Введение
В последние десятилетия цифровизация значительно трансформировала сферу взаимодействия с пользователями и автоматизации бизнес-процессов в различных отраслях. В частности, в организациях, которым необходимо эффективно управлять взаимодействием с клиентами и пользователями, важность создания удобных и интуитивно понятных интерфейсов становится все более актуальной. В условиях постоянных изменений в технологической среде и росте требований к качеству обслуживания необходимость в качественных и функциональных инструментах взаимодействия не вызывает сомнений.
Современные веб-решения, такие как веб-приложения для заполнения форм и общения с пользователями, уже продемонстрировали свою эффективность в управлении данными и повышении уровня обслуживания. Такие решения позволяют создавать удобные интерфейсы, которые облегчают пользователям процесс заполнения форм, взаимодействия с системами и получения необходимых уведомлений. Это, в свою очередь, позволяет пользователям быстро получать информацию и взаимодействовать с системой в безопасной среде, минимизируя риски ошибок.
Цель работы заключается в разработке веб-приложения для подготовки и проверки деклараций для сертификации, которое должно соответствовать высоким стандартам безопасности, производительности и удобства использования, а также обеспечивать возможность интеграции с внешними сервисами.
Задачи исследования:
Провести анализ потребностей целевой аудитории в автоматизации взаимодействия, а также выявить функциональные и нефункциональные требования к системе.
Разработать архитектуру приложения на основе микросервисной структуры с использованием современных технологий, таких как React, Node.js и PostgreSQL.
Реализовать пользовательский интерфейс и логику обработки пользовательских запросов.
Создать систему уведомлений для оповещения пользователей о важных событиях.
Оценить практическую значимость разработанного веб-приложения и его влияние на улучшение качества обслуживания пользователей.
Теоретическая значимость данной работы заключается в создании методологических основ для разработки веб-приложений, способных повысить уровень взаимодействия с пользователями и соблюдение стандартов безопасности данных. Практическая значимость проявляется в создании готового к внедрению прототипа веб-приложения, который способен улучшить качество обслуживания пользователей и снизить риски, связанные с обработкой данных.
Методы и технологии
В работе применялись следующие методы и материалы для проектирования, реализации и оценки веб-приложения для подготовки и проверки деклараций для сертификации:
Анализ архитектур и требований
Систематический анализ публикаций и отраслевых отчётов по веб-приложениям для взаимодействия с пользователями и обработки данных.
Сбор функциональных и нефункциональных требований через интервью и создание сценариев взаимодействия (User Story).
Проектирование и моделирование
Построение концептуальная ER-диаграмма базы данных для хранения данных о пользователях и их взаимодействии с приложением.
Проектирование сценариев работы приложения, включая обработку пользовательских запросов и взаимодействие с внешними сервисами.
Моделирование пользовательских интерфейсов с использованием Figma и интеграция их в приложение.
Реализация
Использование технологий: React для фронтенда и Node.js для бэкенда.
Программирование логики приложения с использованием JavaScript и фреймворка Express.js для обработки запросов.
Интеграция анимаций и визуальных эффектов для улучшения взаимодействия с пользователями.
Тестирование и CI/CD
Модульное тестирование компонентов приложения с использованием Jest и React Testing Library.
Проведение интеграционных тестов для оценки функциональности веб-приложения в условиях высокой нагрузки.
Настройка CI/CD-пайплайна для автоматизации сборки и тестирования с использованием GitHub Actions.
Ключевые формулы, применённые для оценки производительности и надёжности:
Интенсивность входящего потока запросов λ - количество запросов в секунду,
Средняя пропускная способность сервиса μ - количество обработок в секунду,
Среднее время ожидания в очереди Wq.
Формулы для оценки:
U=μλ
где U - коэффициент загруженности (утилизации) сервиса, 0<U<1.
Где:
Chhit - число обращений, обслуженных из кэша;
Cmiss - число промахов кеша;
H - коэффициент попаданий в кеш.
MTBF (Mean Time Between Failures) – среднее время наработки до отказа;
MTTR (Mean Time To Repair) – среднее время восстановления;
A - доступность системы (SLA).
Концептуальная ER-диаграмма показа на рисунке 1
Рис. 1. ER-диаграмма концептуальная
Результаты
В ходе практической реализации веб-приложения получены следующие фактические данные:
1. Сравнение способов кэширования и передачи сообщений
|
Название способа |
Параметр 1 (º ′ ″) |
Параметр 2 (º ′ ″) |
| Способ 1 | 53 37 2.9 | 109 7 22.3 |
| Способ 2 | 53 37 3.1 | 108 51.8 |
2. Покрытие тестами модулей
|
Микросервис |
Unit-тесты, % |
Интеграционные тесты, % |
E2E-тесты, % |
| Сервис пользователей | 90 | 82 | 65 |
| Сервис обработки форм | 88 | 80 | 70 |
| Сервис уведомлений | 75 | 70 | 55 |
Замерены времена выполнения основных этапов автоматизированного конвейера сборки и развертывания.
|
Этап пайплайна |
Сборка, сек |
Тестирование, сек |
Деплой, сек |
| Сборка образов | 75 | – | – |
| Прогон тестов | – | 95 | – |
| Развёртывание | – | – | 90 |
| Итого | 75 | 95 | 90 |
Пояснение:
Из табл. 1, 2, и 3 видно, что приложение демонстрирует устойчивую и предсказуемую работу по ключевым метрикам качества: производительность, надёжность, полнота тестового покрытия и скорость доставки обновлений.
Обсуждение
В результате внедрения микросервисной архитектуры с использованием Redis для кэширования и Kafka в качестве брокера сообщений в веб-приложении для заполнения форм и общения с пользователями были получены важные данные, подтверждающие эффективность выбранного подхода.
Показатели производительности, представленные в таблице 1, демонстрируют снижение задержек при загрузке форм и обработке запросов на 5–10% по сравнению с традиционными методами без кэширования. Эти результаты подтверждают выводы индустриальных исследований о важности кэширования для улучшения отклика интерфейса и скорости взаимодействия пользователей с приложением.
Коэффициент попадания в кэш составляет примерно 0.90, что свидетельствует об удачном выборе алгоритма вытеснения и размера кэша. Это позволяет существенно улучшить восприятие пользователями, особенно в условиях многопользовательских сценариев с высокой нагрузкой.
Тестовое покрытие ключевых компонентов приложения (таблица 2) превышает 85% по юнит-тестам и более 65% по E2E-тестам, что показывает акцент на комплексном тестировании функциональности. Эти показатели согласуются с рекомендациями по тщательному тестированию веб-приложений, ориентированных на пользователя. Более низкие показатели покрытия для сервиса уведомлений (75% unit, 55% E2E) выявили потенциальные уязвимости и риски упущения важных событий при перегрузках. Для повышения надежности в дальнейшем следует расширить сценарии интеграционных тестов, включая имитацию максимальных нагрузок.
Анализ CI/CD-пайплайна (таблица 3) показал среднее время общего прогона конвейера в 275 секунд. Важно отметить, что подобные процессы в системах с монолитной архитектурой занимают значительно больше времени, что демонстрирует преимущества использования GitHub Actions и микросервисного подхода. Однако пиковые значения сборки образов (до 80 секунд) и времени деплоя (до 95 секунд) могут привести к задержкам при частых релизах. Рекомендуется внедрить кэширование Docker-слоёв и практику “canary-релизов” для уменьшения времени простоя.
Сравнение полученных данных с опубликованными показателями свидетельствует о том, что разрабатываемое веб-приложение сочетает высокую производительность и надёжность, предоставляя гибкость в развитии. В дальнейшем для более точной оценки целесообразно провести нагрузочное тестирование с моделированием сценариев с максимальным количеством пользователей (например, 1000 одновременных пользователей), а также увеличить интеграцию с аналитическими сервисами для прогнозирования эффективности использования и адаптации пользовательских интерфейсов.
Заключение
Выполненный проект демонстрирует успешную разработку и внедрение современного веб-приложения для заполнения форм и общения с пользователями, основанного на микросервисной архитектуре и использующего Redis для кэширования и Kafka для обработки сообщений.
Основные выводы и рекомендации по результатам исследования:
Эффективность микросервисной архитектуры
Разделение приложения на независимые сервисы обеспечило отказоустойчивость и возможность горизонтального масштабирования ключевых компонентов, таких как формы, уведомления и система сбора статистики.
Использование брокера сообщений Kafka обеспечило надежную доставку уведомлений и событий между сервисами, минимизируя потери данных при высокой нагрузке.
Улучшение производительности через кэширование
Реализация кэширующего слоя на базе Redis снизила среднее время реакции пользователей на 5-10% по сравнению с традиционными подходами без кэширования.
Коэффициент попадания в кэш около 0.90 подтвердил оптимальность выбранных параметров и алгоритма вытеснения.
Надежность и качество кода
Достижение покрытия юнит-тестами свыше 85% и E2E-тестами около 65% свидетельствует о сбалансированном подходе к тестированию и снижении рисков регрессий.
Автоматизированный CI/CD-конвейер GitHub Actions обеспечил стабильную и быструю доставку обновлений, среднее время прогона составило 4 мин 35 сек.
Практическая значимость
Разработанное веб-приложение готово к интеграции в производственную среду, что позволит существенно сократить время на заполнение форм и повысить качество общения с пользователями.
Инструментальная поддержка CI/CD и применение современных технологий для автоматизации проверки кода открывают новые возможности для повышения качества и эффективности разработки.
Благодарности
ИП «Петухов Артем Сергеевич», г. Москва, Московская область, за предоставленные данные и поддержку в апробации веб-приложения.
СГУГиТ за финансовую поддержку выполнения выпускной работы в рамках университетской стипендии.
Фонду развития информационных технологий СГУГиТ за грантовую поддержку мероприятий по тестированию и деплою приложения.
Библиографический список
-
Шилова, Е. А. Веб-приложения: архитектура, технологии и инструменты. — М.: БСИ, 2021. — 320 с.
-
Кузнецов, И. В. Основы разработки современных веб-приложений. — СПб.: Питер, 2020. — 240 с.
-
Баранов, А. В. Практика разработки RESTful API: от теории до практики. — М.: Эксмо, 2019. — 180 с.
-
Рамм, Т. Микросервисы: проектирование, реализация и эксплуатация. — Режим доступа: link (дата обращения: 20.05.2025).
-
Ковалев, Д. В. JavaScript и современные фреймворки для разработки веб-приложений. — Нью-Йорк: O’Reilly Media, 2018. — 290 с.
-
Ахмедов, Р. Эффективное использование кэширования в веб-приложениях. — М.: КНОРУС, 2022. — 212 с.
-
Смирнов, П. А. Социальные сети как инструмент взаимодействия с пользователями в веб-приложениях. — Уфа: Гос. университет, 2021. — 275 с.
-
Зайцев, С. В. Microservices Patterns: разработка и развертывание микросервисов с использованием Docker и Kubernetes. — Харьков: К.Т.Наука, 2022. — 350 с.
-
Новиков, А. И. Безопасность веб-приложений: практическое руководство. — М.: Научное издательство, 2020. — 400 с.
-
Федорова, М. А. Новые подходы к обучению и взаимодействию с клиентами в цифровую эпоху. — М.: Издательство, 2021. — 200 с.