Бэкенд-инжиниринг — это процесс проектирования, создания и обслуживания серверной части программного приложения. Бэкенд-инженеры отвечают за логику приложения, а также за данные, которые приложение хранит и к которым обращается. Обычно они работают с различными технологиями, включая языки программирования, базы данных и веб-фреймворки. Они должны иметь четкое представление об архитектуре программного обеспечения и принципах проектирования, а также способность устранять неполадки и отлаживать сложный код.
Backend-инженеры играют жизненно важную роль в разработке программных приложений. Они несут ответственность за обеспечение надежности, масштабируемости и безопасности приложения. Они также тесно сотрудничают с фронтенд-инженерами, чтобы убедиться, что приложение удобно для пользователя и отвечает потребностям конечных пользователей. Давайте рассмотрим некоторые важные навыки, которыми должен обладать бэкэнд-инженер, помимо кодирования, которое выделяет его.
Протоколы связи
В бэкэнд-инжиниринге протоколы связи используются для облегчения связи между интерфейсом и сервером веб-приложения или мобильного приложения, а также между различными серверными службами.
Некоторые из наиболее распространенных протоколов связи, используемых в бэкэнд-инжиниринге, включают:
- HTTP. Протокол передачи гипертекста (HTTP) является наиболее широко используемым протоколом связи в Интернете. Он используется для передачи данных между клиентами (например, веб-браузерами) и серверами. HTTP — это протокол «запрос-ответ», что означает, что клиент отправляет запрос на сервер, а сервер отправляет ответ обратно клиенту.
- HTTPS: HTTPS — это безопасная версия HTTP, в которой используется безопасность транспортного уровня (TLS) для шифрования данных между клиентом и сервером. Это делает HTTPS более безопасным, чем HTTP, и часто используется для веб-сайтов, которые обрабатывают конфиденциальные данные, такие как номера кредитных карт или пароли.
- WebSockets. WebSockets — это новый протокол связи, обеспечивающий двунаправленную связь между клиентом и сервером. Это означает, что клиент и сервер могут отправлять сообщения друг другу в любое время без необходимости устанавливать новое соединение для каждого сообщения. Веб-сокеты часто используются для приложений реального времени, таких как приложения для чата или многопользовательские игры.
- gRPC: gRPC — это высокопроизводительная платформа RPC с открытым исходным кодом, использующая HTTP/2 в качестве транспортного уровня. gRPC часто используется для архитектур микросервисов, поскольку он обеспечивает эффективную связь между сервисами.
- AMQP: Advanced Message Queuing Protocol (AMQP) — это протокол обмена сообщениями, который используется для обмена сообщениями между различными приложениями. AMQP — это надежный протокол, который можно использовать для отправки сообщений по различным сетям, включая Интернет.
Кроме того, понимание TCP, UDP и сетей в целом является дополнительным преимуществом. Выбор протокола связи зависит от конкретных требований приложения.
Веб-серверы
Веб-серверы являются неотъемлемой частью внутренней разработки. Они отвечают за получение запросов от клиентов, таких как веб-браузеры, и возврат ответов. Ответы могут представлять собой статический контент, например HTML-страницы или изображения, или динамический контент, например результаты запроса к базе данных. Они несут ответственность за:
- Обслуживание статического контента. Веб-серверы отвечают за обслуживание статического контента, такого как HTML-страницы, изображения и файлы CSS. Этот контент обычно хранится на жестком диске веб-сервера и предоставляется клиентам по их запросу.
- Обработка динамического контента. Они также могут обрабатывать динамический контент. Этот контент генерируется веб-сервером «на лету», обычно в ответ на запрос клиента. Например, веб-сервер может создать динамическую веб-страницу, содержащую результаты запроса к базе данных.
- Управление сеансами. Веб-серверы также могут управлять сеансами. Сессия — это способ отслеживания активности пользователя на веб-сайте. Обычно это делается путем присвоения пользователю уникального идентификатора, который хранится на веб-сервере. Затем веб-сервер может использовать этот идентификатор для отслеживания действий пользователя на веб-сайте.
- Управление безопасностью. Веб-серверы также могут управлять безопасностью. Сюда входят такие задачи, как аутентификация пользователей, шифрование данных и предотвращение несанкционированного доступа к веб-сайту.
- Кэширование: может кэшировать статический контент, что может повысить производительность веб-сайта.
- Балансировка нагрузки. Их можно использовать для балансировки нагрузки веб-сайта, что означает, что они могут распределять трафик между несколькими серверами. Это может помочь повысить производительность веб-сайта, особенно в периоды высокой посещаемости.
- Сети доставки контента (CDN). Веб-серверы можно использовать для создания сетей доставки контента (CDN). CDN — это способ доставки статического контента с нескольких серверов, расположенных по всему миру. Это может помочь повысить производительность веб-сайта для пользователей, находящихся в разных частях мира.
Прокси
Прокси — важная часть серверной разработки. Их можно использовать для повышения производительности, безопасности и масштабируемости веб-приложений.
Существует два основных типа прокси: прямые прокси и обратные прокси.
- Прокси-серверы пересылки располагаются между клиентом и сервером. Их можно использовать для фильтрации запросов, регистрации запросов или иногда преобразования запросов (путем добавления/удаления заголовков, шифрования/дешифрования или сжатия).
- Обратные прокси-серверы располагаются перед группой серверов. Они получают запросы от клиентов, а затем пересылают их на соответствующий сервер. Обратные прокси-серверы можно использовать для повышения производительности, безопасности и масштабируемости.
Вот некоторые из преимуществ использования прокси-серверов в бэкэнд-инжиниринге:
- Производительность. Прокси-серверы могут повысить производительность веб-приложений за счет кэширования часто используемого контента. Это может уменьшить количество запросов к исходному серверу, что может повысить производительность.
- Безопасность. Прокси-серверы могут повысить безопасность веб-приложений, фильтруя запросы и блокируя вредоносный трафик. Это может помочь защитить веб-приложения от таких атак, как межсайтовый скриптинг (XSS) и внедрение SQL.
- Масштабируемость. Прокси-серверы помогают масштабировать веб-приложения, распределяя трафик между несколькими серверами. Это может помочь повысить производительность в периоды высокого трафика.
- Обход географических ограничений. Их можно использовать для обхода географических ограничений, то есть ограничений, запрещающих пользователям доступ к определенным веб-сайтам или контенту в зависимости от их местоположения.
- Защита конфиденциальности пользователей. Прокси-серверы можно использовать для защиты конфиденциальности пользователей, скрывая их реальный IP-адрес. Это может быть полезно для пользователей, которые хотят защитить свою конфиденциальность при просмотре веб-страниц.
Понимая преимущества использования прокси-серверов, бэкенд-инженеры могут создавать более надежные и эффективные веб-приложения.
Базы данных
используется для хранения и извлечения данных, что необходимо для большинства веб-приложений.
Существует два основных типа баз данных: реляционные базы данных и базы данных NoSQL.
- Реляционные базы данных — наиболее распространенный тип баз данных. Они хранят данные в таблицах, состоящих из строк и столбцов. Каждая строка представляет собой запись, а каждый столбец представляет часть данных об этой записи. Примеры: MySQL, PostgreSQL, Oracle, SQL Server.
- Базы данных NoSQL – это новый тип баз данных, предназначенный для хранения и извлечения неструктурированных или частично структурированных данных. В базах данных NoSQL не используются таблицы, и они более гибкие, чем реляционные базы данных. Примеры: MongoDB, Cassandra, DynamoDB, Redis.
Бэкенд-инженерам необходимо понимать различные типы баз данных и способы их использования. Им также необходимо понимать различные запросы к базе данных, которые можно использовать для извлечения данных из баз данных.
Базы данных используются бэкэнд-инжинирингом для следующих целей:
- Хранение данных. Базы данных — отличный способ хранения больших объемов данных. Они также очень эффективны при извлечении данных, что может повысить производительность веб-приложений.
- Безопасность данных. Базы данных можно использовать для защиты данных. Это связано с тем, что базы данных могут быть зашифрованы, и их также можно использовать для контроля доступа к данным.
- Масштабируемость данных. Их можно масштабировать в соответствии с потребностями растущего веб-приложения. Это связано с тем, что базы данных могут быть распределены по нескольким серверам.
- Выполнение аналитики: может использоваться для выполнения аналитики данных. Это можно использовать для получения информации о поведении пользователей, что может помочь улучшить взаимодействие с пользователем в веб-приложении.
- Автоматизировать задачи. Их можно использовать для автоматизации задач. Это можно использовать для повышения эффективности веб-приложения.
Кэширование
Кэширование — это метод, при котором часто используемые данные сохраняются во временном расположении, чтобы к ним можно было получить более быстрый и легкий доступ. Это может повысить производительность веб-приложений за счет сокращения количества обращений к базе данных.
Существует два основных типа кэширования:
- Кэширование в памяти сохраняет данные в памяти сервера. Это самый быстрый тип кэширования, но и самый нестабильный. Если сервер перезагрузится, кэш в памяти будет потерян.
- Дисковое кэширование сохраняет данные на диске сервера. Это медленнее, чем кэширование в памяти, но более устойчиво. Если сервер перезагрузится, кэш диска будет восстановлен.
Бэкенд-инженерам необходимо понимать различные типы кэширования и способы их использования. Им также необходимо понимать компромиссы между производительностью и настойчивостью.
Вот некоторые из преимуществ использования кэширования в бэкэнд-инжиниринге:
- Производительность. Кэширование может повысить производительность веб-приложений за счет сокращения количества обращений к базе данных. Это может улучшить время отклика веб-приложений, что может улучшить взаимодействие с пользователем.
- Масштабируемость. Кэширование помогает масштабировать веб-приложения за счет снижения нагрузки на базу данных. Это может помочь повысить производительность веб-приложений в периоды высокого трафика.
- Стоимость. Может помочь снизить стоимость веб-приложений за счет уменьшения количества необходимых запросов к базе данных.
- Повышение надежности: может помочь повысить надежность веб-приложений за счет сокращения количества обращений к базе данных. Это может помочь предотвратить перегрузку базы данных, что может привести к ошибкам.
- Повышение безопасности. Кэширование может помочь повысить безопасность веб-приложений за счет сокращения количества обращений к конфиденциальным данным. Это может помочь защитить конфиденциальные данные от утечки.
Вот некоторые из наиболее популярных решений для кэширования, используемых в бэкэнд-инжиниринге:
- Redis: Redis — это хранилище данных в памяти, которое часто используется для кэширования. Это быстрое и масштабируемое решение, которое хорошо подходит для кэширования часто используемых данных.
- Memcached: Memcached — еще одно хранилище данных в памяти, которое часто используется для кэширования. Это более простое и менее многофункциональное решение, чем Redis, но оно также быстрее.
- Ehcache: Ehcache — это решение для кэширования на основе Java, которое часто используется для кэширования в веб-приложениях. Это надежное и масштабируемое решение, которое хорошо подходит для кэширования часто используемых данных.
Системы обмена сообщениями
Системы обмена сообщениями используются для разделения различных частей приложения, обеспечения надежной связи и масштабирования приложений. Существует два основных типа систем обмена сообщениями:
- Очереди сообщений — это способ хранения сообщений до тех пор, пока они не будут готовы к обработке. Сообщения хранятся в очереди и обрабатываются в порядке поступления.
- Шины событий позволяют публиковать события и подписываться на них. События — это сообщения, которые публикуются одной частью приложения и на которые могут подписаться другие части приложения.
Вот некоторые из преимуществ использования систем обмена сообщениями в бэкэнд-инжиниринге:
- Развязка. Системы обмена сообщениями можно использовать для разделения разных частей приложения. Это означает, что различные части приложения могут взаимодействовать друг с другом, не зная друг о друге. Это может сделать приложения более надежными и масштабируемыми.
- Надежная связь. Их можно использовать для обеспечения надежной связи. Это означает, что сообщения не теряются и не искажаются, и они доставляются в том порядке, в котором они были отправлены.
- Масштабируемость: можно масштабировать в соответствии с потребностями растущего приложения. Это связано с тем, что системы обмена сообщениями могут быть распределены по нескольким серверам.
- Реализовать асинхронную связь: может использоваться для реализации асинхронной связи. Это означает, что сообщения можно отправлять без блокировки отправителя. Это может повысить производительность приложений.
- Внедрение архитектуры, управляемой событиями. Может использоваться для реализации архитектуры, управляемой событиями. Это означает, что приложения могут реагировать на события, происходящие в других частях приложения. Это может сделать приложения более отзывчивыми.
Вот некоторые из наиболее популярных систем обмена сообщениями, используемых в бэкэнд-инжиниринге:
- Apache Kafka: Apache Kafka — это популярная очередь сообщений, которая часто используется для потоковой передачи данных. Это надежное и масштабируемое решение, которое хорошо подходит для обработки больших объемов данных.
- RabbitMQ: RabbitMQ — еще одна популярная очередь сообщений, которая часто используется для асинхронной связи. Это надежное и масштабируемое решение, которое хорошо подходит для развязки приложений.
- Amazon SQS: Amazon SQS — это служба управляемой очереди сообщений, предлагаемая Amazon Web Services (AWS). Это надежное и масштабируемое решение, которое хорошо подходит для крупномасштабных приложений.
Веб-фреймворки API
Веб-фреймворки API — это тип программной платформы, которая используется для создания и поддержки API. API — это способ взаимодействия различных приложений друг с другом. Некоторые из самых популярных веб-фреймворков API включают в себя:
- Django REST Framework: Django REST Framework — это популярная среда Python для создания RESTful API. Это хорошо документированный и хорошо поддерживаемый фреймворк, который прост в освоении и использовании.
- Express: Express — это популярная среда JavaScript для создания API. Это легкая структура, которую легко изучить и использовать.
- Laravel: Laravel — это популярный PHP-фреймворк для создания API. Это многофункциональная платформа, которую легко освоить и использовать.
- Flask: Flask — это популярная среда Python для создания API. Это микрофреймворк, который прост в освоении и использовании.
- Spring Boot: Spring Boot — популярная среда Java для создания API. Это многофункциональная платформа, которую легко освоить и использовать.
Помимо упомянутых выше фреймворков, существует множество других доступных веб-фреймворков API. Лучшая структура для конкретного проекта будет зависеть от конкретных требований проекта.
Вот некоторые факторы, которые следует учитывать при выборе веб-фреймворка API:
- Язык программирования. Платформа должна быть написана на языке программирования, с которым знаком разработчик.
- Функции. Платформа должна иметь функции, необходимые для проекта.
- Документация. Платформа должна иметь хорошую документацию, на которую может ссылаться разработчик.
- Сообщество. Платформа должна иметь сильное сообщество, которое может оказать поддержку и помочь в устранении неполадок.
Форматы сообщений
Форматы сообщений — это способ представления данных, которые передаются между различными частями серверного приложения. Некоторые из самых популярных форматов сообщений включают в себя:
- JSON. JSON — это легкий текстовый формат, который легко читать и писать. Это хороший выбор для сообщений, которые должны быть удобочитаемыми.
- XML: XML — более сложный формат, чем JSON, но более гибкий. Это хороший выбор для сообщений, которые должны быть машиночитаемыми.
- Буферы протокола. Буферы протокола представляют собой очень эффективный двоичный формат. Они являются хорошим выбором для сообщений, которые необходимо передавать по сети.
- Avro: Avro — это двоичный формат, похожий на буферы протокола. Это хороший выбор для сообщений, которые необходимо передать по сети.
Вот некоторые из факторов, которые следует учитывать при выборе формата сообщения:
- Удобочитаемость. Формат должен легко читаться и пониматься людьми.
- Гибкость. Формат должен быть достаточно гибким, чтобы представлять данные, которые необходимо передать приложению.
- Эффективность. Формат должен быть эффективным с точки зрения занимаемого места и пропускной способности.
- Простота использования. Формат должен быть удобным для приложения.
Безопасность
Бэкенд-инженерам необходимо понимать различные риски безопасности, которые могут повлиять на веб-приложения, и способы снижения этих рисков.
Некоторые из наиболее распространенных угроз безопасности, влияющих на веб-приложения, включают:
- Атаки с внедрением. Атаки с внедрением — это тип атаки, при котором вредоносный код внедряется в веб-приложение. Это можно сделать с помощью URL-адреса, тела запроса или заголовков.
- Атаки с использованием межсайтовых сценариев (XSS). XSS-атаки — это тип атаки, при которой вредоносный код внедряется в веб-приложение. Затем этот код может быть выполнен браузером жертвы, который может украсть файлы cookie или другую конфиденциальную информацию.
- Атаки с внедрением SQL. Атаки с внедрением SQL — это тип атаки, при которой вредоносный код внедряется в веб-приложение. Затем этот код может быть выполнен базой данных, что может привести к краже данных или даже к сбою базы данных.
- Атаки «человек посередине». Атаки «человек посередине» — это тип атаки, при которой злоумышленник перехватывает трафик между клиентом и сервером. Это позволяет злоумышленнику видеть и изменять трафик, который можно использовать для кражи данных или выполнения других вредоносных действий.
Бэкенд-инженеры могут снизить эти риски, следуя рекомендациям по обеспечению безопасности. Некоторые из наиболее важных передовых методов обеспечения безопасности включают в себя:
- Использование надежных паролей. Инженеры серверной части должны использовать надежные пароли для всех учетных записей, включая учетные записи веб-приложений. Надежные пароли должны состоять не менее чем из 12 символов и содержать сочетание прописных и строчных букв, цифр и символов.
- Шифрование данных. Инженеры серверной части должны шифровать конфиденциальные данные, такие как пароли и номера кредитных карт. Это затруднит злоумышленникам кражу данных, если они смогут получить доступ к веб-приложению.
- Проверка входных данных. Инженеры серверной части должны проверять все входные данные, полученные от клиента. Это поможет предотвратить инъекционные атаки.
- Использование брандмауэра веб-приложений (WAF). WAF — это устройство безопасности, которое может помочь защитить веб-приложения от различных атак. WAF можно использовать для блокировки вредоносного трафика, фильтрации спама, а также для обнаружения и предотвращения инъекционных атак.
- Поддержание программного обеспечения в актуальном состоянии. Инженеры по бэкэнду должны обновлять все программное обеспечение, включая операционную систему, платформу веб-приложений и любые сторонние библиотеки. Это поможет гарантировать, что программное обеспечение исправлено против известных уязвимостей.
- Мониторинг веб-приложений. Инженеры серверной части должны отслеживать подозрительную активность своих веб-приложений. Это можно сделать с помощью WAF или настроив оповещения для определенных типов событий.
- Резервное копирование данных. Бэкенд-инженеры должны регулярно создавать резервные копии своих данных. Это поможет защитить данные в случае нарушения безопасности.
Следуя этим соображениям безопасности, бэкэнд-инженеры могут помочь обеспечить безопасность своих веб-приложений.
Заключение
Бэкэнд-инжиниринг включает в себя широкий спектр навыков и областей знаний. Расширяйте свой опыт, следите за обновлениями и постоянно учитесь, чтобы преуспеть в этой захватывающей области.