Was ist Message Oriented Middleware? Wie funktioniert sie?

Unternehmen, Institutionen und Technologien verändern sich ständig, daher müssen die Software-Systeme, die ihnen dienen, sich anpassen.

Moderne Systeme funktionieren in komplexen Umgebungen mit mehreren Programmiersprachen, Hardware-Plattformen und Betriebssystemen. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung benötigen Unternehmen dynamische, agile Bereitstellungen mit 24/7-Zuverlässigkeit, hoher Leistung und Sicherheit.

Der einfachste Weg, um unterschiedliche Softwarekomponenten zu integrieren, besteht nicht darin, sie alle gleich zu machen, sondern eine Schicht bereitzustellen, die es ihnen ermöglicht, trotz ihrer Unterschiede zu kommunizieren. Diese Schicht, bekannt als Middleware, ermöglicht die Interaktion von unabhängig entwickelten Komponenten, die auf verschiedenen vernetzten Plattformen laufen.

Eine Art von Middleware, die für die Nachrichtenübermittlung von Vorteil ist, ist nachrichtenorientierte Middleware (MOM). MOM bietet einen plattformunabhängigen Mechanismus für Anwendungen, um Nachrichten asynchron über Nachrichtenwarteschlangen-Software auszutauschen. Das bedeutet, dass Apps kommunizieren können, unabhängig davon, ob sie auf demselben oder auf verschiedenen Systemen laufen.

Nachrichtengetriebene Verarbeitung ist notwendig für ein Client/Server-Setup, das eine spezielle Nachrichtenbroker-Anwendung verwendet. Ein Client liefert eine Nachricht an den Nachrichtenbroker, der mehrere Nachrichten von verschiedenen Clients verwaltet und sie an die entsprechende Serveranwendung weiterleitet. Die Middleware etabliert eine Verbindungsschicht, die Entwickler vor den Komplexitäten mehrerer Betriebssysteme und Netzwerktechnologien schützt.

MOM ermöglicht asynchrone Kommunikation, indem Nachrichten zwischen Anwendungen übermittelt werden, anstatt direkt aufzurufen. Dies hat mehrere Vorteile, darunter die Entkopplung von Anwendungen, sodass sie nicht voneinander abhängig sind, die Erhöhung der Zuverlässigkeit und Skalierbarkeit sowie die Reduzierung der Komplexität.

Bedeutung der nachrichtenorientierten Middleware

MOM ist besonders nützlich, wenn massive Veränderungen in einem Unternehmen stattfinden, wie die Einführung verschiedener Systeme und Komponenten. Der Wiederaufbau der IT-Infrastruktur und die Sicherstellung, dass alle alten und neuen Dienste nahtlos funktionieren, ist zeitaufwändig und ressourcenintensiv.

MOM adressiert diese Herausforderungen und verbessert die Kommunikation über mehrere Systeme und Anwendungen hinweg, ohne die IT-Infrastruktur der Organisation zu überholen.

Unternehmen, die einen neuen Dienst starten, einen neuen Dienst abonnieren oder durch eine Übernahme oder Fusion gehen, können auf MOM-Lösungen zurückgreifen, um kohärente Systeme zu schaffen, ohne andere Komponenten ihrer Netzwerke zu beeinträchtigen.

Zusammengefasst ermöglicht nachrichtenorientierte Middleware schnelle, zuverlässige asynchrone Nachrichtenübermittlung und Nachrichtenzustellung, einschließlich Empfangsbenachrichtigungen und Transaktionskontrollen. MOM ist eine geeignete Geschäftslösung, wenn die verteilten Systeme einer Organisation verstreut sind, unzureichende Netzwerkverbindungen haben oder strenge Anforderungen an Flexibilität, Skalierbarkeit und Zuverlässigkeit bestehen.

MOM-Systeme sind eine großartige Möglichkeit, verteilte Bereitstellungen zu unterstützen, da sie flexibel und langlebig sind.

Wie funktioniert nachrichtenorientierte Middleware?

Messaging-Middleware verbessert die Kommunikation zwischen Komponenten für komplexe IT-Systeme und erleichtert die Entwicklung in einer verteilten Umgebung.

Die Nachrichtenwarteschlange ist eine entscheidende Komponente in nachrichtenorientierten Middleware-Plattformen. Nachrichtenwarteschlangen helfen MOM-basierten Systemen, Nachrichten in der Architektur zu speichern. Mit Hilfe von Warteschlangen kann eine nachrichtenorientierte Middleware-Architektur Daten senden und empfangen.

Warteschlangen sind auch notwendig für die Entwicklung asynchroner Kommunikation in einer nachrichtenorientierten Middleware-Architektur. Die Warteschlange speichert Nachrichten in einer bestimmten Reihenfolge nach dem First-in-First-out (FIFO)-Standard. Die zuerst an die Warteschlange gesendete Nachricht wird als erste aus der Warteschlange abgerufen, indem FIFO verwendet wird.

Die Identität, Größe, das Speicherlimit der Warteschlange, der Nachrichtenfiltermechanismus und andere Eigenschaften einer Warteschlange sind alle konfigurierbar. In den meisten Fällen hat jede App ihre eigene Warteschlange; in einigen Fällen erlaubt die Konfiguration jedoch das Teilen von Warteschlangen. Nachrichtenorientierte Middleware-Systeme können eine Vielzahl von Warteschlangen unterstützen.

Die beliebtesten Nachrichtenmodelle in nachrichtenorientierten Middleware-Architekturen sind das Publish/Subscribe (Pub/Sub) und das Point-to-Point (P2P) Modell. Beide Ansätze basieren auf dem Nachrichtenaustausch über eine Warteschlange. Ein typisches System kombiniert diese Ansätze, um verschiedene Messaging-Ziele und -Zwecke zu erreichen.

Merkmale der nachrichtenorientierten Middleware

Nachrichtenorientierte Middleware ist eine großartige Möglichkeit, die Kommunikation zwischen verschiedenen Softwarekomponenten zu erleichtern. Sie ist plattformunabhängig und ermöglicht eine vielseitige Form des Nachrichtenaustauschs. Einige der wichtigsten Merkmale der nachrichtenorientierten Middleware sind:

• Asynchrone Nachrichtenübermittlung: Wenn eine Ziel-App getrennt oder beschäftigt ist, speichert das System vorübergehend Nachrichtenwarteschlangen mit dieser Funktionalität. Die meisten asynchronen Systeme bieten Speicher für die Sicherung von Nachrichtenwarteschlangen, sodass Sender und Empfänger gleichzeitig mit Netzwerken verbunden werden können. Es löst auch Probleme, die durch intermittierende Konnektivität verursacht werden.
• Zuverlässige Nachrichtenübermittlung: Anwendungen zum Senden von Nachrichten müssen nicht gleichzeitig mit dem Netzwerk verbunden sein. MOM stellt die Nachrichtenübermittlung sicher, wenn Verbindungen hergestellt werden und die empfangende Anwendung eine Abfrage für übermittelte Nachrichten ausgibt.
• Routing: Nachrichtenwarteschlangen werden in vielen MOM-Systemen für das Routing verwendet. Wenn aktiviert, ermöglichen einige der Nachrichtenebene, Routing-Logik bereitzustellen. Andere verlassen sich auf Client-Anwendungen, um Routing-Informationen bereitzustellen, und einige erfordern eine Kombination der beiden Ansätze.
• Transformation: MOM-Plattformen mit integrierter Intelligenz können Informationen modifizieren und routen, um den Anforderungen der Quelle oder des Empfängers gerecht zu werden. Darüber hinaus bieten viele MOM-basierte Lösungen leistungsstarke Nachrichtentransformationsfunktionen, die es Programmierern ermöglichen, Regeln für einfache Drag-and-Drop-GUI-Aktionen zu definieren.
• Transaktionsunterstützung: MOM bietet Transaktionsunterstützung und ist eng mit Transaktionsdiensten verbunden. Wenn Transaktionsdienste verfügbar sind, können sie an einer MOM-Transaktion teilnehmen.
• Benachrichtigungsdienste: Obwohl MOM die asynchrone Nachrichtenübermittlung erlaubt, möchte die sendende App in einigen Fällen den Status der Nachrichtenübermittlung wissen. Daher gibt MOM dem Sender die Möglichkeit, Antworten zu überprüfen, eine andere Dienstleistung sie verwalten zu lassen oder sie ganz zu ignorieren. Einige MOM-Systeme können auch Nachrichten protokollieren, um Prüfpfade bereitzustellen.
• Zusätzliche Funktionen: Weitere Aspekte, die die meisten MOM-Systeme bieten, umfassen Bereitstellung und Überwachung, einheitliche Nachrichtenübermittlung, dynamische Skalierung, sichere Kommunikation, Management- und Kontrollwerkzeuge, flexible Dienstqualität und Interaktion mit anderen Geräten.

Arten von Middleware

Middleware ist die Schicht, die es verschiedenen Softwarekomponenten ermöglicht, miteinander zu interagieren, aber welche Arten von Middleware gibt es? Und welche Gründe gibt es, jede einzelne zu wählen? Lassen Sie uns dies unten besprechen.

• Nachrichtenorientierte Middleware ist eine Architektur, die den Empfang und die Weiterleitung von Nachrichten zwischen Anwendungs-Komponenten ermöglicht. Sie unterstützt die Softwarebereitstellung über mehrere Plattformen hinweg und vereinfacht den Prozess der Entwicklung von Anwendungen, die mehrere Betriebssysteme und Netzwerkprotokolle umfassen. Sie hat mehrere Vorteile gegenüber anderen Middleware-Optionen (wie das Hardcoding von Logik) und ist eine der am weitesten verbreiteten Formen von Middleware.
• Objekt-Middleware, auch bekannt als Objektanforderungs-Broker, ermöglicht es Anwendungen, Objekte auszutauschen und Dienste über ein objektorientiertes System zu nutzen. Kurz gesagt, es steuert die Objektkommunikation in einem verteilten Computersystem.
• Remote Procedure Call (RPC) Middleware, oder RPC-basierte Middleware, ermöglicht es Prozeduren in einer App, Prozeduren in anderen Apps aufzurufen, als ob es sich um lokale Aufrufe handelt. Diese Middleware umfasst einen Verbindungsmechanismus, der entfernte Operationen lokalisiert und sie transparent für Clients verfügbar macht. RPC-basierte Middleware hat historisch prozedurbasierte Systeme behandelt, umfasst jetzt jedoch objektbasierte Komponenten.
• Transaktionsverarbeitungs-Middleware (TP) umfasst Systeme wie Transaktionsverarbeitungs-Monitore und Webanwendungs-Server. Ihr Ziel ist es, eine Umgebung für die Entwicklung und Bereitstellung verschiedener Anwendungen zu schaffen.
• Datenbank-Middleware ermöglicht den direkten Datenbankzugriff. Sie hilft, direkte Interaktionen mit Datenbanken zu ermöglichen und umfasst mehrere Datenbank-Gateways und Verbindungsoptionen.
• Eingebettete Middleware, oder Integrations-Middleware, hilft Unternehmen, ein besseres Integrations-Framework über ein Programm oder eine Hardware-Schnittstelle zu entwickeln und bereitzustellen. Sie dient als Brücke zwischen eingebetteten Apps und dem Echtzeit-Betriebssystem.
• Portale, auch bekannt als Unternehmensportale, sind technisch gesehen keine Middleware. Sie werden jedoch als Middleware klassifiziert, da sie die Frontend-Integration ermöglichen und die Interaktion zwischen einem Client-Computer und Backend-Plattformen fördern.
• Inhaltszentrierte Middleware erwirbt Inhalte durch Anbieter-Verbraucher-Abstraktion und wird häufig in inhaltsbasierten Systemen angewendet. Sie ist vergleichbar mit der Publish/Subscribe-Middleware, einer anderen Software, die häufig als Bestandteil von webbasierten Anwendungen verwendet wird.

MOM vs. RPC

Der Kommunikationsmechanismus, den wir verwenden, um die verschiedenen Komponenten einer verteilten Anwendung zu verbinden, ist eine wichtige Überlegung bei der Gestaltung. Einige Middleware-Systeme, wie Webdienste, unterstützen zwei wichtige Kommunikations-Frameworks: nachrichtenorientierte Middleware (MOM) und Remote Procedure Call (RPC).

Mit nachrichtenorientierter Middleware können sich Dienstkonsumenten physisch und zeitlich von Dienstanbietern trennen. Interaktionen zwischen Anbietern und Konsumenten sind asynchron, da sie Nachrichten aus definierten Nachrichtenwarteschlangen austauschen.

Beispiele für MOM-Implementierungen sind IBM Web Sphere MQ und Microsoft Message Queuing (MSMQ). Asynchrone Nachrichtensysteme eliminieren die Notwendigkeit, dass die App auf die Antwort wartet – sie überträgt einfach die Nachricht und führt ihre asynchronen Aktivitäten aus.

Ein weiteres Merkmal von MOM ist der Offline-Modus, der es dem Client und dem Dienstanbieter ermöglicht, jederzeit offline zu gehen, ohne Nachrichten in der Warteschlange zu verlieren.

Sie können alle ausstehenden Nachrichten wiederherstellen, sobald sie wieder online sind. Darüber hinaus unterstützt MOM eine ereignisgesteuerte Architektur; der Administrator kann Kunden basierend auf ihrem Service Level Agreement (SLA) bewerten und unterschiedliche Quality of Service (QoS) anfordern. Dies macht MOM-Systeme jedoch ressourcenintensiv, insbesondere in Bezug auf den Speicher, um kontinuierliche Warteschlangen von empfangenen, aber noch nicht verarbeiteten Nachrichten zu behalten.

Andererseits bietet RPC eine synchrone Kommunikation zwischen Komponenten, um die Ausführung von Remote-Diensten anzufordern. Konsumenten müssen die Nutzung des Dienstes einstellen, bis sie eine Antwort von der Quelle erhalten.

MOM und RPC haben beide Vor- und Nachteile. MOM-Systeme sind widerstandsfähiger gegen Ausfälle als RPC-Systeme, da sie es Dienstanfragern ermöglichen, die Verarbeitung fortzusetzen, während Dienstanbieter auf ihre Anfragen reagieren. Die Entwicklung von MOM-basierten Anwendungen ist schwieriger, da die Verteilung für den Entwickler nicht so klar ist wie bei RPCs.

MOM-Standards

Historisch gesehen gab es einen Mangel an Vorschriften für die Implementierung von nachrichtenorientierter Middleware; dies hat Probleme verursacht. Die meisten führenden Anbieter haben Versionen mit Anwendungsprogrammierschnittstellen (API) und Verwaltungstools.

Die XATMI-Spezifikation der X/Open-Gruppe ist eine der langjährigen Richtlinien für MOM-basierte Anwendungen. Sie definiert klar APIs für Interprozess-Interaktionen. Bekannte Implementierungen sind ATR Baltics Enduro/X Middleware und Oracle Tuxedo.

Das Advanced Message Queuing Protocol (AMQP) ist ein Maßstab, der die Protokolle und Formate beschreibt, die von teilnehmenden Softwareelementen verwendet werden, um Interoperabilität sicherzustellen. AMQP verwendet flexible Routing-Schemata, einschließlich Point-to-Point, Fan-out, Publish/Subscribe und Request-Response-Messaging-Paradigmen. AMQP bietet Transaktionsmanagement, Warteschlangen, Sicherheit, Verwaltung, Clustering, Föderation und heterogene Multi-Plattform-Unterstützung.

Die High-Level Architecture (HLA IEEE 1516) ist ein Simulations-Interoperabilitätsstandard, der vom Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) entwickelt wurde. Sie spezifiziert eine Reihe von Diensten, die über eine API in C++ oder Java zugänglich sind.

Der Standard definiert pub/sub-basierte Informationsaustausche. Synchronisierte Datenaustausche, Zeitvorrückeinrichtungen und Synchronisationspunkte basieren ebenfalls auf logischer Simulationszeit. Zusätzliche Dienste umfassen die Optimierung der Datenverteilung, den Eigentumsübergang sowie das Management und die Überwachung der teilnehmenden Systeme.

Die Java-Programmierumgebung bietet eine Standard-API namens Java Message Service (JMS) zum Senden und Empfangen von Nachrichten auf eine anbieterunabhängige Weise unter Verwendung der Programmiersprache Java. Die JMS-API reduziert die für einen Java-Entwickler erforderliche Expertise in der Unternehmensnachrichtenübermittlung, um umfangreiche Messaging-Anwendungen zu erstellen, während sie eine gewisse Portabilität zwischen JMS-Anbieterimplementierungen beibehält.

Das eXtensible Messaging and Presence Protocol (XMPP) ist ein auf extensible markup language (XML) basierendes Kommunikationsprotokoll für nachrichtenorientierte Middleware. Das Protokoll, das flexibel gestaltet ist, wird auch für pub/sub-Systeme, Signalisierung für VoIP, Dateitransfer, Video, Gaming, soziale Netzwerkplattformen und Internet of Things (IoT)-Anwendungen wie Smart Grids verwendet.

Vorteile der nachrichtenorientierten Middleware

Nachrichtenorientierte Middleware-Software vereinfacht die Entwicklung von Anwendungen, die mehrere Softwarepakete und Netzwerkprotokolle umfassen. Sie schützt den App-Entwickler vor den Details der verschiedenen Betriebssysteme und Netzwerkkomponenten.

MOMs erhöhen die Flexibilität einer Architektur, indem sie API-Versionen anbieten, die sich nahtlos über mehrere Plattformen und Netzwerke erstrecken. Dies ermöglicht es Programmen, frei zu kommunizieren, ohne zu wissen, auf welchem System oder Prozessor die andere Anwendung läuft.

Schauen wir uns weitere Vorteile der Verwendung von MOMs in Ihrer Infrastruktur an.

• Einfach und bequem: MOM-basierte Systeme sind benutzerfreundlich, was es Entwicklern erleichtert, damit zu arbeiten und folglich die Produktivität steigert.
• Vereinfacht Geschäftsprozesse: MOM-Systeme helfen vielen Unternehmen, die Effizienz zu steigern und zahlreiche gängige Geschäftsprozesse zu vereinfachen.
• Anpassungsfähig: MOM-Systeme integrieren und kommunizieren nahtlos über verschiedene Plattformen hinweg, selbst wenn einzelne Anwendungen separat oder asynchron laufen. Anwendungen werden in jeder Umgebung unabhängig gewartet, können jedoch individuell aktualisiert werden.
• Entwicklerfreundlich: MOMs erleichtern es Entwicklern, viele Arten von verteilten Systemen zu entwerfen.
• Zeit- und ortsunabhängig: Da MOMs Daten auch dann in Warteschlangen stellen, wenn Abonnenten offline sind, müssen Sender und Empfänger nicht gleichzeitig online sein. Darüber hinaus sind Nachrichtensender und -empfänger durch den Standort getrennt und können zur Laufzeit von Gerät zu Gerät verschoben werden. Software- und Hardware-Patches von jedem Standort aus bedeuten, dass Geschäftsprozesse ununterbrochen fortgesetzt werden können.
• Breites Spektrum an Softwaresystemen: Nachrichtenorientierte Middleware unterstützt eine Vielzahl von Softwarestrukturen, einschließlich mobiler Anwendungsunterstützung, verteilter Objekte und Komponenten sowie nachrichtenorientierter Kommunikation.
• Unterstützung für ereignisgesteuerte Systeme: Nachrichtenorientierte Middleware-Lösungen ermöglichen die Entwicklung von Apps in einer ereignisgesteuerten Architektur.
• Skalierbarkeit: MOM-Systeme skalieren oft effektiv entsprechend der Anzahl der Nachrichtenempfänger. Wenn beispielsweise viele Clients Anfragen stellen, aber nur ein System sie bearbeitet, können Sie die Transaktionsverarbeitungskapazität erhöhen, indem Sie weitere Systeme hinzufügen, die in derselben Warteschlange arbeiten.

Nachteile der nachrichtenorientierten Middleware

Die Verwendung von nachrichtenorientierter Middleware hat zahlreiche Vorteile, aber es gibt auch einige Nachteile.

• MOMs erfordern ein zusätzliches architektonisches Element. Das Vorhandensein eines Nachrichtentransferagenten oder Brokers ist einer der Hauptnachteile der nachrichtenorientierten Middleware. Das Hinzufügen von Komponenten kann die Leistung eines Systems verringern, die Wartungskosten erhöhen und die Komplexität erhöhen.
• MOMs haben hohe Entwicklungskosten. Viele Organisationen können kein nachrichtenorientiertes Middleware-System betreiben, da die Entwicklungskosten hoch sind.
• MOMs benötigen Verbesserungen. Viele MOM-Systeme sind noch nicht vollständig für optimale Operationen ausgelegt, was die Echtzeitleistung eines Systems unter bestimmten Bedingungen gefährden kann.

MOM zur Rettung

Wenn Sie die Kommunikation zwischen Ihren Softwaresystemen verbessern möchten, ist nachrichtenorientierte Middleware eine ausgezeichnete Option. MOM-basierte Systeme können Verkehrsspitzen bewältigen und bieten eine flexible und widerstandsfähige Lösung für verteilte Bereitstellungen.

Die aufrufende App benötigt keinen Zugriff auf entfernte Systeme, um eine Nachricht zu senden. Eine lose Kopplung zwischen Client und Anbieter ermöglicht es agilen Systemen, sich basierend auf der Nachfrage zu erweitern und anzupassen.

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Dieser Artikel wurde ursprünglich 2022 veröffentlicht. Er wurde mit neuen Informationen aktualisiert.