Che cos'è il middleware orientato ai messaggi? Come funziona?

Le aziende, le istituzioni e le tecnologie cambiano costantemente, quindi i sistemi software che le servono devono adattarsi a loro.

I sistemi moderni funzionano in ambienti complessi con più linguaggi di programmazione, piattaforme hardware e sistemi operativi. Con l'evoluzione continua, le aziende necessitano di implementazioni dinamiche e agili con affidabilità 24/7, alte prestazioni e sicurezza.

Il modo più semplice per integrare componenti software disparati non è renderli tutti uguali, ma fornire uno strato che permetta loro di comunicare nonostante le loro differenze. Questo strato, noto come middleware, consente l'interazione di componenti sviluppati indipendentemente che funzionano su diverse piattaforme di rete.

Un tipo di middleware che è utile per il passaggio di messaggi è il middleware orientato ai messaggi (MOM). Il MOM fornisce un meccanismo indipendente dalla piattaforma per le applicazioni per scambiare messaggi utilizzando software di coda di messaggi in modo asincrono. Ciò significa che le app possono comunicare indipendentemente dal fatto che funzionino sugli stessi o su diversi sistemi.

Il processamento guidato dai messaggi è necessario per una configurazione client/server che utilizza un'applicazione broker di messaggi unica. Un client invia un messaggio al broker di messaggi, che gestisce diversi messaggi da vari client e li passa all'applicazione server pertinente. Il middleware stabilisce uno strato di connettività che protegge gli sviluppatori dalle complessità di più sistemi operativi e tecnologie di rete.

Il MOM consente la comunicazione asincrona passando messaggi tra applicazioni invece di chiamare direttamente. Questo ha diversi vantaggi, tra cui il disaccoppiamento delle applicazioni in modo che non dipendano l'una dall'altra, aumentando l'affidabilità e la scalabilità e riducendo la complessità.

Importanza del middleware orientato ai messaggi

Il MOM è particolarmente utile quando si verificano cambiamenti massicci in un'impresa, come l'introduzione di diversi sistemi e componenti. Ricostruire l'infrastruttura IT e assicurarsi che tutti i servizi vecchi e nuovi funzionino senza problemi è dispendioso in termini di tempo e risorse.

Il MOM affronta queste sfide e migliora la comunicazione tra diversi sistemi e applicazioni senza rinnovare l'infrastruttura IT dell'organizzazione.

Le aziende che avviano un nuovo servizio, si abbonano a un nuovo servizio o attraversano un'acquisizione o una fusione possono guardare alle soluzioni MOM per creare sistemi coesi senza influenzare altri componenti delle loro reti.

In breve, il middleware orientato ai messaggi consente una rapida e affidabile messaggistica asincrona e la consegna dei messaggi, inclusi avvisi di ricezione e controlli delle transazioni. Il MOM è una soluzione aziendale adatta se i sistemi distribuiti di un'organizzazione sono dispersi, hanno connettività di rete inadeguata o hanno requisiti stringenti per flessibilità, scalabilità e affidabilità.

I sistemi MOM sono un ottimo modo per accogliere implementazioni disperse poiché sono flessibili e durevoli.

Come funziona il middleware orientato ai messaggi?

Il middleware di messaggistica migliora la comunicazione tra componenti per sistemi IT complessi e rende lo sviluppo senza sforzo in un ambiente distribuito.

La coda di messaggi è un componente cruciale nelle piattaforme di middleware orientato ai messaggi. Il queuing dei messaggi aiuta i sistemi basati su MOM a mantenere i messaggi nell'architettura. Con l'aiuto delle code, un'architettura di middleware orientato ai messaggi può inviare e ricevere dati.

Le code sono anche necessarie per sviluppare la comunicazione asincrona in un'architettura di middleware orientato ai messaggi. La coda memorizza i messaggi in un ordine particolare utilizzando lo standard first-in-first-out (FIFO). Il messaggio inviato inizialmente alla coda sarà il primo a essere recuperato dalla coda utilizzando il FIFO.

L'identità di una coda, la dimensione, la soglia di salvataggio della coda, il meccanismo di filtraggio dei messaggi e altre proprietà sono tutte configurabili. Nella maggior parte delle circostanze, ogni app ha la propria coda; tuttavia, in alcuni casi, la configurazione consente di condividere le code. I sistemi di middleware orientato ai messaggi possono supportare una gamma di code.

I modelli di messaggistica più popolari nelle architetture di middleware orientato ai messaggi sono i modelli publish/subscribe (pub/sub) e point-to-point (P2P). Entrambi questi approcci si basano sullo scambio di messaggi tramite una coda. Un sistema tipico combina questi approcci per raggiungere vari obiettivi e scopi di messaggistica.

Caratteristiche del middleware orientato ai messaggi

Il middleware orientato ai messaggi è un ottimo modo per facilitare la comunicazione tra diversi componenti software. È indipendente dalla piattaforma e consente una forma versatile di scambio di messaggi. Alcune delle caratteristiche critiche del middleware orientato ai messaggi sono le seguenti:

• Messaggistica asincrona: Quando un'app di destinazione è disconnessa o occupata, il sistema salva temporaneamente le code di messaggi con questa funzionalità. La maggior parte dei sistemi asincroni offre spazio di archiviazione per il backup della coda di messaggi, consentendo ai mittenti e ai destinatari di collegarsi alle reti contemporaneamente. Risolve anche i problemi causati dalla connettività intermittente.
• Consegna garantita dei messaggi: Le applicazioni di invio dei messaggi non devono connettersi alla rete contemporaneamente. Il MOM garantisce la consegna dei messaggi quando i collegamenti sono stabiliti e l'applicazione ricevente emette una query per i messaggi trasmessi.
• Instradamento: Le code di messaggi sono utilizzate in molti sistemi MOM per l'instradamento. Quando abilitato, alcuni consentono allo strato di messaggi di fornire la logica di instradamento. Al contrario, altri si affidano alle applicazioni client per fornire informazioni di instradamento, e alcuni richiedono un approccio ibrido tra i due.
• Trasformazione: Le piattaforme MOM con intelligenza integrata possono modificare e instradare le informazioni per adattarsi alle esigenze della fonte o del destinatario. Inoltre, molte soluzioni basate su MOM offrono potenti capacità di trasformazione dei messaggi che consentono ai programmatori di definire regole per azioni GUI di facile trascinamento e rilascio.
• Supporto alle transazioni: Il MOM fornisce supporto alle transazioni ed è intimamente connesso con i servizi di transazione. Quando i servizi di transazione sono disponibili, possono partecipare a una transazione MOM.
• Servizi di notifica: Sebbene il MOM permetta la trasmissione asincrona dei messaggi, l'app mittente potrebbe voler conoscere lo stato di consegna del messaggio in alcuni casi. Di conseguenza, il MOM offre al mittente la scelta di esaminare le risposte, lasciare che un altro servizio le gestisca o ignorarle del tutto. Alcuni sistemi MOM possono anche registrare i messaggi per offrire tracce di audit.
• Caratteristiche aggiuntive: Altri aspetti che la maggior parte dei sistemi MOM fornisce includono provisioning e monitoraggio, messaggistica unificata, scalabilità dinamica, comunicazione sicura, strumenti di gestione e controllo, qualità del servizio flessibile e interazione con altri dispositivi.

Tipi di middleware

Il middleware è lo strato che consente a diversi componenti software di interagire tra loro, ma quali sono i diversi tipi di middleware? E quali sono alcune ragioni per scegliere ciascuno di essi? Discutiamone di seguito.

• Middleware orientato ai messaggi è un'architettura che consente la ricezione e il rilascio di messaggi tra componenti applicativi. Supporta il deployment del software su diverse piattaforme e semplifica il processo di sviluppo di applicazioni che si estendono su più sistemi operativi e protocolli di rete. Ha diversi vantaggi rispetto ad altre opzioni di middleware (come la logica di codifica rigida) ed è una delle forme di middleware più ampiamente utilizzate.
• Middleware a oggetti, noto anche come broker di richieste di oggetti, consente alle applicazioni di scambiare oggetti e accedere ai servizi tramite un sistema orientato agli oggetti. In poche parole, controlla la comunicazione degli oggetti in un sistema di calcolo distribuito.
• Middleware di chiamata di procedura remota (RPC), o middleware basato su RPC, consente alle procedure in un'app di invocare procedure in altre app come se fossero chiamate locali. Questo middleware include un meccanismo di collegamento che individua le operazioni remote e le rende disponibili ai client in modo trasparente. Il middleware basato su RPC storicamente gestiva sistemi basati su procedure, ma ora incorpora componenti basati su oggetti.
• Middleware di elaborazione delle transazioni (TP) include sistemi come monitor di elaborazione delle transazioni e server di applicazioni web. Il suo obiettivo è creare un ambiente per lo sviluppo e il deployment di varie applicazioni.
• Middleware di database consente l'accesso diretto al database. Aiuta a realizzare un'interazione diretta con i database e include diversi gateway di database e opzioni di connessione.
• Middleware incorporato, o middleware di integrazione, aiuta le aziende a sviluppare e fornire un miglior framework di integrazione tramite un'interfaccia di programma o hardware. Serve da ponte tra le app incorporate e il sistema operativo in tempo reale.
• Portali, noti anche come portali aziendali, non sono tecnicamente middleware. Tuttavia, sono classificati come middleware poiché consentono l'integrazione front-end e promuovono l'interazione tra una macchina client e piattaforme back-end.
• Middleware centrato sui contenuti acquisisce contenuti tramite astrazione fornitore-consumatore ed è ampiamente applicato nei sistemi basati sui contenuti. È paragonabile al middleware publish/subscribe, un altro software frequentemente utilizzato come componente di applicazioni web-based.

MOM vs. RPC

Il meccanismo di comunicazione che utilizziamo per collegare i diversi componenti di un'applicazione distribuita è un'importante considerazione quando la progettiamo. Alcuni sistemi di middleware, come i servizi web, supportano due principali framework di comunicazione: middleware orientato ai messaggi (MOM) e chiamata di procedura remota (RPC).

Con il middleware orientato ai messaggi, i consumatori di servizi possono staccarsi fisicamente e temporalmente dai fornitori di servizi. Le interazioni tra fornitori e consumatori sono asincrone, poiché scambiano messaggi da code di messaggi definite.

Esempi di implementazione del MOM includono IBM Web Sphere MQ e Microsoft Message Queuing (MSMQ). I sistemi di messaggistica asincrona eliminano la necessità per l'app di attendere la risposta: trasmette semplicemente il messaggio ed esegue le sue attività asincrone.

Un'altra caratteristica del MOM è la sua modalità offline, che consente al client e al fornitore di servizi di andare offline in qualsiasi momento senza perdere messaggi nella coda.

Possono recuperare tutti i messaggi in sospeso una volta che sono di nuovo online. Inoltre, il MOM supporta un'architettura basata su eventi; l'amministratore può classificare i clienti in base al loro accordo sul livello di servizio (SLA) e richiedere diversi livelli di qualità del servizio (QoS). Tuttavia, ciò rende i sistemi MOM richiedere dispositivi ad alta intensità di risorse, in particolare in termini di memoria, per mantenere code continue di messaggi ricevuti ma non ancora elaborati.

D'altra parte, l'RPC fornisce una comunicazione sincrona tra componenti per richiedere l'esecuzione di servizi remoti. I consumatori devono interrompere l'uso del servizio fino a quando non ricevono una risposta dalla fonte.

Sia il MOM che l'RPC hanno vantaggi e svantaggi. I sistemi MOM sono più resilienti ai guasti rispetto ai sistemi RPC, consentendo ai richiedenti di servizi di continuare a elaborare mentre i fornitori di servizi agiscono sulle loro richieste. Sviluppare applicazioni basate su MOM è più difficile poiché la distribuzione non è chiara per lo sviluppatore come lo è con gli RPC.

Standard del MOM

Storicamente, c'è stata una scarsità di regolamenti che governano l'implementazione del middleware orientato ai messaggi; questo ha posto problemi. La maggior parte dei principali fornitori ha versioni con interfacce di programmazione delle applicazioni (API) e strumenti di amministrazione.

La specifica XATMI del gruppo X/Open è una delle linee guida di lunga data per le applicazioni basate su MOM. Definisce chiaramente le API per le interazioni tra processi. Implementazioni note includono il middleware Enduro/X di ATR Baltic e Oracle Tuxedo.

L'Advanced Message Queuing Protocol (AMQP) è un benchmark che delinea i protocolli e i formati utilizzati dagli elementi software partecipanti per garantire l'interoperabilità. L'AMQP utilizza schemi di instradamento flessibili, inclusi paradigmi di messaggistica point-to-point, fan-out, publish/subscribe e request-response. L'AMQP offre gestione delle transazioni, accodamento, sicurezza, amministrazione, clustering, federazione e supporto multipiattaforma eterogeneo.

L'High-Level Architecture (HLA IEEE 1516) è uno standard di interoperabilità per la simulazione sviluppato dall'Istituto degli Ingegneri Elettrici ed Elettronici (IEEE). Specifica una gamma di servizi accessibili tramite un'API in C++ o Java.

Lo standard definisce scambi di informazioni basati su pub/sub. Gli scambi di dati sincronizzati, le strutture di avanzamento temporale e i punti di sincronizzazione sono anche basati sul tempo di simulazione logico. Servizi aggiuntivi includono ottimizzazione della distribuzione dei dati, trasferimento di proprietà e gestione e monitoraggio dei sistemi partecipanti.

L'ambiente di programmazione Java offre un'API standard chiamata Java Message Service (JMS) per l'invio e la ricezione di messaggi in modo indipendente dal fornitore utilizzando il linguaggio di programmazione Java. L'API JMS riduce l'esperienza di messaggistica aziendale necessaria per uno sviluppatore Java per costruire ampie applicazioni di messaggistica mantenendo una certa portabilità tra le implementazioni dei fornitori JMS.

Il eXtensible Messaging and Presence Protocol (XMPP) è un protocollo di comunicazione basato su linguaggio di markup estensibile (XML) per il middleware orientato ai messaggi. Il protocollo, progettato per essere flessibile, viene utilizzato anche per sistemi pub/sub, segnalazione per VoIP, trasferimento file, video, piattaforme di social networking e applicazioni Internet of Things (IoT) come le smart grid.

Vantaggi del middleware orientato ai messaggi

Il software di middleware orientato ai messaggi semplifica lo sviluppo di applicazioni che si estendono su diversi pacchetti software e protocolli di rete. Protegge lo sviluppatore dell'app dai dettagli dei vari sistemi operativi e componenti di rete.

I MOM aumentano la flessibilità di un'architettura offrendo versioni API che si espandono senza problemi su più piattaforme e reti. Ciò consente ai programmi di comunicare liberamente senza sapere su quale sistema o processore l'altra applicazione sta funzionando.

Esaminiamo altri vantaggi dell'utilizzo dei MOM nella tua infrastruttura.

• Semplice e conveniente: I sistemi basati su MOM sono user-friendly, rendendo più facile per gli sviluppatori costruire e, di conseguenza, aumentare la produttività.
• Semplifica le operazioni aziendali: I sistemi MOM aiutano molte aziende a migliorare l'efficienza e a semplificare numerose pratiche aziendali comuni.
• Adattabile: I sistemi MOM si integrano e comunicano senza problemi su piattaforme diverse, anche quando le singole applicazioni funzionano separatamente o in modo asincrono. Le applicazioni sono mantenute indipendentemente in ciascun ambiente ma possono essere aggiornate individualmente.
• Amichevole per gli sviluppatori: I MOM rendono più facile per gli sviluppatori progettare molti tipi di sistemi distribuiti.
• Indipendente dal tempo e dalla posizione: Poiché i MOM accodano i dati anche quando gli abbonati sono offline, il mittente e il destinatario non devono essere online contemporaneamente. Inoltre, i mittenti e i destinatari dei messaggi sono separati dalla posizione e possono essere spostati da dispositivo a dispositivo in fase di runtime. Correggere software e hardware da qualsiasi sito significa che le operazioni aziendali possono continuare senza interruzioni.
• Ampia gamma di sistemi software: Il middleware orientato ai messaggi supporta una varietà di strutture software, inclusi il supporto per applicazioni mobili, oggetti e componenti distribuiti e comunicazione orientata ai messaggi.
• Supporto per sistemi basati su eventi: Le soluzioni di middleware orientato ai messaggi consentono lo sviluppo di app in un'architettura basata su eventi.
• Scalabilità: I sistemi MOM spesso scalano efficacemente in base al numero di destinatari dei messaggi. Ad esempio, se molti client inviano richieste ma solo un sistema le gestisce, puoi scalare la capacità di elaborazione delle transazioni aggiungendo più sistemi che lavorano nella stessa coda.

Svantaggi del middleware orientato ai messaggi

L'utilizzo del middleware orientato ai messaggi ha numerosi vantaggi, ma ci sono anche alcuni svantaggi.

• I MOM richiedono un elemento architettonico aggiuntivo. L'esistenza di un agente di trasferimento dei messaggi o broker è uno dei principali svantaggi del middleware orientato ai messaggi. L'aggiunta di componenti può ridurre le prestazioni di un sistema, aumentando i costi di manutenzione e la complessità.
• I MOM hanno alti costi di sviluppo. Molte organizzazioni non possono operare un sistema di middleware orientato ai messaggi a causa degli alti costi di sviluppo.
• I MOM necessitano di miglioramenti. Molti sistemi MOM non sono ancora completamente progettati per operazioni ottimali, il che può minacciare le prestazioni in tempo reale di un sistema in alcune condizioni.

MOM al salvataggio

Se vuoi migliorare la comunicazione tra i tuoi sistemi software, il middleware orientato ai messaggi è un'ottima opzione. I sistemi basati su MOM possono gestire picchi di traffico fornendo una soluzione flessibile e resiliente per implementazioni disperse.

L'app chiamante non ha bisogno di accesso ai sistemi remoti per inviare un messaggio. Un accoppiamento lasco tra client e fornitore consente ai sistemi agili di espandersi e adattarsi in base alla domanda.

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Questo articolo è stato originariamente pubblicato nel 2022. È stato aggiornato con nuove informazioni. robusto