B Grundlagen B.1 B.2. 1 Überblick. Kunterbunter Reigen von Techniken und Konzepten. Überblick. Achtung. Basis für das ein oder andere System

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1 B Grundlagen B.1 1 Überblick Kunterbunter Reigen von Techniken und Konzepten Basis für das ein oder andere System Überblick URI Uniform Resource Identifier HTTP Hypertext Transfer Protocol Servlets und JSP MVC Model-View-Controller Architektur XML Extensible Markup Language RPC Entfernter Prozeduraufruf RMI Java Remote Method Invocation Transaktionen Achtung Stoff dieses Kapitels teilweise in anderen Vorlesungen bereits abgedeckt B.2

2 2 URI Uniform Resource Identifier (URI) eindeutige Referenzierbarkeit von Ressourcen Dokumente, Mailadressen, Mailboxen, Webseiten, Telefone, Namensdienste, Objekte... einheitliches Schema zur Referenzierung erweiterbares, lesbares und maschinenlesbares Format Klassische Sichtweise (Classical View): Aufteilung in... Uniform Resource Locator (URL) URI Ortsangabe für eine Ressource URL Uniform Resource Name (URN) Name einer Ressource URN B.3 2 URI (2) Heutige Sichtweise (Contemporary View) alles ist eine URI verschiedene Schemas gekennzeichnet durch Name plus : z.b. imap:, urn: für ein Schema ist Semantik des Reststrings definiert Häufige, generische Aufteilung (z.b. bei http: und ftp:) <schema> :// [ <username> [ : ] <hostname> [ : <portnummer>] [ / <url-pfad> z.b. ftp://hauck:hurz@ftp.uni-ulm.de/pub/filename.txt B.4

3 2.1 Literatur RFC 3986 T. Berners-Lee, R. Fielding, L. Masinter: Uniform Resource Identifier (URI): Generic Syntax. IETF, RFC 3986, Jan RFC 2141 R. Moats: URN Syntax. IETF, RFC 2142, May RFC 3406 L. Daigle, D.W. van Gulik, R. Iannella, R. Faltstrom: Uniform Resource Names (URN) Namespace Definition Mechanisms. IETF, RFC 3406, Oct B.5 3 HTTP Hypertext Transfer Protocol (HTTP) ursprüngliche Version 0.9 heutige Version 1.1 basiert auf TCP/IP (verbindungsorientiert) Anfrage-Antwort-Interaktion (Request-Reply) Client sendet Anfragenachricht (Request) Server sendet Antwortnachricht (Response) Client Request Server Response Bearbeitung B.6

4 3.1 Nachrichtenaufbau Textbasiertes Protokoll Anfrage Request Request-Method Request Method Anfragetyp, Methodenauswahl Request Header z.b. GET /robots.txt HTTP/1.0 Request-Header Zusatzinformationen zur Anfrage z.b. Host: [Body] Leerzeile optionaler Datenbereich (Body) Inhalt beschrieben durch bestimmten Request- Header (Content-Type) MIME-Type (Multi-Purpose Internet Mail Extension) B Nachrichtenaufbau (2) Antwort HTTP-Response Status der Antwort z.b. HTTP/ OK Response-Header Zusatzinformationen zur Antwort z.b. Server: apache/2.0 Leerzeile optionaler Datenbereich (Body) Response HTTP Response Response Header [Body] Dateninhalte beliebig (orientiert an MIME-Types), z.b. application/pdf mehrere Einzelteile durch Multipart-Typen, z.b. multipart/mixed B.8

5 3.2 Methoden Definierte Methoden GET: Hole Daten HEAD: Hole Response-Header ohne Datenanhang (sonst wie GET) PUT: Speichere Daten POST: Schicke Daten OPTIONS: Hole Serverinformationen und einige weitere typisch für Webserver: GET, POST B Verbindung über TCP/IP In den Anfangstagen des WWW: eine TCP/IP-Verbindung pro Anfrage/Antwort-Paar Heute: Wiederverwendung der Verbindung für mehrere Anfragen an gleichen Server Client Server Connect Request Response Request Response Bearbeitung Bearbeitung B.10

6 3.3 Verbindung über TCP/IP (2) Pipelining möglich (HTTP/1.1) mehrere Anfragen hintereinander (über eine Verbindung) Antworten kommen in gleicher Reihenfolge später Client Server Connect Requests Response Response Response Bearbeitung B Literatur RFC 2616 R. Fielding, J. Gettys, J. Mogul, H. Frystyk, L. Masinter, P. Leach, T. Berners-Lee: Hypertext Transfer Protocol HTTP/1.1. IETF RFC 2616, June RFC 1945 T. Berners-Lee, R. Fielding, H. Frystyk: Hypertext Transfer Protocol HTTP/1.0. IETF, RFC 1945, May RFC 2045 N. Freed, N. Borenstein: Multipurpose Internet Mail Extensions (MIME) Part One: Format of Internet Message Bodies. IETF, RFC 2045, Nov RFC 2046 N. Freed, N. Borenstein: Multipurpose Internet Mail Extensions (MIME) Part Two: Media Types. IETF, RFC 2046, Nov B.12

7 4 XML Extensible Markup Language (XML) entwickelt sich zur Lingua Franca (Verkehrssprache) des Internets Aufbau eines XML-Dokuments XML-Header: enthält XML-Version und Zeichensatz Verarbeitungsanweisungen und XML-Elemente Beispiel: <?xml version= 1.0 encoding= ISO ?> XML-Header <?xml-stylesheet href= style.css type= text/css?> <html> Verarb.-Anweisung <body> <p align= right >Dies ist ein Paragraph<br/> mit zwei Zeilen</p> Element p </body> </html> Element html Elemente können hierarchisch verschachtelt sein B.13 4 XML (2) Elemente Anfangs- und Ende-Tag: <body>, </body> Abkürzung für Elemente ohne Inhalt: <br/> Attribute im Anfangs-Tag können Attribute stehen: <p align= right > Attributwerte immer in Anführungszeichen (einfache oder doppelte) B.14

8 4.1 Wohlgeformtheit Formale Voraussetzung für korrekte XML-Dokumente jedes Start-Tag hat zugehöriges Ende-Tag Elemente dürfen geschachtelt werden, aber nicht überlappen genau ein Wurzelelement Attributwerte in Anführungszeichen keine zwei Attribute gleichen Namens in einem Element Kommentare und Verarbeitungsanweisungen nicht innerhalb eines Tags Wohlgeformtheit sorgt für Baumstruktur html body p Elementknoten Attributknoten Textknoten align br B Gültigkeit Konkrete Strukturüberprüfung für ein korrektes XML-Dokument ist das Dokument gültig/valide (Validierung) Überprüfung der Anordnung von Elementen und Attributen z.b. XML-Dokument zur Beschreibung einer Word-Datei unterscheidet sich in der Struktur von XML-Dokumenten zur Beschreibung von Webseiten Festlegung der Dokumentstruktur DTD (Document Type Definition) XML-Schema beide Arten der Dokumentstruktur-Definition können im Dokument oder außerhalb des Dokuments stehen B.16

9 4.3 Namensraum Problem Verknüpfung von XML-Dokumentausschnitten verschiedener Struktur in ein neues XML-Dokument Elementnamen nicht eindeutig Lösung XML-Namensräume jedes Element in einem XML-Dokument kann Namensraumzuordnung haben Default: keine Namensraumzuordnung Identifikation des Namensraums durch URI hat lediglich bezeichnenden Charakter B Namensraum (2) Syntax für Namensraumzuordnung in einem Element Nutzung des reservierten Attributs xmlns Attributwert ist Namensraum-URI Definition eines Defaultnamensraums Beispiel <body xmlns= > <p>dies ist ein Paragraph<br/> mit zwei Zeilen</p> </body> Element body und alle geschachtelten Elemente werden dem angegebenen Namensraum zugeordnet rekursiv anwendbar gilt bis zur Redefinition B.18

10 4.3 Namensraum (3) Definition von Namensraumpräfixen mehrere Namensräume gleichzeitig nutzbar Angabe des Präfix mit : getrennt hinter xmlns Beispiel <html xmlns:a= xmlns:b= > <a:body> <p align= right >Dies ist ein Paragraph<b:br/> mit zwei Zeilen</p> </a:body> </html> Namensraumpräfixe gelten für dieses Element und alle geschachtelten Achtung: Welche Namensraumzuordnung hat Element html und p Achtung: Name des Präfix ist völlig unbedeutend B Namensraum (4) Weiteres Beispiel <b:html xmlns:a= xmlns:b= xmlns= > <a:body> <a:p xmlns:a= align= right >Dies ist ein Paragraph<br/> mit zwei Zeilen</a:p> </a:body> </b:html> html: body: p: align br: B.20

11 4.4 Namensraum (5) Praktisches Beispiel Einbetten von XHTML-Seiten in ein Dokument zur Speicherung eines Webserver-Inhalts (z.b. in einem Content-Management-System) Definition einer XML-Struktur <webserver> <page path= /index.html content= text/xhtml >... Inhalt einer Webseite... </page> </webserver> Einrichten eines Namensraums für diese Struktur Zuweisung einer URI, z.b.: B Namensraum (6) Praktisches Beispiel (fortges.) Einbetten der XHTML-Seite <cms:webserver xmlns:cms= > <cms:page path= /index.html content= text/xhtml > <html xmlns= > <body> <p align= right >Dies ist ein Paragraph<br/> mit zwei Zeilen</p> </body> </html> </cms:page> </cms:webserver> B.22

12 4.4 Namensraum (7) Praktisches Beispiel (fortges.) Alternatives Einbetten der XHTML-Seite <cms:webserver xmlns:cms= xmlns:h= > <cms:page path= /index.html content= text/xhtml > <h:html> <h:body> <h:p align= right >Dies ist ein Paragraph<h:br/> mit zwei Zeilen</h:p> </h:body> </h:html> </cms:page> </cms:webserver> viele Schreibvarianten denkbar entscheidend ist lediglich die Zuordnung der Namensraum-URI zu den Elementen nach dem Einlesen B Namensraum (8) Attribute Attribute gehören zu dem Element egal aus welchem Namensraum dieses stammt Beispiel: align= right gehört zu Element p Strukturbeschreibung definiert erlaubte Attribute pro Element Namensraumpräfix für Attribute freie Attribute innerhalb eines Namensraums können beliebigen Elementen zugefügt werden müssen aber Präfix haben freie Attribute bilden einen eigenen Namensbereich B.24

13 4.4 Namensraum (9) Beispiel für freie Attribute freies Attribut mod im Namensraum soll zur Erfassung eines Änderungsdatums dienen Beispiel: <cms:webserver xmlns:cms= > <cms:page path= /index.html content= text/xhtml > <h:html xmlns:h= cms:mod= > <h:body> <h:p cms:mod= align= right >Dies ist ein Paragraph<h:br cms:mod= "/> mit zwei Zeilen</h:p> </h:body> </h:html> </cms:page> </cms:webserver> B XML-Schema Funktion Strukturbeschreibung von XML-Dokument-Klassen (XML-Anwendung) Grundlage zur Validierung von XML-Dokumenten Syntaxprüfung löst DTD ab XML-Schema XML-Anwendung zur Beschreibung von XML-Anwendungen XML-Schema-Definition ist ein XML-Dokument XML-Schema-Instanz ist ein XML-Dokument das gültig/valide ist bzgl. einer XML-Schema-Definition B.26

14 4.5 XML-Schema (2) Einfaches Beispiel XML-Schema-Definition <?xml version="1.0" encoding="iso "?> <xs:schema xmlns:xs=" targetnamespace= elementformdefault= qualified > <xs:element name= webserver > <xs:complextype> <xs:sequence> <xs:element name= page type= xs:string /> </xs:sequence> </xs:complextype> </xs:element> </xs:schema> Schemadefinition erlaubt Wurzelelement webserver mit beliebig vielen enthaltenen page-elementen hier: page-elemente enthalten nur Strings B XML-Schema (2) Erweitertes Beispiel XML-Schema-Definition <?xml version="1.0" encoding="iso "?> <xs:schema xmlns:xs=" targetnamespace= elementformdefault= qualified > <xs:element name= webserver > <xs:complextype><xs:sequence> <xs:element name= page > <xs:complextype><xs:sequence> <xs:any minoccurs= 0 /> </xs:sequence></xs:complextype> </xs:element> </xs:sequence></xs:complextype> </xs:element> </xs:schema> hier: page-elemente können beliebige Subelemente enthalten B.28

15 4.5 XML-Schema (3) Wichtige Elemente der XML-Schema-Definition element-element: Definition eines Elements attribute-element: Definition eines Attributs Einfache Typen (simpletype-element) für Strings, Datum, Zeit, Integer, Float... Komplexe Typen (complextype-element) Einschränkungen und Erweiterung von bereits bekannten Typen z.b. Bereiche, Aufzählungen Attributdefinitionen Anordnung und Definition von Subelementen B XML-Schema (4) Benannte Typen Elemente gleichen Typs referenzieren Typnamen Bezug zu Elementen und Attributen bei mehrfacher Nutzung der gleichen Elemente oder Attribute nur Referenz auf einmalige Definition Attribute ref statt name B.30

16 4.5 XML-Schema (5) Beispiel Webserver-Inhalt <?xml version="1.0" encoding="iso "?> <xs:schema xmlns:xs=" xmlns:tn=" targetnamespace= elementformdefault= qualified > Typdefinition Elementdef. Elementdef. mit Verweis <xs:complextype name= pagetype > <xs:sequence> <xs:any minoccurs= 0 /> </xs:sequence> <xs:attribute name= path type= xs:string /> <xs:attribute name= content type= xs:string /> </xs:complextype> <xs:element name= page type= tn:pagetype /> <xs:element name= webserver > <xs:complextype><xs:sequence> <xs:element ref= page /> </xs:sequence></xs:complextype> </xs:element> B XML-Schema (6) Einbinden des Schemas in ein XML-Dokument Beispiel: <?xml version="1.0" encoding="iso "?> <cms:webserver xmlns:cms= xmlns:xsi=" xsi:schemalocation= " webserver.xsd"> <cms:page path= /index.html type= text/xhtml > <html xmlns= > <body> <p align= right >Dies ist ein Paragraph<br/> mit zwei Zeilen</p> </body> </cms:page> </cms:webserver> freies Attribut schemalocation beschreibt Namensraum und Schema- Definitionsdatei B.32

17 4.6 Literatur Tutorials < XML Extensible Markup Language (XML) 1.0 (2nd Ed.). W3C Recomm., Oct XML-Namensraum Namespaces in XML. W3C, Jan XML-Schema XML Schema Part 0: Primer. W3C Recomm., May B.33 5 Dynamische Web-Inhalte 5.1 Motivation Webbasierte Dienste Zugriff auf Dienstleistungen mittels Web-Browser klassisches Client-Server-Prinzip Beispiele: von Kalender und Web-Cam bis zum Online-Shop Problem statische Web-Seiten wie im klassischen Web-Server nicht ausreichend Zustandspeicherung für Benutzerinteraktion notwendig Browser HTTP Web-Server Folgerung dynamische Generierung von Antwortseiten aufgrund von Benutzereingaben Zugang zu Datenspeichern Sitzungsverwaltung notwendig B.34

18 5.2 CGI-Skripten Common Gateway Interface Standard zum dynamischen Erzeugen von Web-Inhalten Vorgehensweise Browser Registrierung eines CGI-Skripts unter HTTP bestimmten URIs Web-Server bei Anfrage nach URI wird Skript gestartet statt statische Web-Seite ausgeliefert Skript gibt geforderten Web-Inhalt zurück Inhalt kann dynamisch erzeugt bzw. manipuliert werden CGI CGI Skript B CGI-Skripten (2) Schnittstelle CGI-Skript ist ein neuer Prozess im Betriebssystem ineffiziente Bearbeitung von Anfragen Eingabe über Umgebungsvariablen und Eingabestrom Umgebungsvariablen: Anfrage URI, Header-Informationen etc. Eingabestrom: im Body übermittelte Daten, z.b. bei HTTP POST Methode Ausgabe über Ausgabestrom Ausgabe eines Teils der HTTP-Header, z.b. Content-Type Ausgabe des HTTP-Body für den HTTP-Response Fähigkeiten beliebige Inhaltserzeugung Zustandsspeicherung über Dateisystem oder Datenbank im Hintergrund B.36

19 5.3 Java EE 5 Java Enterprise Edition Version 5 (Stand April 2007) Erweiterungen zum Standard Java (Java Standard Edition 6) EJB 3.0 (Enterprise Java Beans) JDBC 3.0 (Java Database Connectivity) Java Servlet Technology 2.5 JSP 2.1 (Java Server Pages) JMS 1.1 (Java Message Service) JNDI 1.2 (Java Naming and Directory Interface) JTA 1.0 (Java Transaction API) JavaMail API 1.4 JAXP 1.3 (Java API for XML Processing) JCA 1.5 (Java Connector Architecture) JAAS 1.0 (Java Authentication and Authorization Service)... B Java-Servlets The Java Way of CGI Implementierung der CGI-Funktionalität in Java Servlet kann HTTP-Anfragen bearbeiten und Antwort generieren standardisierte Schnittstelle für Servlet-Objekte Servlet-Container Behälter für mehrere Servlets ruft richtiges Servlet entsprechend Konfiguration auf Typische Software-Konfiguration Container als eigenständiger Prozess Web-Server leitet Anfragen weiter zur Effizienzsteigerung Kombination von Web-Server und Container möglich Browser HTTP HTTP Container Web-Server Servlet B.38

20 5.4 Java-Servlets (2) Servlet-Objekte implementieren bestimmte Schnittstelle (javax.servlet.servlet) definiert Operationen für den Lebenszyklus Initialisierung Aufrufbearbeitung gem. Request-Response-Schema Beenden des Servlets Servlet für Web-basierte Dienste Klasse javax.servlet.httpservlet stellt abstrake Methoden für die Behandlung von Web-Aufrufen bereit beispielsweise Methode: void doget( HTTPServletRequest req, HTTPServletResponse resp ); HTTPServletRequest enthält alle nötigen Eingabeinformationen HTTPServletResponse kann dynamisch erstellten Web-Inhalt aufnehmen B Java-Servlets (3) Zugang zu Informationen des HTTP-Requests Abfrage von Header (z.b. getheader) Abfrage der gewünschten URI (z.b. getrequesturi) Zugang zum Body des HTTP-Requests Java-Eingabestrom zum Auslesen des Body (getinputstream) Generierung der HTTP-Response Setzen des Ergebnisstatus (setstatus) Setzen von Header (z.b. setheader) Generieren des Body Java-Ausgabestrom zum Aufnehmen des Body-Bereichs der HTTP-Response Einsatz von üblichen print -Anweisungen zum Erzeugen der Ausgabe B.40