میان‌افزار جزء مهمی در معماری نرم‌افزار است که به عنوان پلی بین برنامه‌ها، سرویس‌ها و سیستم‌های مختلف عمل می‌کند. ارتباطات، مدیریت داده ها و یکپارچه سازی برنامه ها را امکان پذیر می کند و آن را در توسعه نرم افزار مدرن ضروری می کند. در این وبلاگ، منشا میان افزار، نحوه عملکرد، موارد استفاده مختلف آن، و انواع و دسته های مختلف میان افزار را بررسی خواهیم کرد.
ریشه های میان افزار
میان افزار در دهه 1980 به عنوان پاسخی به پیچیدگی روزافزون محیط های محاسباتی توزیع شده ظهور کرد. همانطور که سازمان ها شروع به اتخاذ سیستم های توزیع شده بیشتری کردند، نیاز به راه حلی وجود داشت که بتواند ارتباطات و تبادل داده ها را بین برنامه های کاربردی مختلف، صرف نظر از پلتفرم ها یا زبان های برنامه نویسی که استفاده می کنند، تسهیل کند. میان‌افزار برای رسیدگی به این چالش‌ها توسعه داده شد و یک راه استاندارد برای اتصال سیستم‌های متفاوت ارائه کرد.
در ابتدا، میان افزار ارتباط نزدیکی با فضای یکپارچه سازی برنامه های کاربردی سازمانی (EAI) داشت، جایی که برای ادغام سیستم های قدیمی با برنامه های جدیدتر استفاده می شد. با گذشت زمان، با تکامل اینترنت و فناوری‌های مبتنی بر وب، نقش میان‌افزار گسترش یافت و شامل خدمات وب، صف‌بندی پیام و مدیریت API و سایر عملکردها شد.
Middleware چگونه کار می کند؟
Middleware به عنوان یک لایه واسطه بین لایه برنامه و سیستم عامل یا شبکه زیربنایی عمل می کند. ارتباطات، تبادل داده و سایر خدمات مورد نیاز برای عملکرد روان برنامه های کاربردی توزیع شده را مدیریت می کند. در اینجا خلاصه ای از نحوه عملکرد میان افزار به طور معمول آورده شده است:
-
مدیریت ارتباطات:
- میان‌افزار با ارائه APIها، واسطه‌های پیام یا سرویس‌های وب که به برنامه‌ها امکان ارسال و دریافت داده‌ها را می‌دهد، ارتباط بین برنامه‌های مختلف را تسهیل می‌کند.
- این پیچیدگی پروتکل های شبکه را انتزاعی می کند و توسعه دهندگان را قادر می سازد تا به جای پیچیدگی های ارتباط، بر منطق برنامه تمرکز کنند.
-
مدیریت داده ها:
- میان‌افزار می‌تواند داده‌ها را در سیستم‌های مختلف مدیریت کند و از ثبات و یکپارچگی اطمینان حاصل کند. این شامل وظایفی مانند تبدیل داده ها، اعتبارسنجی و همگام سازی می شود.
- همچنین می‌تواند مکانیسم‌های کش را برای بهبود عملکرد و کاهش تأخیر در دسترسی به داده‌ها فراهم کند.
-
ارکستراسیون خدمات:
- میان‌افزار اغلب به‌عنوان هماهنگ‌کننده خدمات عمل می‌کند و اجرای سرویس‌های مختلف را در یک نظم خاص برای تکمیل یک فرآیند تجاری هماهنگ می‌کند.
- این به ویژه در معماری های میکروسرویس ها مفید است، جایی که سرویس های مختلف باید در یک جریان کاری منسجم ترکیب شوند.
-
امنیت و احراز هویت:
- میان‌افزار می‌تواند سیاست‌های امنیتی را اعمال کند، احراز هویت و مجوز را مدیریت کند و از انتقال امن داده بین برنامه‌ها اطمینان حاصل کند.
- اغلب با سیستم های مدیریت هویت یکپارچه می شود تا یک ورود به سیستم (SSO) و سایر ویژگی های امنیتی را ارائه دهد.
-
ثبت و نظارت:
- میان‌افزار اغلب شامل ابزارهایی برای ثبت، نظارت و مدیریت عملکرد برنامه است. این می تواند تراکنش ها را ردیابی کند، سلامت سیستم را نظارت کند و هشدارهایی را برای مشکلات احتمالی ارائه دهد.
موارد استفاده از میان افزار برای توسعه دهندگان نرم افزار
میان افزار نقش مهمی در سناریوهای مختلف در توسعه نرم افزار ایفا می کند. در اینجا چند مورد استفاده رایج آورده شده است:
-
یکپارچه سازی برنامه های سازمانی (EAI):
- میان‌افزار یکپارچه‌سازی سیستم‌های قدیمی با برنامه‌های کاربردی مدرن را امکان‌پذیر می‌کند و به سازمان‌ها اجازه می‌دهد تا زیرساخت‌های فناوری اطلاعات خود را بدون جایگزینی سیستم‌های موجود مدرن‌سازی کنند.
- این روشی را برای اتصال برنامه‌های کاربردی، پایگاه‌های داده و خدمات مختلف در یک سازمان فراهم می‌کند که تبادل داده‌ها و اتوماسیون فرآیند را تسهیل می‌کند.
-
معماری میکروسرویس ها:
- در معماری میکروسرویس‌ها، میان‌افزار می‌تواند به عنوان یک شبکه خدماتی، مدیریت ارتباطات، تعادل بار و امنیت بین میکروسرویس‌ها عمل کند.
- همچنین از کشف سرویس پشتیبانی می‌کند و میکروسرویس‌ها را قادر می‌سازد تا مکان‌یابی و تعامل پویا با یکدیگر داشته باشند.
-
مدیریت API:
- میان‌افزار اغلب برای مدیریت APIها استفاده می‌شود و ویژگی‌هایی مانند محدود کردن نرخ، ذخیره‌سازی حافظه پنهان و نسخه‌سازی را ارائه می‌دهد. این تضمین می کند که API ها ایمن، مقیاس پذیر و آسان برای مدیریت هستند.
- توسعه‌دهندگان می‌توانند از میان‌افزار برای افشای سرویس‌های داخلی به‌عنوان API استفاده کنند و ادغام با برنامه‌های شخص ثالث یا توسعه برنامه‌های موبایل و وب را آسان‌تر کنند.
-
توسعه وب اپلیکیشن:
- میان‌افزار به‌طور گسترده در چارچوب‌های توسعه وب مانند Express.js (Node.js)، جنگو (Python) و Spring (جاوا) برای رسیدگی به درخواست‌های HTTP، مدیریت جلسات، و انجام کارهایی مانند احراز هویت، ثبت‌نام و اعتبارسنجی داده‌ها استفاده می‌شود.
- این به توسعه دهندگان اجازه می دهد تا عملکردی را به برنامه های وب به روشی ماژولار و قابل استفاده مجدد اضافه کنند.
-
رایانش ابری:
- میان‌افزار در محیط‌های ابری ضروری است، جایی که ارتباط بین سرویس‌های ابری را امکان‌پذیر می‌کند، داده‌ها را در سراسر سیستم‌های توزیع‌شده مدیریت می‌کند، و مقیاس‌پذیری و قابلیت اطمینان برنامه‌های مبتنی بر ابر را تضمین می‌کند.
- همچنین در محیط های ابری ترکیبی، جایی که سیستم های داخلی نیاز به تعامل با سرویس های ابری دارند، نقش دارد.
-
اینترنت اشیا (اینترنت اشیا):
- از میان‌افزار برای مدیریت ارتباطات بین دستگاه‌های IoT و پلتفرمهای ابری، مدیریت انتقال داده‌ها، پردازش و تجزیه و تحلیل استفاده می‌شود.
- این تضمین می کند که سیستم های اینترنت اشیا می توانند حجم زیادی از داده ها را مدیریت کنند و با سایر سیستم های سازمانی ادغام شوند.
انواع و دسته های میان افزار
میان‌افزار را می‌توان بر اساس عملکرد و لایه پشته نرم‌افزاری که روی آن کار می‌کند به چند نوع دسته‌بندی کرد. در اینجا انواع اصلی وجود دارد:
-
میان افزار پیام گرا (MOM):
- MOM ارتباط بین سیستم های توزیع شده را از طریق ارسال پیام تسهیل می کند. این به برنامه‌ها اجازه می‌دهد تا پیام‌ها را به صورت ناهمزمان مبادله کنند و اطمینان حاصل شود که داده‌ها حتی اگر یکی از سیستم‌ها به طور موقت در دسترس نباشد، تحویل داده می‌شوند.
- به عنوان مثال می توان به آپاچی کافکا، RabbitMQ و IBM MQ اشاره کرد.
-
میان افزار فراخوانی از راه دور (RPC):
- میان‌افزار RPC برنامه‌ها را قادر می‌سازد تا توابع یا رویه‌ها را در سیستم‌های راه دور به‌گونه‌ای که محلی هستند فراخوانی کنند. این پیچیدگی ارتباطات شبکه را انتزاعی می کند و به توسعه دهندگان این امکان را می دهد تا به راحتی خدمات از راه دور را فراخوانی کنند.
- به عنوان مثال می توان به gRPC و Apache Thrift اشاره کرد.
-
کارگزار درخواست شی (ORB):
- میان افزار ORB ارتباط بین اشیاء توزیع شده در محیط های مختلف را امکان پذیر می کند. این اجازه می دهد تا اشیا بدون توجه به زبان های برنامه نویسی یا پلتفرم های مورد استفاده، در سراسر مرزهای شبکه با یکدیگر تعامل داشته باشند.
- CORBA (معماری کارگزار درخواست شی مشترک) یک استاندارد شناخته شده ORB است.
-
میان افزار پایگاه داده:
- میان‌افزار پایگاه داده، رابطی بین برنامه‌ها و پایگاه‌های داده فراهم می‌کند و امکان دسترسی و مدیریت کارآمد داده‌ها را فراهم می‌کند. این می تواند شامل ویژگی هایی مانند ادغام اتصال، مدیریت تراکنش و ذخیره داده ها باشد.
- به عنوان مثال می توان به ODBC (اتصال به پایگاه داده باز) و JDBC (اتصال به پایگاه داده جاوا) اشاره کرد.
-
میان افزار سرور برنامه:
- میان‌افزار سرور برنامه یک محیط زمان اجرا برای برنامه‌های کاربردی وب، مدیریت وظایفی مانند پردازش درخواست، مدیریت جلسه و امنیت فراهم می‌کند. اغلب شامل یک وب سرور، اتصال به پایگاه داده و سایر خدمات مورد نیاز برای استقرار برنامه های وب می باشد.
- به عنوان مثال می توان به Apache Tomcat، JBoss و WebLogic اشاره کرد.
-
اتوبوس خدمات سازمانی (ESB):
- میان افزار ESB برای اتصال و مدیریت ارتباطات بین سیستم های مختلف سازمانی استفاده می شود. این یک پلت فرم متمرکز برای یکپارچه سازی خدمات، مدیریت جریان پیام و پیاده سازی منطق کسب و کار فراهم می کند.
- به عنوان مثال می توان به Mule ESB و IBM Integration Bus اشاره کرد.
-
مانیتورهای پردازش تراکنش (TPM):
- میان‌افزار TPM تراکنش‌ها را در چندین سیستم مدیریت می‌کند و اطمینان می‌دهد که آنها به طور قابل اعتماد و پیوسته تکمیل می‌شوند. معمولاً در خدمات مالی و سایر صنایع که یکپارچگی تراکنش حیاتی است استفاده می شود.
- به عنوان مثال می توان به CICS (سیستم کنترل اطلاعات مشتری) و Tuxedo اشاره کرد.
میان افزار در زمینه گرایش های نرم افزاری مدرن
-
میان افزار در محاسبات لبه:
- با ظهور محاسبات لبه‌ای، میان‌افزار در حال تکامل است تا پردازش داده‌ها را نزدیک‌تر به جایی که تولید می‌شود مدیریت کند، تأخیر را کاهش داده و زمان پاسخ را بهبود بخشد. پلتفرمهای میان‌افزار برای پشتیبانی از دستگاه‌های لبه‌ای توسعه می‌یابند که از جریان یکپارچه داده‌ها بین گره‌های لبه و زیرساخت ابر متمرکز اطمینان می‌دهند.
- مثال‌ها شامل راه‌حل‌های میان‌افزاری است که از استنتاج هوش مصنوعی و ML در لبه پشتیبانی می‌کنند، و تصمیم‌گیری در زمان واقعی را در برنامه‌هایی مانند وسایل نقلیه خودران، اتوماسیون صنعتی و شهرهای هوشمند تسهیل می‌کنند.
-
معماری میان افزار و بدون سرور:
- همانطور که محاسبات بدون سرور جذابیت بیشتری پیدا می کند، میان افزار برای کار با پلتفرم های Function-as-a-Service (FaaS) سازگار می شود. در محیط‌های بدون سرور، میان‌افزار نقش مهمی در مدیریت فراخوانی عملکرد، مدیریت وضعیت و ادغام با سایر سرویس‌ها ایفا می‌کند.
- میان‌افزار در این زمینه به توسعه‌دهندگان کمک می‌کند تا نگرانی‌های عملیاتی مانند مقیاس‌پذیری، تحمل خطا و امنیت را حذف کنند و به آنها اجازه می‌دهد روی نوشتن منطق تجاری تمرکز کنند.
-
نقش Middleware در مشاهده پذیری:
- در سیستم های مدرن و توزیع شده، مشاهده پذیری کلید حفظ سلامت و عملکرد سیستم است. اکنون میان‌افزار به‌طور فزاینده‌ای ویژگی‌های مشاهده‌پذیری را در خود جای می‌دهد و پشتیبانی داخلی برای جمع‌آوری معیارها، ردیابی و ورود به سیستم ارائه می‌دهد.
- راه‌حل‌های میان‌افزار اغلب با پلتفرمهای مشاهده‌پذیری مانند Prometheus، Grafana، و OpenTelemetry ادغام می‌شوند و قابلیت‌های ابزار دقیق و نظارت خارج از جعبه را ارائه می‌دهند.
-
میان افزار مجهز به هوش مصنوعی:
- هوش مصنوعی (AI) در حال ادغام در میان افزار برای افزایش قابلیت های آن است. میان‌افزار مبتنی بر هوش مصنوعی می‌تواند به طور خودکار عملکرد را بهینه کند، ناهنجاری‌ها را شناسایی کند و خرابی‌های احتمالی را در سیستم‌های توزیع‌شده پیش‌بینی کند.
- به عنوان مثال، هوش مصنوعی می‌تواند در میان‌افزار برای تنظیم پویا استراتژی‌های تعادل بار بر اساس الگوهای ترافیک بلادرنگ، بهبود کارایی و قابلیت اطمینان سیستم استفاده شود.
میان افزار در توسعه چند پلتفرمی
-
میان افزار برای توسعه موبایل چند پلتفرمی:
- چارچوب‌های میان‌افزار به طور فزاینده‌ای از توسعه تلفن همراه چند پلتفرمی پشتیبانی می‌کنند و به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهند تا برنامه‌هایی را بسازند که بر روی چندین سیستم عامل (iOS، Android و غیره) با یک پایگاه کد واحد اجرا می‌شوند.
- چنین میان‌افزارهایی APIهایی را ارائه می‌دهند که جزئیات مربوط به پلتفرم را انتزاعی می‌کنند، و پیاده‌سازی ویژگی‌هایی مانند اعلان‌های فشار، خریدهای درون‌برنامه، و همگام‌سازی داده‌های آفلاین را آسان‌تر می‌کنند.
-
میان افزار برای بازی و واقعیت مجازی:
- در صنعت بازی، میان افزار برای مدیریت رندر گرافیک، شبیه سازی فیزیک و ارتباطات شبکه در پلتفرم ها و دستگاه های مختلف بسیار مهم است. موتورهای میان‌افزار مانند Unity و Unreal Engine ابزارهای قدرتمندی را در اختیار توسعه‌دهندگان قرار می‌دهند تا تجربه‌های بازی همهجانبه‌ای را ایجاد کنند.
- برنامه‌های واقعیت مجازی (VR) و واقعیت افزوده (AR) نیز برای مدیریت داده‌های حسگر، رندر سه بعدی و تعامل با کاربر به میان‌افزار متکی هستند و تجربه‌ای روان و پاسخگو را تضمین می‌کنند.
امنیت و حریم خصوصی در میان افزار
-
میان افزار حفظ حریم خصوصی:
- با سخت‌تر شدن قوانین حفظ حریم خصوصی داده‌ها مانند GDPR و CCPA، میان‌افزار با ویژگی‌های داخلی حفظ حریم خصوصی در حال توسعه است. این شامل مکانیسم‌های ناشناس، رمزگذاری و کنترل دسترسی است که به سازمان‌ها کمک می‌کند تا با الزامات قانونی مطابقت داشته باشند.
- میان‌افزار همچنین می‌تواند تکنیک‌های محاسباتی حفظ حریم خصوصی، مانند رمزگذاری همومورفیک و محاسبات امن چند جانبه را تسهیل کند و پردازش امن داده‌ها را در برنامه‌های حساس امکان‌پذیر می‌کند.
-
میان‌افزار در معماری‌های Zero Trust:
- در یک مدل امنیتی Zero Trust، میان‌افزار نقش کلیدی در اجرای احراز هویت و مجوز مستمر ایفا می‌کند و تضمین می‌کند که هر درخواست، صرف‌نظر از منشأ آن، تأیید می‌شود.
- راه‌حل‌های میان‌افزار برای ادغام با سیستم‌های مدیریت هویت و دسترسی (IAM)، ارائه کنترل دسترسی دقیق و اطمینان از اینکه فقط کاربران و سرویس‌های مجاز می‌توانند به منابع حساس دسترسی داشته باشند، طراحی شده‌اند.
میان افزار و ادغام بلاک چین
-
میان افزار بلاک چین:
- از میان‌افزار برای ادغام فناوری بلاک چین در سیستم‌های موجود استفاده می‌شود و پلی بین پایگاه‌های داده سنتی و دفتر کل توزیع شده ایجاد می‌کند. میان‌افزار بلاک چین می‌تواند پیچیدگی‌های مکانیسم‌های اجماع، اجرای قرارداد هوشمند و مدیریت هویت غیرمتمرکز را مدیریت کند.
- به عنوان مثال می توان به میان افزاری اشاره کرد که استفاده از بلاک چین را برای شفافیت زنجیره تامین، به اشتراک گذاری امن داده ها و مدیریت دارایی های دیجیتال تسهیل می کند.
-
میان افزار غیرمتمرکز:
- همانطور که برنامه های غیرمتمرکز (dApps) محبوب تر می شوند، نیاز فزاینده ای به میان افزار غیرمتمرکز وجود دارد که بتواند در شبکه های بلاک چین کار کند. این میان افزار وظایفی مانند ذخیره سازی غیرمتمرکز، ارتباطات و محاسبات را انجام می دهد و امکان توسعه سیستم های کاملاً غیرمتمرکز را فراهم می کند.
- پروژه هایی مانند IPFS (Interplanetary File System) و libp2p نمونه هایی از میان افزارهای غیرمتمرکز هستند که از شبکه های همتا به همتا و ذخیره سازی داده های توزیع شده پشتیبانی می کنند.
میان افزار در DevOps و یکپارچه سازی مداوم/ استقرار مستمر (CI/CD)
-
میان افزار برای اتوماسیون DevOps:
- میان‌افزار به طور فزاینده‌ای در خطوط لوله DevOps ادغام می‌شود و وظایفی مانند استقرار، مقیاس‌بندی و مدیریت پیکربندی را خودکار می‌کند. پلتفرمهای میان‌افزاری که از زیرساخت به‌عنوان کد (IaC) پشتیبانی می‌کنند، تیم‌ها را قادر می‌سازند تا تهیه و مدیریت زیرساخت را به روشی ثابت و قابل تکرار خودکار کنند.
- Middleware همچنین با خودکارسازی تست، استقرار و نظارت از تحویل مداوم پشتیبانی می کند و اطمینان می دهد که تغییرات کد به سرعت و با اطمینان به تولید تحویل می شود.
-
میان افزار در استقرار مداوم (CD):
- از میان‌افزار می‌توان برای تسهیل استقرار سبز-آبی، انتشار قناری و به‌روزرسانی‌های چرخشی استفاده کرد و خطر خرابی در طول استقرار را کاهش داد. این امکان را به توسعه دهندگان می دهد تا نسخه های جدید برنامه ها را به تدریج اجرا کنند و در صورت شناسایی مشکلات، قابلیت بازگرداندن آنها را دارند.
- همچنین نقشی را در تست A/B ایفا می‌کند، جایی که میان‌افزار ترافیک را به نسخه‌های مختلف یک برنامه هدایت می‌کند تا داده‌های عملکرد و بازخورد کاربر را جمع‌آوری کند.
میان افزار و آینده محاسبات کوانتومی
-
میان افزار کوانتومی:
- با پیشرفت محاسبات کوانتومی، میان افزارها برای ایجاد پل ارتباطی بین سیستم های کلاسیک و کوانتومی در حال توسعه هستند. میان افزار کوانتومی وظایفی مانند اجرای مدار کوانتومی، تصحیح خطا و ارتباط بین پردازنده های کوانتومی و کامپیوترهای کلاسیک را مدیریت می کند.
- میان‌افزار در محاسبات کوانتومی می‌تواند به انتزاع پیچیدگی الگوریتم‌های کوانتومی کمک کند و ادغام قابلیت‌های کوانتومی در برنامه‌های موجود را برای توسعه‌دهندگان آسان‌تر کند.
-
میان افزار ترکیبی کوانتومی-کلاسیک:
- در سیستم‌های ترکیبی کوانتومی کلاسیک، میان‌افزار تعامل بین منابع کوانتومی و کلاسیک را هماهنگ می‌کند و گردش کار را برای استفاده از نقاط قوت هر دو بهینه می‌کند. این در کاربردهایی مانند یادگیری ماشین کوانتومی، که در آن پردازنده‌های کوانتومی وظایف خاصی را انجام می‌دهند، در حالی که پردازنده‌های کلاسیک کارهای دیگر را انجام می‌دهند، بسیار مهم است.
- این میان افزار انتقال داده ها و همگام سازی یکپارچه بین اجزای کوانتومی و کلاسیک را تضمین می کند و راه را برای برنامه های کاربردی محاسبات کوانتومی هموار می کند.
نتیجه گیری
میان‌افزار جزء ضروری در توسعه نرم‌افزار مدرن است که چسبی را فراهم می‌کند که برنامه‌ها، خدمات و سیستم‌های مختلف را به هم متصل می‌کند. خاستگاه آن در محاسبات توزیع شده راه را برای طیف وسیعی از موارد استفاده، از یکپارچه سازی برنامه های کاربردی سازمانی گرفته تا محاسبات ابری و اینترنت اشیا، هموار کرده است. درک انواع و دسته‌های مختلف میان‌افزار به توسعه‌دهندگان کمک می‌کند تا ابزارها و فناوری‌های مناسب را برای نیازهای خاص خود انتخاب کنند و آنها را قادر می‌سازد تا برنامه‌های مقیاس‌پذیر، قابل اعتماد و کارآمد بسازند.
همانطور که تکنولوژی به تکامل خود ادامه می‌دهد، میان‌افزار بخش مهمی از اکوسیستم نرم‌افزاری باقی خواهد ماند و با چالش‌ها و فرصت‌های جدید در زمینه‌هایی مانند ریزسرویس‌ها، توسعه بومی ابری و رایانش لبه سازگار می‌شود. فرقی نمی‌کند سیستم‌های قدیمی را یکپارچه کنید، یک برنامه وب جدید بسازید، یا یک معماری میکروسرویس پیچیده را مدیریت کنید، میان‌افزار کلید شما برای ارتباطات یکپارچه و مدیریت کارآمد داده است.
