Оптимизация клиент-серверных приложений. Часть 2

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
№ 4358
Университет науки и технологий МИСИС
ИНСТИТУТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И КОМПЬЮТЕРНЫХ НАУК
Кафедра инфокоммуникационных технологий
А.А. Жердев
ОПТИМИЗАЦИЯ КЛИЕНТСЕРВЕРНЫХ ПРИЛОЖЕНИЙ
Часть  2
Практикум
Рекомендовано редакционно-издательским  
советом университета
Москва 2023

УДК 004.9 
 
Ж59
Р е ц е н з е н т 
канд. техн. наук, доц. В.В. Стучилин
Жердев, Алексей Александрович.
Ж59  
Оптимизация клиент-серверных приложений : Ч. 2 : 
практикум  / А.А.  Жердев.  – Москва  : Издательский 
Дом НИТУ МИСИС, 2023. – 89 с.
Рассмотрены способы оптимизации производительности серверной части приложения с помощью распространенных инструментов: многопоточность и сокеты. На примере указанных технологий сформулированы и решены учебные задачи. Приведен 
пример разработки REST API на языке PHP.
Пособие предназначено для студентов, обучающихся в бакалавриате по направлению 09.03.02 «Информационные системы 
и технологии».
УДК 004.9
Жердев А.А., 2023
НИТУ МИСИС, 2023

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение.
......................................................................4
Практическая работа №  1.  Разработка REST API 
на языке PHP................................................................6
Практическая работа №  2.  Многопоточность 
и асинхронность.......................................................... 40
Практическая работа №  3.  Работа с вебсокетами............. 76
Заключение................................................................ 87
Библиографический список.
.......................................... 88
3

ВВЕДЕНИЕ
Клиент-серверные приложения составляют абсолютное 
большинство программного обеспечения, используемого в современном мире. К ним можно отнести практически любые 
приложения, в которых на сервере реализовано выполнение 
каких-либо запросов от клиентов:
• интернет-магазины;
• мобильные приложения;
• веб-сервисы, позволяющие решать прикладные задачи;
• компьютерные игры;
• программное обеспечение «умных» устройств и др.
Серверное программное обеспечение обычно представлено 
СУБД, а также сервером приложения, на котором выполняется реализованная разработчиками программа. Клиентской 
частью может выступать браузер, desktop-приложение, мобильное приложение, а  также аналогичное ПО, предназначенное для формирования запросов и последующей отправки 
их на сторону сервера.
В зависимости от характера задач, количества пользователей 
и архитектуры ПО клиент-серверный обмен может быть как постоянным (даже в режиме реального времени), так и достаточно 
редким явлением. Правильно рассчитать его интенсивность, выбрать подходящие инструменты и технологии, разработать масштабируемую архитектуру – все это сложные инженерные задачи, которые являются крайне востребованными на современном 
рынке разработки программного обеспечения.
Архитектура крупных проектов редко сразу бывает идеальной. Ее оптимизация является постоянным спутником 
процесса разработки программного обеспечения. На ранних 
этапах развития, как  правило, необходимо обеспечить скорейшую доставку новых версий с востребованным функционалом клиентам. Очень часто на этих этапах из-за скорости 
страдает архитектура, и в долгосрочной перспективе это приводит к тому, что система после определенного предела просто перестает справляться с нагрузкой.
4

Независимо от  того, на  каком этапе жизненного цикла 
принято решение об оптимизации проекта, существует набор 
архитектурных подходов и лучших практик, позволяющих 
масштабировать клиент-серверные приложения практически до неограниченных объемов (было бы столько серверов). 
Более того, концепция Continuous Integration подразумевает, что ПО постоянно дорабатывается и при этом продолжает 
одновременно использоваться.
Настоящий практикум состоит из  двух частей (каждая 
часть является отдельным учебным пособием) и  содержит 
практические примеры реализации технологий оптимизации 
преимущественно серверной части клиент-серверных приложений.
Первая часть посвящена нагрузочному тестированию и организации очередей из поступающих запросов, а также эффективным способам их обработки.
Во второй части рассматриваются механизмы асинхронной 
обработки запросов, многопоточность, сокеты, а также приведена реализация REST API на языке PHP.
Для  выполнения работ используется открытое программное обеспечение, распространяемое по лицензии GPU или аналогичным. Ссылки на программное обеспечение приведены по 
ходу выполнения практических работ.
5

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №  1   
Разработка REST API на языке PHP
Цель работы
Разобраться с видами тестирования производительности, 
освоить методику проведения нагрузочных тестов с помощью 
Apache JMeter.
Теоретический минимум
Backend и Frontend
Разделение на Backend и Frontend позволяет оптимизировать разработку приложения, повысить производительность, 
отказоустойчивость. Backend используется для описания бизнес-логики, в моделях данных и других операциях, происходящих на стороне сервера. Frontend же отвечает за пользовательский интерфейс. Ввод / вывод информации, взаимодействие с 
пользователем, а также посылание запросов на сервер – зоны 
ответственности фронтенда. Многие знакомые вам приложения и сервисы используют такое разделение. Например, сервисы Яндекса, VK, Telegram, а также другие сервисы и приложения.
Обычно в веб-приложениях фронтенд можно реализовывать при помощи HTML, CSS и JavaScript.
• HTML (HyperText Markup Language) говорит браузеру, 
каково содержание страницы, например «заголовок», «параграф», «список», «элемент списка».
• CSS (Cascading Style Sheets) говорит браузеру, как отображать элементы, например «после первого параграфа отступ в 20 пикселей» или «весь текст в элементе body должен 
быть темно-серым и написан шрифтом Verdana».
• JavaScript говорит браузеру, как реагировать на некоторые взаимодействия, используя легкий язык программирования. Большинство сайтов на самом деле не используют 
6

много JavaScript, но если вы нажмете на что-то и содержимое страницы поменяется без  белого мигания экрана, значит, где-то использовался JavaScript.
Бэкенд, в свою очередь, отвечает за все вычисления, происходящие на сервере. Для бэкенда можно использовать любые инструменты, доступные на  сервере (который, по  сути, 
является просто компьютером, настроенным для  ответов на 
сообщения). Это означает, что  возможно использование любого универсального языка программирования: Ruby, PHP, 
Python, Java, JavaScript, C++. Такой подход также означает, 
что возможно использование системы управления базами данных, таких как, например, MySQL, PostgreSQL, MongoDB, 
Cassandra, Redis, Memcached и др.
Взаимодействие бэкенда и фронтенда
Теперь рассмотрим, как взаимодействуют фронтенд и бэкенд друг с другом. Если рассматривать просто, то схема взаимодействия выглядит следующим образом:
1)  фронтенд отправляет пользовательскую информацию 
в бэкенд;
2)  обработка информации на стороне бэкенда;
3)  информация возвращается обратно, принимая понятную для пользователя форму.
Остановимся на архитектуре, определяющей тип взаимодействия фронтенда и бэкенда.
Серверные приложения
В этом случае HTTP-запросы отправляются напрямую на 
сервер приложения, а сервер отвечает HTML-страницей.
Между получением запроса и ответом сервер обычно ищет 
по запросу информацию в базе данных и встраивает ее в шаблон (ERB, Blade, EJS, Handlebars).
Когда страница загружена в браузере, HTML определяет, 
что будет показано, CSS – как это будет выглядеть, а JS – всякие особые взаимодействия.
7

Связь с использованием AJAX
Другой тип архитектуры использует для связи AJAX (Asynchronous JavaScript and XML). Это означает, что JavaScript, загруженный в  браузере, отправляет HTTP-запрос (XHR, XML 
HTTP Request) изнутри страницы и (так сложилось исторически) получает XML-ответ. Сейчас для ответов также можно использовать формат JSON.
Это значит, что у вашего сервера должна быть конечная 
точка, которая отвечает на запросы JSON- или XML-кодом. 
Два примера протоколов, используемых для этого, – REST и 
SOAP.
Клиентские (одностраничные) приложения
AJAX позволяет вам загружать данные без  обновления 
страницы. Больше всего это используется в таких фреймворках, как Angular и Ember. После сборки такие приложения 
отправляются в  браузер, и  любой последующий рендеринг 
выполняется на  стороне клиента (в  браузере). Такой фронтенд общается с бэкендом через HTTP, используя JSON- или 
XML-ответы.
Универсальные / изоморфные приложения
Некоторые библиотеки и фреймворки, например React и 
Ember, позволяют вам исполнять приложения как на сервере, так и на клиенте.
В этом случае для связи фронтенда с бэкендом приложение использует и AJAX, и обрабатываемый на сервере HTML.
Программный интерфейс приложения (API)
API (Application programming interface, программный интерфейс приложения) – это набор способов и правил, по которым различные программы общаются между собой и  обмениваются данными. «Ко мне можно обращаться так и так, 
я обязуюсь делать то и это».
Все эти взаимодействия происходят с помощью функций, 
классов, методов, структур, а иногда констант одной програм8

мы, к которой обращаются другие. Это основной принцип работы API.
Допустим, вы покупаете билет в кино с помощью банковской карты. Во время покупки терминал обращается к API 
банка, который выпустил вашу карту, и отправляет запрос 
на оплату. А если вы заказываете такси через приложение, 
оно обращается к платежной системе тоже через API.
Программный интерфейс похож на договор между клиентом и продавцом. Только клиентом выступает приложение, 
которому нужны данные, а продавцом – сервер или ресурс, 
с которого мы эти данные берем. В таком договоре прописываются условия того, как  и  какие данные может получить 
клиент.
API используется:
• В  языках программирования он помогает функциям 
корректно общаться друг с  другом. Вызывающая функция 
должна соблюдать тип данных и последовательность параметров вызываемой функции.
• В операционной системе он помогает программам получать данные из памяти или менять настройки ОС. Поэтому, 
чтобы разрабатывать приложения под конкретную операционную систему, нужно знать ее API.
• В вебе сервисы общаются друг с другом через программный интерфейс. Если API открытый, то  официальную документацию по работе с ним публикуют создатели сервиса-источника. Например, Telegram, сервисы Яндекса, Mail Ru Group.
Основные протоколы API
SOAP – это протокол, по которому веб-сервисы взаимодействуют друг с другом или с клиентами. Название происходит от сокращения Simple Object Access Protocol (простой 
протокол доступа к  объектам). SOAP API  – это веб-сервис, 
использующий протокол SOAP для  обмена сообщениями 
между серверами и клиентами. При этом сообщения должны 
быть написаны на  языке XML в  соответствии со  строгими 
стандартами, иначе сервер вернет ошибку.
9