Middleware: Erklärung und Anwendung

Middleware ist eine Art Übersetzungsebene zwischen einem Betriebssystem und den darauf laufenden Applikationen. Diese ermöglicht den Austausch und die Verwaltung von Daten, wenn Betriebssystem und Anwendung nicht miteinander kompatibel sind.

Middleware ist eine Software, die unsichtbar im Hintergrund läuft. Es ist eine Anwendung, die sich zwischen einem Betriebssystem und darauf ausgeführten Programmen befindet. Middleware funktioniert wie ein verborgener Übersetzer und ermöglicht so die Kommunikation und Verwaltung verteilter Anwendungen. Middleware ist in der Lage, zwei Anwendungen miteinander zu verbinden, damit Daten und Datenbanken einfacher ausgetauscht werden können. So können Internet-Nutzerinnen und -Nutzer alltägliche Anwendungen wie das Absenden von Formularen auf einer Webseite durchführen oder auf ihr Benutzerprofil zugeschnittene Ergebnisse von dynamischen Webseiten erhalten. Man kann Middleware als Werkzeug für den Austausch zweier Sprachen verstehen.

Von 2000 bis etwa 2010 war Middleware-Software ein Synonym für das Konzept eines Anwendungsservers. Mit der zunehmenden Beliebtheit von Cloud Computing und der Ablösung monolithischer Systeme durch Microservices verändert sich die Middleware jedoch.

Anstatt komplette Anwendungen auf Middleware-Servern bereitzustellen, tendieren Entwicklerinnen und Entwickler dazu, kleinere, auf Microservices basierende Anwendungen zu erstellen. Anschließend verpacken sie diese Microservices mit dem gesamten Wissen, das für die Verbindung mit den benötigten Backend-Ressourcen erforderlich ist, und stellen die Anwendungen in einem containerbasierten System wie Docker bereit.

Der Docker-Container wird dann in einem cloudbasierten Dienst bereitgestellt. Die Middleware läuft dabei als Kombination aus dem im Container gehosteten Mikrodienst und der Cloud-Computing-Infrastruktur, auf der der Container läuft. Dadurch werden weniger Ressourcen verbraucht als bei einem herkömmlichen Server oder auf einer virtuellen Maschine.

Das Wort „Middleware“ stammt aus dem Englischen und kann mit „Zwischenanwendung“ übersetzt werden. Es handelt sich um eine Diensteschicht (eine Software), die zwischen nutzerseitigen Eingaben am Frontend und den im Backend laufenden Abfragen oder Berechnungen sitzt. Ein Client (Benutzer bzw. Benutzerin) wird in der Regel eine Anwendung ausführen, die sich auf dem Frontend befindet, über das er bzw. sie mit der Software interagiert. Ressourcen wie Datenbanken, Dateiserver, NoSQL-Datenspeicher und Nachrichtenwarteschlangen und befinden sich dagegen oft im Backend. Die Middleware sitzt in der Mitte zwischen diesen Enden.

Um von Middleware zu sprechen, muss sie verschiedene Merkmale erfüllen und eine Reihe von Funktionen unterstützen. Darunter fallen die folgenden Punkte:

• Sie arbeitet unabhängig von der vorhandenen Hardware und vom eingesetzten Betriebssystem.
• Sie ist unabhängig von der spezifischen Gestaltung des Netzwerks und der verwendeten Protokolle.
• Sie darf nicht von einer Programmiersprache abhängig sein.
• Sie läuft unbemerkt im Hintergrund.

Es gibt viele Beispiele für Middleware, die jeweils für verschiedene Anwendungen in Web- und Cloud-Diensten entwickelt wurde. Middleware lässt sich in drei unterschiedliche Einsatzbereiche einteilen. Diese fallen wie folgt aus:

Diese Art der Software ist dafür gemacht, unterschiedliche Netzwerktypen auf eine Ebene zu bringen und eine Kommunikation untereinander möglich zu machen. Man findet diese Anwendung bei Webdiensten, bei denen es über das HTTP-Protokoll möglich wird, dass sich zwei Computer unabhängig vom Betriebssystem über das Internet verbinden.

Diese Art von Middleware wird genutzt, wenn zwei unterschiedliche Applikationen Nachrichten austauschen wollen. In welcher Form dies geschieht, wird über die betreffende Middleware bestimmt. Die beteiligten Applikationen sind in der Lage, über dieses Nachrichtenformat Informationen zu senden und zu empfangen. Webdienste nutzen dieses Format oder auch das populäre JSON (JavaScript Object Notation).

Bei Middleware kann es sich um Programmiersprachen oder Betriebssysteme handeln, die so konstruiert sind, dass sie plattformunabhängig funktionieren. Sie kennen vielleicht die Programmiersprache .NET, mit der Anwendungen für mehrere Betriebssysteme programmiert werden können. API-Middleware stellt Entwicklerinnen und Entwicklern Werkzeuge zur Verfügung, mit denen sie APIs für ihre Anwendungen erstellen, offenlegen und verwalten können, damit andere Entwickelnde eine Verbindung zu ihnen herstellen können. RPC-Middleware erlaubt es einer Anwendung, eine Prozedur in einer anderen Anwendung auszulösen. Diese Prozedur kann dank RPC auf demselben Computer, auf einem anderen Computer oder über das Netzwerk laufen.

Auf der einfachsten Ebene ermöglicht Middleware Entwickelnden, Anwendungen zu erstellen, ohne jedes Mal für eine benutzerdefinierte Integration sorgen zu müssen, wenn sie eine Verbindung zu Anwendungskomponenten, Datenquellen, Rechenressourcen oder Geräten herstellen. Dies geschieht durch die Bereitstellung von Diensten, die es ermöglichen, über gängige Messaging-Frameworks zu kommunizieren. Beispiele für solche Frameworks sind JSON (JavaScript Object Notation), REST (Representational State Transfer), XML (Extensible Markup Language), SOAP (Simple Object Access Protocol) oder Webservices.

In der Regel stellt Middleware auch Dienste zur Verfügung, die eine Kommunikation zwischen Komponenten ermöglichen, die in verschiedenen Sprachen geschrieben wurden, z. B. Java, C++, PHP, Python.

Ohne es zu wissen, arbeiten die meisten Menschen tagtäglich mit Hilfe von Middleware. Folgende Einsätze sind typisch:

Anwendungen in Webbrowsern werden meistens über Middleware bewerkstelligt. Das Ausfüllen von Kontaktformularen oder die Anmeldung für einen Newsletter sind oft genutzte Anwendungen. Egal von welchem Browser oder Betriebssystem die Eingabe stammt, Middleware kann sie in ein universelles Format übersetzen und in einer Datenbank speichern.

Middleware verwaltet die Konnektivität zu verschiedenen Backend-Ressourcen. Eine solche Komponente kann einen schnellen und effizienten Zugriff auf eine Backend-Datenbank ermöglichen. Darüber hinaus kann eine Middleware-Software Verbindungen zu cloudbasierten Ressourcen verwalten.

Middleware kann eine Anfrage des Benutzers bzw. der Benutzerin entgegennehmen und Daten ermitteln, mit denen dann die Anfrage-Ergebnisse angepasst werden. Die Middleware-Anwendung kann beispielsweise erkennen, dass ein Client-Browser, der eine bestimmte Anfrage stellt, die Kopfzeile für die Sprache auf Englisch eingestellt hat. Die Abfragen an das Backend werden angepasst, sodass nur Ergebnisse auf Englisch zurückgegeben werden.

Noch ein Beispiel ist die geografische Standortbestimmung des anfragenden Clients anhand seiner IP-Adresse. Der Server kann dann Daten zurücksenden, die am besten zum Standort passen.

Middleware spielt eine wichtige Rolle bei der gleichzeitigen Verarbeitung, dem Lastausgleich und der Transaktionsverwaltung. Sie ist in der Lage, eingehende Client-Anfragen auf mehrere Server, virtuelle Maschinen oder Verfügbarkeitszonen in der Cloud zu verteilen.

Middleware-Software kann auch Konflikte managen, die möglicherweise auftauchen, wenn mehrere Clients parallel anfragen und versuchen, auf eine bestimmte Information im Backend zuzugreifen oder diese zu verändern. Wenn der Anwendungsverkehr zunimmt, kann die Firmen-Middleware so eingerichtet werden, dass Client-Anfragen auf mehrere Server verteilt werden, sei es vor Ort oder in der Cloud.

Middleware überwacht und sichert den Zugriff auf Backend-Ressourcen. Sie kann die Berechtigung von Clients abfragen. Dies erfordert eine sichere Verbindung über TLS und benötigt entweder eine Authentifizierung, bestehend aus Benutzernamen und Passwort, oder ein digitales Zertifikat. Mit Hilfe dieser Sicherheitsfeatures wird dann geprüft, ob dem externen Client der Zugriff auf die betreffenden Datenserver gestattet werden kann. Wird die Berechtigung erteilt, werden die Daten über eine sichere und verschlüsselte Verbindung vom Middleware-Server an den Client gesendet.

Die Funktion von Middleware ist es, Kommunikation zwischen verschiedenen Systemen möglich zu machen. Typische Vorgänge in Unternehmen sind:

• Verwaltung von Finanztransaktionen
• Programme für die Sicherheitsauthentifizierung der Mitarbeitenden
• Koordinierung von rechnerintensiven Anwendungen auf Firmenservern

Welcher Nachrichtentyp zu Anwendung kommt, kann von der Firma, die die Middleware im Einsatz hat, bestimmt werden. Die Entscheidung hängt davon ab, welche Dienste im Unternehmen eingesetzt werden und welche Art von Daten über die Middleware verarbeitet werden sollen.