Escalabilidade em Aplicações Web Utilizando Banco de Dados Não-Relacional e Programação Orientada a Eventos na Camada Server-Side com Node.JS

1. Escalabilidade em Aplicações Web Utilizando
Banco de Dados Não-Relacional e
Programação Orientada a Eventos na Camada
Server-Side com Node.JS
Trabalho de Conclusão de Curso!
Vagner José Santana
Prof. Dr. Ronaldo Celso Messias Correia
Disponível em vagnersantana.com/tcc

2. Agenda
•
Formulação do Problema e Motivação
•
Objetivos
•
Escalabilidade
•
Modelo Cliente-Servidor
•
Programação Orientada a Eventos e Node.js
•
Bancos de Dados Não-Relacionais e MongoDB
•
Modelo Proposto
•
Estudo de Caso
•
Implementação
•
Testes e Resultados
•
Conclusões
2

3. Formulação do Problema e Motivação
•
Aumento de usuários e dispositivos conectados à
Internet
•
Estrutura escaláveis: vertical e horizontal
•
Modelo atual possui limitações
•
Repensar o desenvolvimento de aplicações web
3

4. Objetivos
•
Desenvolvimento de uma aplicação utilizando
orientação a eventos em Node.js
•
Utilização do banco de dados não-relacional
MongoDB.
•
Desenvolvimento de uma aplicação com propósito
de comparação
•
Realização de testes
•
Análise dos resultados obtidos
4

5. Escalabilidade
“Escalabilidade é uma característica desejável em
todo o sistema, em uma rede ou em um processo, que
indica sua habilidade de manipular uma porção
crescente de trabalho de forma uniforme, ou estar
preparado para crescer.”
André B. Bondi, 'Characteristics of scalability and their impact on performance', Proceedings of the 2nd
international workshop on Software and performance, Ottawa, Ontário, Canadá, 2000, ISBN 1-58113-195X, pagina 195 - 203
5

6. !6

7. Modelo Cliente-Servidor
•
Dividir em camadas as partes que interagem com
um aplicação
•
Protocolo TCP/IP
•
Software web server
•
Requisições HTTP
•
Apache HTTP Server
•
I/O
7

8. Modelo Cliente-Servidor
Modelo Cliente-Servidor de três camadas
8

9. Operações I/O
•
I/O Bloqueante
•
I/O Não-Bloqueante
•
Polling / Async
9

10. C10K Problem
•
Dan Kegel, 1999
•
Servidores suportam no máximo 10
mil conexões simultâneas
•
Hardware não é o único problema
•
Concorrência utilizando threads
10

11. Programação Orientada a Eventos
•
Paradigma: maneira como uma linguagem
estrutura seu fluxo
•
Fluxo de controle guiado por sinais externos
•
Normalmente utilizada no desenvolvimento de
interfaces de usuário
•
Aguarda pelo disparo de um evento
11

12. Programação Orientada a Eventos
• Evento:
maneira de indicar que algo
aconteceu
• Permite
criar fluxos assíncronos
• Request
• Event
/ Response
Producer / Event Consumer
• Callbacks
12

13. Programação Orientada a Eventos
Exemplo do fluxo de execução de uma aplicação assíncrona
13

14. Node.js
•
JavaScript Server Side
•
Async
•
Event-Driven I/O
•
Non-blocking
•
V8 Engine (Google
Chrome)
•
C libev / libeio
Arquitetura do Node.js
14

15. Node.js
•
Módulos
•
Não existe garantia da ordem de execução
de chamadas
•
Single Thread
•
Constante atualização
15

16. Bancos de Dados Não-Relacionais
•
Suprir as limitações presentes no modelo relacional
•
Grande volumes de dados
•
Foco em escalabilidade e performance
•
Multiplas vertentes e bancos de dados
desenvolvidos
•
Modelagem Flexível
•
Acesso via APIs simples
16

17. Bancos de Dados Não-Relacionais
•
Eventual Consistency
•
Ausência de ACID
•
BASE: Disponibilidade, Estado Leve e
Consistência em Momento Indeterminado
•
Prioriza escalabilidade e disponibilidade
•
Menor tempo de resposta em consultas
•
Maior grau de concorrência
17

18. MongoDB
•
Desenvolvido em linguagem C++
•
Alta Performance
•
Integração com a linguagem JavaScript
•
Schema baseado em coleções
•
Coleções armazenam Documentos
18

19. MongoDB
•
Documentos são baseado no conjunto de
chaves e valores
•
Formato JSON (JavaScript Object Notation)
•
Ausência de tabelas adicionais para
armazenar relações
•
Documentos podem ter diferentes
estruturas
19

20. MongoDB
•
ObjectID
•
Sharding
•
GridFS
20

21. Collection 1
Collection 2
Collection 3
JSON
JSON
JSON
JSON
JSON
JSON
JSON
JSON
JSON
JSON
JSON
JSON
JSON
JSON
JSON
JSON
JSON
JSON

22. Modelo Proposto

23. Estrutura do modelo proposto
23

24. Estudo de Caso
•
Validar a proposta
•
Módulo de um sistema acadêmico
•
Foco em disponibilização de materiais
•
Professores, Alunos, Turmas, Disciplinas,
Cursos, Materiais
24

25. Implementação

26. Aplicação 1
•
Modelo proposto
•
Banco de Dados Não-Relacional
(MongoDB)
•
Linguagem JavaScript
•
Node.js
26

27. Aplicação 2
•
Modelo básico
•
Banco de Dados Relacional (MySQL)
•
Linguagem PHP
•
Apache HTTP Server
27

28. Modelagem Relacional
Modelo Entidade-Relacionamento
28

29. Modelagem Não-Relacional
•
Análise do estudo de caso
•
Ausência de normalização
•
Elementos chaves serão Coleções
•
Documentos armazenam Documentos
29

30. Modelagem Não-Relacional
Estrutura de um documento da coleção "cursos"
30

31. Modelagem Não-Relacional
Estrutura de um documento da coleção "alunos"
31

32. Modelagem Não-Relacional
Estrutura de um documento da coleção "materiais"
32

33. Implementação em JavaScript
•
Rotas
•
Modelos
•
Restify
•
Mongoose
33

34. Implementação em JavaScript
Arquivo “app.js”
34

35. Implementação em JavaScript
Definição de rota em “routes/aluno.js"
Definição da estrutura de um documento em um modelo
35

36. Implementação em JavaScript
Definição de um método em um modelo
36

37. Testes
Realizados

38. Testes
•
Métrica 1: Requisições Sequenciais
•
Métrica 2: Requisições Concorrentes
38

39. Resultados

40. Resultados - Métrica 1
Inserção de Dados - 10.000 requisições
40

41. Resultados - Métrica 1
Consulta de Dados - 10.000 requisições
41

42. Resultados - Métrica 1
Atualização de Dados - 10.000 requisições
42

43. Resultados - Métrica 2
Consulta de Dados - 10.000 requisições / 100 concorrentes
43

44. Resultados - Métrica 2
Atualização de Dados - 10.000 requisições / 100 concorrentes
44

45. Conclusões

46. Conclusões
•
Desenvolvimento em Node.js pode ser feito de
maneira simples, modular e projetável
•
Operações não-bloqueantes obtiveram desempenho
superior (de seis a oito vezes) ao modelo bloqueante
•
Node.js pode ser usado em produção (ex. PayPal)
•
Flexibilidade do modelo não-relacional
•
Busca em MongoDB tempo de resposta alto
•
Trabalhos futuros: utilização de Sharding e
clusterização do Node.js
46

47. Obrigado!
Escalabilidade em Aplicações Web Utilizando
Banco de Dados Não-Relacional e
Programação Orientada a Eventos na Camada
Server-Side com Node.JS
Trabalho de Conclusão de Curso!
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