O que é Middleware Orientado a Mensagens? Como funciona?

Empresas, instituições e tecnologias estão em constante mudança, então os sistemas de software que as atendem devem acomodá-las.

Sistemas modernos funcionam em ambientes complexos com múltiplas linguagens de programação, plataformas de hardware e sistemas operacionais. Com a evolução contínua, as empresas precisam de implantações dinâmicas e ágeis com confiabilidade 24/7, alto desempenho e segurança.

A maneira mais fácil de integrar componentes de software díspares não é torná-los todos iguais, mas fornecer uma camada que permita que eles se comuniquem apesar de suas diferenças. Essa camada, conhecida como middleware, permite a interação de componentes desenvolvidos de forma independente que rodam em diferentes plataformas de rede.

Um tipo de middleware que é benéfico para a passagem de mensagens é o middleware orientado a mensagens (MOM). O MOM fornece um mecanismo agnóstico de plataforma para que aplicativos troquem mensagens usando software de fila de mensagens de forma assíncrona. Isso significa que os aplicativos podem se comunicar independentemente de rodarem nos mesmos ou em diferentes sistemas.

O processamento orientado a mensagens é necessário para uma configuração cliente/servidor que emprega um aplicativo de corretor de mensagens exclusivo. Um cliente entrega uma mensagem ao corretor de mensagens, que gerencia várias mensagens de vários clientes e as passa para o aplicativo de servidor relevante. O middleware estabelece uma camada de conectividade que protege os desenvolvedores das complexidades de múltiplos sistemas operacionais e tecnologias de rede.

O MOM permite comunicação assíncrona ao passar mensagens entre aplicativos em vez de chamar diretamente. Isso tem várias vantagens, incluindo o desacoplamento de aplicativos para que não dependam uns dos outros, aumentando a confiabilidade e escalabilidade e reduzindo a complexidade.

Importância do middleware orientado a mensagens

O MOM é especialmente útil quando ocorrem mudanças massivas em uma empresa, como a introdução de diferentes sistemas e componentes. Reconstruir a infraestrutura de TI e garantir que todos os serviços antigos e novos funcionem perfeitamente é demorado e consome muitos recursos.

O MOM aborda esses desafios e melhora a comunicação entre vários sistemas e aplicativos sem reformular a infraestrutura de TI da organização.

Empresas que iniciam um novo serviço, assinam um novo serviço ou passam por uma aquisição ou fusão podem recorrer a soluções MOM para criar sistemas coesos sem afetar outros componentes de suas redes.

Em resumo, o middleware orientado a mensagens permite uma rápida e confiável mensagem assíncrona e entrega de mensagens, incluindo alertas de recebimento e controles de transação. O MOM é uma solução empresarial adequada se os sistemas distribuídos de uma organização estiverem dispersos, tiverem conectividade de rede inadequada ou tiverem requisitos rigorosos de flexibilidade, escalabilidade e confiabilidade.

Sistemas MOM são uma ótima maneira de acomodar implantações dispersas, pois são flexíveis e duráveis.

Como funciona o middleware orientado a mensagens?

O middleware de mensagens melhora a comunicação entre componentes para sistemas de TI complexos e facilita o desenvolvimento em um ambiente distribuído.

A fila de mensagens é um componente crucial nas plataformas de middleware orientadas a mensagens. A fila de mensagens ajuda sistemas baseados em MOM a reter mensagens na arquitetura. Com a ajuda de filas, uma arquitetura de middleware orientada a mensagens pode enviar e receber dados.

As filas também são necessárias para desenvolver comunicação assíncrona em uma arquitetura de middleware orientada a mensagens. A fila armazena mensagens em uma ordem particular usando o padrão primeiro a entrar, primeiro a sair (FIFO). A mensagem enviada inicialmente para a fila será a primeira a ser recuperada da fila usando FIFO.

A identidade de uma fila, tamanho, limite de salvamento da fila, mecanismo de filtragem de mensagens e outras propriedades são todas configuráveis. Na maioria das circunstâncias, cada aplicativo tem sua própria fila; no entanto, em alguns casos, a configuração permite que compartilhe filas. Sistemas de middleware orientados a mensagens podem suportar uma variedade de filas.

Os modelos de mensagens mais populares em arquiteturas de middleware orientadas a mensagens são os modelos publicar/assinar (pub/sub) e ponto a ponto (P2P). Ambas as abordagens dependem da troca de mensagens via uma fila. Um sistema típico combina essas abordagens para alcançar vários objetivos e metas de mensagens.

Características do middleware orientado a mensagens

O middleware orientado a mensagens é uma ótima maneira de facilitar a comunicação entre diferentes componentes de software. É agnóstico de plataforma e permite uma forma versátil de troca de mensagens. Algumas das características críticas do middleware orientado a mensagens são as seguintes:

• Mensagens assíncronas: Quando um aplicativo de destino está desconectado ou ocupado, o sistema salva temporariamente filas de mensagens com essa funcionalidade. A maioria dos sistemas assíncronos oferece armazenamento para backup de fila de mensagens, permitindo que remetentes e receptores se conectem a redes simultaneamente. Também resolve problemas causados por conectividade intermitente.
• Entrega garantida de mensagens: Aplicativos de envio de mensagens não precisam se conectar à rede simultaneamente. O MOM garante a entrega de mensagens quando os links são estabelecidos e o aplicativo receptor emite uma consulta para mensagens transmitidas.
• Roteamento: Filas de mensagens são usadas em muitos sistemas MOM para roteamento. Quando ativado, alguns capacitam a camada de mensagens a fornecer lógica de roteamento. Em contraste, outros dependem de aplicativos clientes para fornecer informações de roteamento, e alguns exigem uma abordagem híbrida das duas abordagens.
• Transformação: Plataformas MOM com inteligência integrada podem modificar e rotear informações para atender às demandas da fonte ou do destinatário. Além disso, muitas soluções baseadas em MOM oferecem poderosas capacidades de transformação de mensagens que permitem que programadores definam regras para ações fáceis de arrastar e soltar em GUI.
• Suporte a transações: O MOM fornece suporte a transações e está intimamente conectado com serviços de transação. Quando os serviços de transação estão disponíveis, eles podem participar de uma transação MOM.
• Serviços de notificação: Embora o MOM permita a transmissão assíncrona de mensagens, o aplicativo remetente pode querer saber o status da entrega da mensagem em alguns casos. Como resultado, o MOM dá ao remetente a escolha de revisar respostas, deixar outro serviço gerenciá-las ou ignorá-las completamente. Alguns sistemas MOM também podem registrar mensagens para oferecer trilhas de auditoria.
• Recursos adicionais: Outros aspectos que a maioria dos sistemas MOM fornece incluem provisionamento e monitoramento, mensagens unificadas, escalabilidade dinâmica, comunicação segura, ferramentas de gerenciamento e controle, qualidade de serviço flexível e interação com outros dispositivos.

Tipos de middleware

O middleware é a camada que permite que diferentes componentes de software interajam entre si, mas quais são os diferentes tipos de middleware? E quais são algumas razões para escolher cada um? Vamos discutir isso abaixo.

• Middleware orientado a mensagens é uma arquitetura que permite a recepção e retransmissão de mensagens entre componentes de aplicativos. Ele suporta a implantação de software em várias plataformas e simplifica o processo de desenvolvimento de aplicativos que abrangem múltiplos sistemas operacionais e protocolos de rede. Tem várias vantagens sobre outras opções de middleware (como lógica de codificação rígida) e é uma das formas de middleware mais extensivamente usadas.
• Middleware de objeto, também conhecido como corretor de requisições de objeto, permite que aplicativos troquem objetos e acessem serviços por meio de um sistema orientado a objetos. Em resumo, ele controla a comunicação de objetos em um sistema de computação distribuída.
• Middleware de chamada de procedimento remoto (RPC), ou middleware baseado em RPC, permite que procedimentos em um aplicativo invoquem procedimentos em outros aplicativos como se fossem chamadas locais. Este middleware inclui um mecanismo de ligação que localiza operações remotas e as torna disponíveis para clientes de forma transparente. O middleware baseado em RPC historicamente lidava com sistemas baseados em procedimentos, mas agora incorpora componentes baseados em objetos.
• Middleware de processamento de transações (TP) inclui sistemas como monitores de processamento de transações e servidores de aplicativos web. Seu objetivo é criar um ambiente para desenvolver e implantar vários aplicativos.
• Middleware de banco de dados permite acesso direto ao banco de dados. Ele ajuda a promover a interação direta com bancos de dados e inclui vários gateways de banco de dados e opções de conexão.
• Middleware embutido, ou middleware de integração, ajuda as empresas a desenvolver e entregar uma melhor estrutura de integração por meio de um programa ou interface de hardware. Ele serve como uma ponte entre aplicativos embutidos e o sistema operacional em tempo real.
• Portais, também conhecidos como portais empresariais, não são tecnicamente middleware. No entanto, são classificados como middleware, pois permitem a integração de front-end e promovem a interação entre uma máquina cliente e plataformas de back-end.
• Middleware centrado em conteúdo adquire conteúdo por meio de abstração de provedor-consumidor e é amplamente aplicado em sistemas baseados em conteúdo. É comparável ao middleware de publicar/assinar, outro software frequentemente usado como componente de aplicativos baseados na web.

MOM vs. RPC

O mecanismo de comunicação que empregamos para conectar os diferentes componentes de um aplicativo distribuído é uma consideração importante ao projetá-lo. Alguns sistemas de middleware, como serviços web, suportam duas estruturas de comunicação principais: middleware orientado a mensagens (MOM) e chamada de procedimento remoto (RPC).

Com o middleware orientado a mensagens, os consumidores de serviços podem se desanexar física e temporalmente dos provedores de serviços. As interações entre provedores e consumidores são assíncronas, pois trocam mensagens de filas de mensagens definidas.

Exemplos de implementação de MOM incluem IBM Web Sphere MQ e Microsoft Message Queuing (MSMQ). Sistemas de mensagens assíncronas eliminam a necessidade de o aplicativo esperar pela resposta – ele apenas transmite a mensagem e executa suas atividades assíncronas.

Outra característica do MOM é seu Modo Offline, que permite que o cliente e o provedor de serviços fiquem offline a qualquer momento sem perder nenhuma mensagem na fila.

Eles podem recuperar todas as mensagens pendentes assim que estiverem online novamente. Além disso, o MOM suporta uma arquitetura orientada a eventos; o administrador pode classificar os clientes com base em seu acordo de nível de serviço (SLA) e solicitar diferentes Qualidades de Serviço (QoS). No entanto, isso faz com que os sistemas MOM exijam dispositivos intensivos em recursos, particularmente em termos de memória, para reter filas contínuas de mensagens recebidas, mas ainda não processadas.

Por outro lado, o RPC fornece comunicação síncrona entre componentes para solicitar a execução de serviços remotos. Os consumidores devem parar de usar o serviço até receberem uma resposta da fonte.

MOM e RPC têm benefícios e desvantagens. Sistemas MOM são mais resilientes a falhas do que sistemas RPC, permitindo que solicitantes de serviços continuem processando enquanto provedores de serviços agem sobre suas solicitações. Desenvolver aplicativos baseados em MOM é mais difícil, pois a distribuição não é tão clara para o desenvolvedor quanto é com RPCs.

Padrões MOM

Historicamente, houve uma escassez de regulamentos que governam a implementação de middleware orientado a mensagens; isso tem gerado problemas. A maioria dos principais fornecedores tem versões com interfaces de programação de aplicativos (API) e ferramentas de administração.

A especificação XATMI do grupo X/Open é uma das diretrizes de longa data para aplicativos baseados em MOM. Ela define claramente APIs para interações entre processos. Implementações conhecidas incluem o Enduro/X middleware da ATR Baltic e o Oracle Tuxedo.

O Protocolo Avançado de Fila de Mensagens (AMQP) é um padrão que descreve os protocolos e formatos usados pelos elementos de software participantes para garantir a interoperabilidade. O AMQP usa esquemas de roteamento flexíveis, incluindo paradigmas de mensagens ponto a ponto, fan-out, publicar/assinar e solicitação-resposta. O AMQP oferece gerenciamento de transações, enfileiramento, segurança, administração, clustering, federação e suporte a multiplataformas heterogêneas.

A Arquitetura de Alto Nível (HLA IEEE 1516) é um padrão de interoperabilidade de simulação desenvolvido pelo Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos (IEEE). Ela especifica uma gama de serviços acessíveis por meio de uma API em C++ ou Java.

O padrão define trocas de informações baseadas em pub/sub. Trocas de dados sincronizadas, instalações de avanço de tempo e pontos de sincronização também são baseados em tempo de simulação lógico. Serviços adicionais incluem otimização de distribuição de dados, transferência de propriedade e gerenciamento e monitoramento de sistemas participantes.

O ambiente de programação Java oferece uma API padrão chamada Java Message Service (JMS) para enviar e receber mensagens de forma independente de fornecedor usando a linguagem de programação Java. A API JMS reduz a expertise em mensagens empresariais necessária para um desenvolvedor Java construir aplicativos de mensagens extensos, mantendo alguma portabilidade entre implementações de provedores JMS.

O Protocolo de Mensagens e Presença Extensível (XMPP) é um protocolo de comunicações baseado em linguagem de marcação extensível (XML) para middleware orientado a mensagens. O protocolo, projetado para ser flexível, também está sendo usado para sistemas pub/sub, sinalização para VoIP, transferência de arquivos, vídeo, plataformas de redes sociais e aplicativos de Internet das Coisas (IoT), como redes inteligentes.

Vantagens do middleware orientado a mensagens

O software de middleware orientado a mensagens simplifica o desenvolvimento de aplicativos que abrangem vários pacotes de software e protocolos de rede. Ele protege o desenvolvedor de aplicativos dos detalhes dos múltiplos sistemas operacionais e componentes de rede.

Os MOMs aumentam a flexibilidade de uma arquitetura ao oferecer versões de API que se expandem perfeitamente em várias plataformas e redes. Isso permite que programas se comuniquem livremente sem saber em qual sistema ou processador o outro aplicativo está rodando.

Vamos ver outros benefícios de usar MOMs em sua infraestrutura.

• Simples e conveniente: Sistemas baseados em MOM são fáceis de usar, facilitando para os desenvolvedores construir com eles e, consequentemente, aumentando a produtividade.
• Racionaliza operações empresariais: Sistemas MOM ajudam muitas empresas a melhorar a eficiência e racionalizar várias práticas empresariais comuns.
• Adaptável: Sistemas MOM se integram e comunicam-se perfeitamente em diversas plataformas, mesmo quando aplicativos individuais rodam separadamente ou de forma assíncrona. Aplicativos são mantidos independentemente em cada ambiente, mas podem ser atualizados individualmente.
• Amigável para desenvolvedores: MOMs facilitam para os desenvolvedores projetar muitos tipos de sistemas distribuídos.
• Independente de tempo e localização: Como os MOMs enfileiram dados mesmo quando assinantes estão offline, o remetente e o destinatário não precisam estar online simultaneamente. Além disso, remetentes e destinatários de mensagens são separados por localização e podem ser movidos de dispositivo para dispositivo em tempo de execução. Corrigir software e hardware de qualquer local significa que as operações empresariais podem continuar ininterruptas.
• Ampla gama de sistemas de software: O middleware orientado a mensagens suporta uma variedade de estruturas de software, incluindo suporte a aplicativos móveis, objetos e componentes distribuídos e comunicação orientada a mensagens.
• Suporte a sistemas orientados a eventos: Soluções de middleware orientado a mensagens permitem o desenvolvimento de aplicativos em uma arquitetura orientada a eventos.
• Escalabilidade: Sistemas MOM geralmente escalam efetivamente de acordo com o número de destinatários de mensagens. Por exemplo, se muitos clientes enviarem solicitações, mas apenas um sistema as processar, você pode escalar a capacidade de processamento de transações adicionando mais sistemas que trabalham na mesma fila.

Desvantagens do middleware orientado a mensagens

Usar middleware orientado a mensagens tem inúmeros benefícios, mas também há algumas desvantagens.

• MOMs requerem um elemento arquitetônico adicional. A existência de um agente de transferência de mensagens ou corretor é uma das principais desvantagens do middleware orientado a mensagens. Adicionar componentes pode diminuir o desempenho de um sistema, aumentando os custos de manutenção e a complexidade.
• MOMs têm altos custos de desenvolvimento. Muitas organizações não podem operar um sistema de middleware orientado a mensagens devido aos altos custos de desenvolvimento.
• MOMs precisam de melhorias. Muitos sistemas MOM ainda não estão totalmente projetados para operações ideais, o que pode ameaçar o desempenho em tempo real de um sistema em algumas condições.

MOM para o resgate

Se você deseja melhorar a comunicação entre seus sistemas de software, o middleware orientado a mensagens é uma excelente opção. Sistemas baseados em MOM podem lidar com picos de tráfego enquanto fornecem uma solução flexível e resiliente para implantações dispersas.

O aplicativo de chamada não precisa de acesso a sistemas remotos para enviar uma mensagem. Um acoplamento frouxo entre cliente e fornecedor permite que sistemas ágeis se expandam e se adaptem com base na demanda.

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Este artigo foi publicado originalmente em 2022. Foi atualizado com novas informações.