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Parte I: Introducción al Java 2 Enterprise Edition

Ignacio Ramos Zapata

Departamento de Ingeniería Telemática

Universidad Carlos III de Madrid

[email protected]

Software de Comunicaciones (c) UC3M Natividad Martínez, Ignacio Ramos Zapata2005 2

Contenido

� Introducción– Evolución de las aplicaciones Web

– Arquitecturas cliente-servidor y multi-tier

– Integración de aplicaciones corporativas: la plataforma Java 2, Enterprise Edition(J2EE)

�Diagramas de clases en UML


Requisitos de las aplicaciones empresariales

� Almacenamiento y acceso de datos (Back-end integration):empleo de sistemas de bases de datos (DBMS), conexión a la base de datos, representación de los datos en la base de datos

� Mapping de datos y persistencia: representación de los datos en los programas (clases) y correspondencia (mapping) con su representación en la base de datos, actualización de la base de datos tras cambios por el programa

� Consistencia de datos: control de acceso concurrente a los datos, monitores de transacción

� Interacción con el usuario: autentificación, control de acceso, coordinación de accesos concurrentes

� Acceso a datos comunes: aislamiento de los distintos accesos, cache de datos


Requisitos de las aplicaciones empresariales

� Performance: tiempo de respuesta, interacción eficiente entre los distintos componentes

� Escalabilidad: posibilidad de incorporar nuevos servidores, distribución de carga

� Disponibilidad: seguridad frente a caídas de la aplicación (ideal disponibilidad 24 x 7), sistemas de tolerancia a fallos, clustering de servidores y datos

� Diseño software: mantenibilidad y portabilidad ?modularidad, diseño en niveles, reducción de dependencias externas (por ejemplo, en la base de datos)


Evolución de las aplicaciones Web - Contenido estático

� Las organizaciones pretenden ofrecerinformación a tantos clientes como sea posible

� Gracias a la web, se puede mostrar informaciónen páginas HTML estáticas almacenadas en el File System


Evolución de las aplicaciones Web - CGIs

� Extensiones (plug-ins) a los servidores Web que invocan aplicaciones de servidor

� Scripts CGI-BIN:– No proporcionan encapsulación estructurada de

los procesos y entidades de negocio

– Difíciles de desarrollar, mantener y gestionar

– Mezclan la lógica de negocio con la lógica de presentación

– Difícil mantenimiento de las reglas de negocio(distribuidas por varios cgi-bins en variosservidores)


Evolución de las aplicaciones Web - Applets

� Usando páginas HTML estáticas, los usuarios ven páginas pasivas que no cambian

� Usando Applets Java u otros programas en el lado cliente se pueden producir contenidos dinámicos


Evolución de las aplicaciones Web - Servlets

� Los applets no pueden acceder directamente a la información de los back-end systems

� El Web Container puede proporcionar componentes en el servidor (p.e. Servlets) para generar contenidos dinámicos


Evolución de las aplicaciones Web - JSPs

� Pobre separación entre lógica de negocio y lógica de presentación

� Esta separación se mejora con las JSPs y los JavaBeans


Evolución de las aplicaciones Web - EJBs

� EJBs:– Se puede acceder a ellos remotamente a través de la red

– Encapsulan reglas de negocio, lógica específica de aplicación y acceso a datos

– Pueden ser usados por diferentes aplicaciones de manera concurrente

– Representan un repositorio central de lógica de negocio


Evolución de las aplicaciones Web -Escalabilidad

� Las aplicaciones empresariales suelen requerir alta disponibilidad

� Incremento en el rendimiento a medida que crece el negocio

� Estos dos requerimientos se pueden alcanzar incrementando el nº de servidores:– Para proporcionar redundancia en el sistema

– Compartiendo la carga para aumentar el rendimiento


El patrón MVC: Model-View-Controller

� Es un patrón para el diseño de aplicaciones� Ampliamente extendido como un concepto clave en el desarrollo de

aplicaciones J2EE� Aporta grandes beneficios (veremos más adelante)

– Facilita la reutilización de código– Reduce el tiempo de desarrollo

� The Model– Representa los datos y la lógica de negocio – No contiene información acerca de la interfaz de usuario

� The View– La interfaz de usuario - aquello que ve el usuario y a lo que puede

responder– Representa una ventana dentro del modelo

� The Controller– Conecta el modelo y la vista– Se usa como comunicación entre el modelo y la vista

� En ocasiones aparece una cuarta capa de persistencia - que se añade al patrón


MVC – Aplicación J2EE


Model-View-Controller (MVC)


MVC - Beneficios

� Promueve la reutilización de código– El propósito del modelo es el de proporcionar la lógica de

negocio y de acceso a la información desde un único lugar– Esta lógica puede ser reusada por múltiples aplicaciones al

mismo tiempo sin necesidad de ningún código adicional

� Reduce el tiempo de desarrollo– El Model, el View y el Controller de pueden desarrollar en

paralelo

� Facilita el mantenimiento– El View puede cambiar sin afectar al Model

• En una página web se puede poner un gráfico en lugar de una tabla sin que afecte al Model

– El Model puede cambiar sin afectar al View• La forma de calcular la prima de un seguro podría cambiar

manteniendo la interfaz en la lógica de negocio– Los datos pueden cambiar sin afectar al View o al Model


Arquitecturas para aplicaciones empresariales

� Las aplicaciones complejas basadas en componentes se subdividen en niveles lógicos

� Cada nivel cubre un área de tareas y puede estar compuesto de una o varias partes

� La división en niveles es una abstracción lógica


Arquitecturas cliente/servidor

� Reparto funcional y físico de la aplicación en dos niveles

1. Parte del cliente, en el ordenador del usuario:– Elementos de un programa clásico: lógica de ejecución,

preparación y presentación de información, interacción con el usuario

2. Parte del servidor: • Datos de negocio (en una base de datos o, en general, en el

Enterprise Information System (EIS) )

� Cliente y servidor están débilmente acoplados y se comunican solamente mediante mensajes

� La solicitud de servicio (iniciación de la comunicación) proviene siempre del cliente. El servidor reacciona mediante una respuesta

� Gran parte de la aplicación corre en el lado del cliente (“Fat Client”) ? modelo descentralizado


Arquitecturas cliente/servidor

Nivel Cliente Nivel Servidor

“Fat

clie

nt”

ClienteServidor

Datos

Lógica de negocio


Inconvenientes arquitectura cliente/servidor

� En general, falta de escalabilidad� Problemas de integridad en la base de datos� Alta carga en la red:

– Gran número de pasos de comunicación necesarios – Cantidad de resultados devueltos por la base de datos mayor

de lo necesario

� Costosa distribución y actualización del software (cientos o miles de clientes)

� El diseñador de la aplicación precisa un conocimiento profundo de muchas áreas críticas– Control de transacciones– Modelo de seguridad– Acceso a datos eficiente


Arquitecturas multi-tier (multi-nivel)

� En las arquitecturas multi-tier, se añaden niveles (tiers) software adicionales que se encargan de realizar ciertas tareas críticas– Los “Fat client” se convierten en “Thin client”

� Los niveles intermedios extienden la responsabilidad del lado del servidor– Aunque pueden estar situados en ordenadores o

sistemas independientes

� Cada nivel comunica sólo con los niveles contiguos a través de interfaces claramente definidas


Ejemplo de distribución básica multi-nivel

� Nivel cliente (Client tier):– Interfaz de usuario e interacción con el usuario (aplicaciones o applets Java, o

páginas Web)

� Nivel medio (Middle tier):– Servidor de aplicaciones: parte principal de la aplicación (lógica de la

aplicación y de negocio, preparación de la información para el usuario)• Procesado de datos basado en transacciones• Acceso seguro

– Middleware: software especializado para la realización de determinadas tareas:

• Monitores, sistemas de nombres, sistemas de colas de mensajes, etc.

– Procesado de la presentación, por ejemplo Web-servers

� Nivel de datos (Back-end tier):– Bases de datos o Enterprise Information Systems– Responsable de la administración, acceso rápido y persistencia de los datos


Arquitecturas multi-nivel (multi-tier)

Nivel Cliente Nivel EIS

“Thi

n cl

ient

”

ClienteServidor

Datos

Nivel Medio

Lógica de negocio

Servicios


Arquitectura tradicional en tres niveles

Nivel Cliente Nivel EIS

Lógica de presentación

Servidor

Datos

Nivel Medio

Lógica de negocio


Arquitectura tradicional en tres niveles

� El mivel medio aumenta la escalabilidadreutilizando recursos → mejora rendimiento

� Mejora la seguridad y gestión de aplicación

� Problemas: – Complejidad (distribución, multithreading, seguridad)

– Falta de portabilidad (distintas APIs)

– Soporte limitado (distintos protocolos, herramientas, vendedores)

– Incompatibilidad con la Web


Ejemplo: arquitectura multi-nivel

Thin client Lógica de negocioWindows

Componentecuenta cliente

Nivel ClienteNivel Medio

Macintosh

Unix

Java

Browser

Pre

sent

ació

n

Servidor Web Servidor Aplicación

Back End

Nivel Datos

DBMSserver

SAP/R3server

Componentemovimiento

Componentebanco

Driver base de datosConector

Sevicio transacciones


Ventajas de las arquitecturas multi-nivel

� Las partes críticas de la aplicación se encuentran en el nivel medio, más cercanos a nivel de datos ?acceso más eficiente– Sólo los datos necesarios son transferidos al cliente ?

menor carga de red– Problema: al aumentar el número de niveles aumenta el

número de comunicaciones, aumentando el tiempo de respuesta

� Mayor flexibilidad y escalabilidad. Además:– Menores costes de instalación– Facilidad en el cambio de la base de datos– Aislamiento frente a cambios– Seguridad– Administración central de recursos– Localización de fallos


Java 2 Platform, Enterprise Edition (J2EE)

� Colección de especificaciones y directivas de programación para facilitar el desarrollo de aplicaciones de servidor distribuidasmulti-nivel, alineada fuertemente con Internet

Un poco de historia…

� 1996: Java Development Kit (JDK) 1.02: colección ordenada de bibliotecas de clases y paquetes

� 1999: JDK 1.2 ? Java 2 Platform: adicional al JDK, paquetes opcionales para mensajes, generación dinámica de páginas Web o programas de email en Java. Dividida en 3 ediciones:– Java 2 Platform, Standard Edition (J2SE): contiene el JDK actual y

las APIs estándar. Desarrollo de aplicaciones de Desktop y applets– Java 2 Platform, Enterprise Edition (J2EE): basada en J2SE,

extiende el lado del servidor. Version 1.3, 3er Trimestre 2001.– Java 2 Platform, Micro Edition (J2ME): especial para móviles,

pagers, palmtops (embedded systems)


Elementos de la especificación J2EE

� J2EE Platform: estándar representado por un conjunto de APIs y directivas, soportadas por un servidor de aplicación (java.sun.com/j2ee/download.html)

� J2EE Blueprints: consejos para el desarrollo de aplicaciones J2EE, patrones de diseño y un ejemplo de aplicación (java.sun.com/blueprints/)

� J2EE Server: implementación de referencia de un servidor de aplicaciones para J2EE, incluido en J2EE SDK (java.sun.com/j2ee/download.html)

� J2EE Testsuite: J2EE Compatibility Testsuite (CTS), tests de compatibilidad (java.sun.com/j2ee/compatibility.html)


Componentes J2EE

� J2EE define cuatro tipos de componentes� Tienen que estar soportados por cualquier producto J2EE� El despliegue puede ser gestionado usando "deployment

descriptors" (excepto applets)� Aplicaciones cliente

– Programas Java que se ejecuten en una máquina cliente desde los que se puede acceder a otros componentes J2EE

� Applets– Componentes gráficos que se ejecutan tipicamente en un browser– Pueden proporcionar una avanzada interfaz de usuario para otros

componentes J2EE

� Componentes Web– Servlets y JSPs

� Enterprise Java Beans– Componenetes distribuidos y transaccionales que comtienen lógica

de negocio y de acceso a datos


Containers (contenedores)

� Ofrecen el entorno de ejecución para todos los componentes de aplicación

� Proporcionan una vista uniforme de los servicios solicitados en la especificación

� Herramientas adicionales (Deployment Tools) para la instalación y configuración de componentes (también en tiempo de ejecución)

� Las tareas principales de los componentes del lado del servidor son la gestión de recursos y del ciclo de vida

Applet Container

Applets

Applic. Client Container(J2SE)

Servlet/JSP ContainerJSP Tools

ServletEngine

JSP: JSP: JSP:

Servicios Servicios

EJB Container

Gestión recursos

Enterprise JavaBeans


Arquitectura J2EE


Servidor de aplicaciones

� Es un sistema de soporte para componentes de servidor– Proporciona un entorno de desarrollo para los componentes, que a

su vez proporcionan la lógica de negocio– Los componentes de servidor utilizan los servicios del servidor de

aplicaciones

� Los elementos constitutivos del servidor de aplicaciones se denominan también componentes y pueden instalarse y administrase de forma independiente

� Tareas de infraestructura:– Instanciación de componentes– Comunicación– Sincronización de acceso concurrentes– Preparación de un entorno seguro– Disponibilidad– Seguridad de transacciones


Enterprise JavaBeans

� Enterprise JavaBeans (EJB) es una completa especificación de arquitectura para componentes de servicio

� Permite el desarrollo en Java de aplicaciones multi-nivel, basadas en componentes y orientadas a transacciones, que se apoyan en servidores de aplicación y otros productos middleware

� Objetivos de la arquitectura de componentes EJB:– Facilitar el desarrollo de aplicaciones, concentrándose en la lógica

de negocio: desarrollo, aplicación y aspectos de tiempo de ejecución

– Independencia del proveedor de componentes mediante la especificación de interfaces

– Independencia de la plataforma gracias al principio: “Write OnceRun Anywhere” (WORA) y a su realización en Java

– Compatibilidad con Java-APIs existentes, con sistemas de servidor de terceros y con protocolos CORBA


J2EE Muti-Tier Model


Servicios J2EE

� Los servicios J2EE estándard incluyen lo siguiente:– HTTP (Hipertext Transfer Protocol)– RMI-IIOP (Remote Method Invocation over the Internet Inter-

ORB Protocol)– Java IDL (Java Interface Definition Language)– JTA (Java Transaction API)– JDBC– JMS (Java Message Service)– JavaMail– JAF (JavaBeans Activation Framework)– JNDI (Java Naming and Directory Interface)– JAXP (Java API for XMl Parsing)– JCA (J2EE Connector Architecture)– JAAS (Java Authentication and Authoritation Service)


Servicios J2EE

� Servicio de nombres: acceso a componentes y recursos mediante nombres lógicos– portabilidad y mantenibilidad – Java Naming and Directory Interface (JNDI)

� Servicio de transacciones: ejecución de una serie de pasos de forma atómica y aislada– concepto declarativo de límite de transacción mediante descriptores– posibilidad de control de transacción programada mediante un interfaz

de programación– Java Transaction Service (JTS)

� Servicio de seguridad: directivas de seguridad para recursos protegidos– control de acceso en J2EE en dos pasos: autentificación y autorización– realización declarativa o programada– Java Athentication & Authorization Service (JAAS)


Servicios J2EE

� Persistencia: almacenamiento persistente de objetos y estados de objetos, normalmente realizado en bases de datos relacionales– JDBC

� Comunicación: distintas técnicas de comunicación, proporcionadas por el proveedor de servicio de aplicación o de containers– Comunicaciones Web: TCP/IP, UDP/IP, HTTP 1.0 y HTTPS (con SSL

adicionalmente)– Procesado de objetos distribuidos: RMI (Remote Method Invocation),

basado en Java Remote Method Protocol (JRMP). Extensión a RMI que soporta además el protocolo CORBA-IIOP para interoperabilidad entre J2EE y sistemas CORBA.

� Servicios de configuración y administración: empaquetamiento, instalación y configuración flexible de componentes y la administración de aplicaciones– descripción mediante esquemas XML de las características de servidores,

containers, aplicaciones, componentes y servicios.


Convención gráfica UML


Clases en UML

Ventana

origen

dimensión

abre()

cierra()

mueve()

nombre

atributos

operaciones


Nombres de clase

� Toda clase tiene un nombre que la distingue del resto de clases en el ámbito del modelo– Nombre de clase = [paquete::]nombre-simple– Ejemplos: Negocio::Cliente,SensorTemperatura

� El nombre de la clase es una cadena de cualquier longitud que contiene letras y números y signos de puntuación (salvo ::)

� Habitualmente los nombres de clases son sustantivos o frases con esa función gramatical

ClienteSensorTemperatura

Contrato Libro

Display

Fichero

Java::awt:applet


Atributos de clase� Un atributo representa una propiedad característica compartida por

todos los objetos de la clase.

� Una clase puede tener cualquier número de atributos:– Atributo = nombre[:tipo][=valorPorDefecto]– Ejemplos: fechaNacimiento, estatura : float

� El nombre de un atributo es una cadena de cualquier longitud quecontiene letras y números

� Habitualmente los nombres de atributo son sustantivos o frases con esa función gramatical

Rectángulo

altura: Float

base: Float

relleno: Boolean = false


Operaciones� Una operación es un servicio básico ofrecido por los objetos

de una clase:– Operación = nombre([arg:tipo],...)[:tipoRetorno]– Ejemplo = new(), new(origen:Punto)

� La implementación concreta que una clase hace de una operación se llama método

� Con frecuencia la invocación de una operación provoca un cambio de estado en el objeto

� Habitualmente los nombres de operación son verbos o frases con esa función gramatical

Rectángulo

new()

mueve(destino: Punto)

calculaArea(): Float


Responsabilidades� Una responsabilidad es un contrato u obligación de una clase en el

contexto de un modelo

� Atributos y operaciones son las características de la clase a través de las cuales las responsabilidades se llevan a cabo

� Expresión informal de la semántica mediante texto libre

� La responsabilidad global del modelo debe repartirse de forma equilibrada entre sus clases

� Algunos métodos ayudan a determinar las responsabilidades de lasclases: e.g. CRC

Rectángulo

Responsabilidades

-Representación gráfica de rectángulo a partir de su origen y dimensiones

-Cálculo de valores geométricos como área, perímetro, ...

Comportamiento extra (adorno).

También pueden utilizarse notas de comentario


Relaciones

� Los sistemas OO se estructuran en forma de abstracciones (clases) interrelacionadas. En UML hay tres tipos de interrelaciones básicas:– Dependencia: Expresa una

relación de uso entre clases– Generalización: Relaciona clases

generales con clases especializadas a partir de ellas o, viceversa, clases generalizadas a partir de características comunes de clases más concretas (herencia)

– Asociación: Relaciones estructurales genéricas entre clases.

Entidades

Dependencia

Generalización

Asociación

Realización


Dependencia

� Relación de dependencia entre dos elementos estructurales de UML que establece que un cambio en uno de ellos (el independiente) puede afectar al otro (el dependiente) puede afectar al otro (el dependiente).

� La relación suele ser unidireccional.� La interpretación más frecuente es la de relación de

uso entre clases: una clase utiliza a otra como argumento en la signatura de una operación.

� UML distingue otros tipos de dependencia:– Derivación– Instanciación– Refinamiento, etc.

Applet

MiApplet

paint(g:Graphics)

Graphics

Dependencia (uso)


Generalización

� Relación entre una abstracción general (superclase) y una abstracción más concreta del mismo tipo (subclase).– Taxonomía ejemplo: empleado, secretario, informático, directivo, ...

� Una clase puede tener cero, una (herencia simple) o más superclases (herencia múltiple)

� Una clase sin superclases es una clase raíz� Una clase sin subclases es una clase hoja

Figura

paint(g:Graphics)

Línea

extremos

Elipse

semiejesarea()perímetro()

Polígono

vérticesmueve()perímetro()


Asociación

� Relación estructural entre abstracciones que implica interconexión o enlace entre los objetos representados por las abstracciones:

• Una biblioteca almacena libros

� Es una relación, por lo general, simétrica

� Las asociaciones más comunes son las binarias, pero las hay n-arias

� La representación básica es una línea enlazando las clases, pero puede incluir otros adornos: nombre, roles, multiplicidad yagregación

Biblioteca Libro

almacena >

NombreDirección de nombre


Asociación

� Nombre. Describe la asociación. Normalmente un verbo. Puede incluir dirección de lectura

� Rol. Describe el papel específico que una clase juega en una asociación. Una clase puede jugar distintos roles en diferentes asociaciones

� Multiplicidad. Especifica por cada clase de la asociación el número de objetos de la clase opuesta que se relacionan con un solo objeto de dicha clase a través de la asociación:

• Uno (1), cero o uno (0..1), tres (3), muchos (*), al menos uno (1..*), dos, cuatro o cinco (2,4,5), ...

EmpresaPersonaTrabaja para > *1..*

empleado empleador

Multiplicidad

Roles


Agregación

� Tipo especial de asociación que representa la relación “es parte de”. Es decir, una de las clases es una abstracción compuesta de otras que son sus diferentes partes (componentes)

� Si la relación de agregación es fuerte, de tal forma que los componentes no pueden existir independientemente, se denomina composición

� La agregación no implica diferencia semántica respecto de una asociación genérica. La composición liga la existencia de los componentes a la de la clase compuesta

Cadena

Eslabón

Proceso

Hilo

1

2..* *

1

Clase componente

Clase agregada

Clase componente

Clase compuesta

agregación composición


Diagramas de clases

� Son los diagramas más frecuentes en el modelado OO. Constan de clases, interfaces y colaboraciones y sus relaciones

� En sistemas complejos los elementos lógicamente relacionados del diagrama se agrupan en paquetes

� Representan la visión estática del modelo o diseño de un sistema, dando soporte a la formalización de requisitos funcionales

� Se utilizan para el diseño de esquemas lógicos de BD (superconjunto de los diagramas E-R)


Ejemplo de diagramas de clases

Escuela

nuevoEstudiante() buscaEstudiante() listaDepartamentos()

nombre: Nombre

Departamento

nuevoProfesor() elimProfesor() listaProfesores()

nombre: Nombre

Estudiante

nombre: Nombre matrícula: Numero

Curso

nombre: Nombre código: Numero

Profesor

nombre: Nombre regPer: NRP

1..*1

tiene

1..*

*

matriculado en

asiste

* *

imparte

* 1..*

1..*

1..*

organiza

0..1

0..1

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0..1

asignado a

{subset}

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