Introdução ao Desenvolvimento de Aplicações

Tudo nasce com um problema, uma necessidade de alguém. Pode ser algo essencial, como um problema na área de saúde, ou não, como a necessidade de ouvir músicas.

Então, os desenvolvedores devem construir aplicações que resolvam esses problemas e satisfaçam essas necessidades. A área da computação que se preocupa em entender os conceitos e técnicas relevantes na construção dessas aplicações é conhecida como Desenvolvimento de Aplicações. Esse capítulo busca dar um visão geral sobre essa área.

O que é uma aplicação?

Uma aplicação é um software (um programa, ou conjunto de programas) criado para executar tarefas para um usuário, ao contrário de softwares que existem para gerenciar o próprio computador (como um sistema operacional, um driver de dispositivo ou um compilador). A palavra “aplicação” deriva justamente dessa ideia: a aplicação do poder computacional a um problema humano.

Certas propriedades diferenciam uma aplicação de outros tipos de software:

1. Orientado a domínio. Uma aplicação serve para resolve um problema em algum domínio: gerenciar as finanças, editar fotos, reservar passagens aéreas, conversar com os amigos.

2. User-facing. Uma aplicação é uma fronteira de interação. Um usuário humano abre, utiliza e fecha uma aplicação. É o que distingue uma aplicação de uma biblioteca ou serviço de software. Uma biblioteca pode ser usada por uma aplicação; um serviço atua como o motor por trás de uma aplicação; mas a aplicação é a “coisa” que o usuário percebe e interage.

3. Composição. Aplicações modernas raramente são compostas de um único programa. Invés disso, elas são um conjunto de programas interagindo entre si: um site na web, um aplicativo em um dispositivo móvel, um servidor por trás, um banco de dados, etc. Todos esses formam, em conjunto, a aplicação.

   Esses programas comunicam-se entre si utilizando protocolos de redes de computadores. O protocolo mais relevante em aplicações modernas é o protocolo HTTP, que será abordado em Noções de Redes de Computadores.

Interfaces de Usuário

Como aplicações são user-facing, é necessário que exista alguma forma do usuário-fim emitir comandos para a aplicação. Isto é, é necessário que exista alguma interface de usuário (User Interface ou UI). Uma interface de usuário pode ser implementada de várias formas.

Graphical User Interfaces (GUIs)

A forma mais comum de implementar uma interface de usuário é através de menus, telas e cliques em botões.

A maioria das aplicações que são utilizadas pelo usuário comum, aquele com pouca formação em computação, são classificadas como GUIs (Graphical User Interfaces). Isto é, são aplicações cuja a interface é gráfica, composta de menus, telas, cores, botões, etc. Essas GUIs podem ser acessadas a partir de vários meios ou plataformas. As principais plataformas hoje em dia são:

• Desktop. São aplicações que são abertas diretamente num computador desktop (PC, laptop) , por meio de algum sistema operacional, como o Windows, Linux ou macOS.

  Exemplos: Spotify Desktop, Whatsapp Desktop, Google Chrome, Microsoft Edge, Explorador de Arquivos, Gerenciador de Tarefas, Steam Desktop, etc.

• Mobile. São aplicações muito semelhantes às desktop mas que, ao invés de serem abertas em um dispositivo desktop, são abertas em dispositivos móveis, como smartphones e tablets, que rodam sistemas operacionais móveis, como Android e iOS.

  Exemplos: aplicativo do Spotify no Android, Whatsapp no Android, Whatsapp no iOS, etc.

  Aplicações para desktop ou mobile são conhecidas como aplicações nativas, pois rodam diretamente acima do sistema operacional.

• Web. São aplicações acessadas por meio de um site, utilizando um navegador web (Google Chrome, Mozilla Firefox, Microsoft Edge, Safari).

  Exemplos: Spotify Web, Whatsapp Web, SIGAA, etc.

  Diferentemente das aplicações nativas, as aplicações web não rodam diretamente acima do sistema operacional, mas sim por meio de um navegador web. Note que quem atua como aplicação nativa nesses casos é o o navegador web.

Command-Line Interfaces (CLIs)

Enquanto as GUIs são projetadas para o usuário comum, com pouco conhecimento em computação, existem aplicações que são projetadas para usuários com um conhecimento maior em computação. Essas aplicações, ao invés de utilizarem menus, telas e botões, utilizam comandos de texto, digitados em um terminal.

O principal benefício de aplicações CLIs é que, diferentemente das GUIs, elas não escondem as funcionalidades por trás de vários cliques em menus, telas e botões. Dessa forma, é muito fácil de automatizar a interação com aplicações CLI.

Como exemplos dessas aplicações, temos ffmpeg, diskutil, diskpart, ssh, zip, unzip, rsync, brew, winget, grep, find, ping, entre outros.

Por exemplo, veja como um usuário pode usar a CLI do ffmpeg para converter um vídeo no formato .mkv para .mp4:

ffmpeg -i video.mkv video.mp4

Apesar de CLIs serem muito úteis, o foco desse livro é em aplicações gráficas (GUIs), em particular nas plataformas web e mobile.

Componentes da Aplicação

Aplicações são compostas de vários programas que comunicam-se entre si. Esses programas/componentes recebem nomes específicos a depender do papel que eles desempenham na aplicação como um todo.

• O frontend (também chamado de cliente ou client-side) é o componente da aplicação que implementa a interface que o usuário interage. O frontend pode ser implementado como um site web (frontend web), um aplicativo de dispositivo móvel (frontend mobile), um aplicativo de dispositivo desktop (frontend desktop) ou uma CLI.

  O código do frontend é executado no dispositivo de cada cliente/usuário da aplicação. Se uma aplicação possui 10 usuários simultâneos, o código do frontend está sendo executado em 10 dispositivos ao mesmo tempo.

• O backend (também chamado de servidor ou server-side) é o componente da aplicação que implementa as regras de negócio por trás da interface. Isso é feito através da interação com o banco de dados, validação de regras específicas do domínio (ex: um pedido não pode exceder R$ 5.000 sem aprovação do gerente), controles de segurança e integrações com outros serviços.

  O backend geralmente é implementado como uma API (Application Programming Interface), uma interface programática (isto é, acessada por meio de código e/ou protocolos de redes) que é acessada pelo frontend dos vários clientes.

  O código do backend, diferente do frontend, não é executado no dispositivo de cada cliente, mas sim em um ou mais servidores. Um servidor é um computador dedicado à execução de serviços e aplicações, configurado pela pessoa ou organização que oferece a aplicação.

• O banco de dados (também chamado de camada de persistência) é o componente da aplicação que armazena os dados da aplicação e é responsável pela execução de consultas e outros comandos sobre esses dados.

  Diferentemente do frontend e do backend, o banco de dados é um software que não costuma ser implementado pelo desenvolvedor da aplicação. Invés disso, o desenvolvedor utiliza um banco de dados já implementado.

  Existem bancos de dados relacionais (baseados em tabelas de registros com esquema fixo) e não-relacionais (baseados em vários outros modelos, como documentos flexíveis ou grafos). Alguns exemplos de bancos de dados: Postgres, MariaDB, MySQL, Oracle, MS-SQL, MongoDB, Neo4j, ScyllaDB, etc.

A maioria das aplicações modernas possuem pelo menos esses 3 componentes. Esse tipo de aplicação é conhecida como aplicação em 3 camadas.

Aplicações mais antigas não possuíam uma distinção rígida entre as camadas de frontend e backend. Ao invés disso, o programa que implementava a interface de usuário (quase sempre uma aplicação desktop) interagia diretamente com o banco de dados, formando assim uma aplicação em duas camadas.

Aplicações mais complexas geralmente dividem seu backend em microserviços, cada um funcionando como um backend isolado que oferece uma API. Elas também envolvem outros componentes, como filas, tópicos, brokers, caches, balanceadores de carga, proxy reverso, API gateways, service meshes, engines de busca, object storage, schedulers/job runners, service discovery e observabilidade.