiselle käsittelijälle (Jayasinghe, 2008). Yleensä kukin käsittelijä tarkastelee SOAP-viestin otsikkotietoja, jolloin se joko lukee, lisää tai poistaa otsikkotietoja. Käsittelijät pystyvät myös vaikuttamaan SOAP-viestin runkoon. Kukin käsittelijä pystyy myös tarvittaessa keskeyttämään tai tilapäisesti pysäyttämään toteutusketjun. Vaihe: Vaiheilla tarkoitetaan dynaamista käsittelijöiden järjestystä toteutusketjussa (Jayasinghe, 2008). Kun vaihetta kutsutaan, se kutsuu peräkkäin vaiheen kattamia käsittelijöitä. Vaiheet voivat olla joko globaaleja tai operatiiviisa. Globaaleja vaiheita kutsutaan aina, kun viesti tulee järjestelmään, kun taas operatiivisia vaiheita kutsutaan vain erikoistapauksissa, kun niitä tarvitaan. 3.4 Informaatiomalli Axis2:n joustavuus ja laajennettavuus pohjautuu sen informaatiomalliin, jossa sen logiikka ja data pidetään erillisinä toisistaan jaettuna kahteen oliohierarkiaan (Jayasinghe, 2008): staattiseen (logiikka) ja dynaamiseen (ajonaikainen kontekstidata). Axis2:n staattinen data on tallennettuja järjestelmäasetuksia, jotka pysyät ajonaikana muuttumattomina, kun taas dynaaminen data muuttuu aina, kun järjestelmä saa viestin käsiteltäväksi. Katso liite 2. Staattinen data: Staattisen datan hierarkia koostuu viidestä tasosta, jotka kukin voivat sisältää omat optiomääritykset (Jayasinghe, 2008). Tilanteen mukaan eri optiomääritykset voidaan ylikirjoittaa, jos ne muuttuvat alemmilla hierarkian tasolla. Konfiguraatiotaso on staattisen hierarkian ylin taso ja sen sisältö koostuu muun muassa: käyttöönottokonfiguraatiodatan määrityksistä, kuljetuksen lähettäjien ja vastaanottajien määrityksistä, toteutusketjun ja vaiheiden 3
määrityksistä, viestien muotoilijoiden ja rakentajien määritykisistä sekä muut parametrimäärityksistä. Korkeimman tason hierarkian alemmat tasot tunnetaan myös palveluiden kuvaushierarkioina. Kukin hierarkian taso voi määrittää optioita, jotka kuuluvat sen ylemmän tason hierarkiaan, joiden lisäksi kullakin tasolla on omia optiomahdollisuuksia. Palvelujoukkotasolla voidaan määrittää optioita, jotka pätevät kaikiin palveluihin, kun taas palvelutaso on palvelukohtainen taso, jossa voidaan määrittää optioita yksittäisille palveluille. Operaatiotasolla voidaan määrittää palvelut ja niiden sisältämät operaatiot. Viestitaso on vaihtoehtoinen ja sillä voidaan määrittää kullekin palvelulle omat viestinvälitykset yksityiskohtaisesti. Kontekstidata: Kontekstidatan hierarkia tarkoittaa ajonaikaista dataa, joka on käytössä vain, kun viesti vastaanotetaan ja käsitellään. Kontekstihierarkian tasot ovat samat kuin staattisessa hierarkkiassa. Kontekstidataa käytetään jakamaan samaa dataa monien eri invokaatioiden ja käsittelijöiden kesken ja se tallennetaan valitulle kontekstihierarkian tasolle käyttäen nimi-arvo pareja. Tällöin kukin hierarkian alempi taso voi käyttää tai ylikirjoittaa valitun datan omalla tasollaan. 3.5 Käyttöönottomalli Jayasinghen (2008) mukaan käyttäjäystävällisyys on ollut yksi tärkeimmistä prioriteeteista Axis2:n suunnittelussa. Tämän johdosta Axis2:n käyttöönotto ja päivittäminen on tehty mahdollisimman helpoksi ja vaivattomaksi jopa tavallisille käyttäjille. J2EE-tapainen palveluiden käyttöönotto: Axis2:ssa jokainen palvelu ja moduuli on yksinkertainen paketti, joka sisältää kaiken tarvittavan toiminnallisuuden kannalta. Kukin paketti sisältää yhden palvelun tai moduulin kaikki resurssit sekä konfiguraatio- että binääritiedostot, jolloin se on helposti siirrettävissä ja käyttöönotettavissa. Joustavat päivitysmahdollisuudet: Palveluiden saatavuus on merkittävä asia liikeyritystason sovelluksissa, jonka johdosta palvelimien ja palveluiden päivittäminen tulisi tapahtua häiritsemättä niiden käyttäjiä. Tämä tarkoittaa sitä, että päivitykset tulee pystyä tekemään järjestelmään sen ollessa päällä. Axis2:ssa tämä on mahdollista sen Hot Deployment ominaisuuden johdosta. Hot Deployment tarkoittaa ominaisuutta, jonka avulla uusia palveluita voidaan lisätä järjestelmään käytettäväksi järjestelmän ollessa käynnissä. Viitteet Apache Software Foundation (2009) Apache Axis2: Next Generation Web Services. WWW-sivusto, http: //ws.apache.org/axis2/ (10.2.2010) Jayasinghe, D. (2008) Quickstart Apache Axis2: A practical guide to creating quality web services. Packt Publishing Ltd, Birmingham. The World Wide Web Consortium (2007) SOAP version 1.2 Part 1: Messasing Framework (Second Edition). WWW-sivusto, http://www.w3.org/tr/soap12-part1/ (10.2.2010) The World Wide Web Consortium (2001) Web Service Description Language (WSDL) 1.0. WWW-sivusto, http://www.w3.org/tr/wsdl (10.2.2010) The World Wide Web Consortium (2006) Web Service Addressing 1.0 Core. WWW-sivusto, http://www. w3.org/tr/ws-addr-core/ (12.5.2008) 4
Liite 1: Web-palvelumalli Julkaise, poista julkaisu, päivitä Palvelun tarjoaja Kutsu, sido Palvelun välittäjä Löydä Palvelun tilaaja Kuva 1: Web-palvelumalli. 5
Liite 2: Informaatiomalli Dynaaminen kontekstidata Staattinen konfiguraatiodata Konfiguraatiotaso Konfiguraatiotaso Palvelujoukkotaso Palvelujoukkotaso Palvelutaso Palvelutaso Operaatiotaso Operaatiotaso Viestitaso Viestitaso Kuva 2: Informaatiomalli. 6