Von Ralph Steyer

Die Kerntechniken von AJAX | Die Ausgangssituation: Client, Server und interaktive Web-Applikationen | Wie kommt AJAX ins Spiel? | Wo stellen sich Probleme?

(03.04.2006) Die AJAX-Technologie spaltet derzeit die Web-Welt: "Revolution" meinen die einen; "Hype" sagen die anderen. Doch worum geht es eigentlich genau?

AJAX steht für 'Asynchrones JavaScript und XML' - und ermöglicht Webapplikationen wie Google Suggest oder Flickr, die so schnell sind, dass sie mit ihren Anwendern nahezu in Echtzeit interagieren können. Denn mit AJAX werden bei einer Anfrage durch die Nutzer einer Webseite nur die gerade benötigten Teile der Seite nachgeladen, statt sie komplett neu zu laden. So verkürzen sich Lade- und Wartezeiten dramatisch. Das ist besonders für Webanwendungen entscheidend, für die sehr viele Daten dynamisch zur Verfügung stehen müssen.

Der eigentliche AJAX-Kick für das WWW ist also "Speed": Lange Wartezeiten bei einfachen Änderungen der Webseite gehören der Vergangenheit an, wenn sich AJAX so durchsetzt, wie es derzeit aussieht.

Die Kerntechniken von AJAX

Die Kerntechniken von AJAX sind dabei nicht neu: HTML beziehungsweise XHTML, JavaScript, Stylesheets, XML sowie eine im Grunde beliebige Programmiertechnik auf dem Server.

HTML beziehungsweise XHTML, JavaScript und Stylesheets firmieren dabei zusammen als eine Technik mit Namen DHTML. DHTML steht für dynamisches HTML. Der Begriff ist jedoch nicht standardisiert und verschiedene Leute verstehen darunter teilweise unterschiedliche Dinge. In jedem Fall geht es aber darum, eine Webseite zu verändern nachdem sie bereits in den Browser geladen wurde. Als Technik für Stylesheets werden im Web fast ausschließlich die so genannten Cascading Stylesheets oder kurz CSS verwendet.

Das 'X' in AJAX steht für XML. Dieses Datenformat gestattet den Austausch von Informationen, die über den Text hinausgehende Metainformationen beinhalten. Allerdings kann der Datenaustausch zwischen Server und Client auch andere Datenformate nutzen. So können beispielsweise reine Textinformationen, HTML- Fragmente oder andere Klartexte verwendet werden. XML bietet jedoch die am weitesten gehenden Möglichkeiten.

Viele so genannte Experten kritisieren, dass AJAX im Grunde nur Technologien beschreibt, die es bereits seit geraumer Zeit im Web gibt. HTML gibt es bereits seit 1990, aber auch JavaScript, Stylesheets und XML sind seit Mitte der neunziger Jahre verfügbar. Sogar die asynchrone Nachforderung von Daten, die erst später in ein Dokument integriert werden sollen, gibt es bereits seit ungefähr 1998.

Allgemein wurde das Verfahren zur asynchronen Nachforderung von Daten bis vor kurzem mit dem Begriff XMLHttpRequest beschrieben. Diese Technik geht auf das "Outlook Web Access"-Team von Microsoft zurück und wurde zu der Zeit bereits in den Microsoft-Exchange-Server und den Internet Explorer integriert. Obwohl später weitere isolierte Anwendungen folgten, konnte sich diese Technologie nicht flächendeckend durchsetzen. Erst mit dem Begriff AJAX, den ein Mitarbeiter der Agentur Adaptive Path mit Namen Jesse James Garrett bekannt gemacht hatte, wurde diese Technologie populärer. Und vor allen Projekte von Google wie "Google Groups", "Google Maps" und "Google Suggest" trugen im Jahr 2005 zur explosionsartigen Verbreitung des Begriffs bei.

Das Argument, dass AJAX im Grunde nur kalter Kaffee sei, ist jedenfalls nicht zwingend negativ. Genauso gut kann man es umgekehrt sehen: AJAX erfordert keine neue Technologie und kann sich damit sehr einfach und schnell in das bestehende World Wide Web integrieren. Wahrscheinlich ist die Verbindung bekannter Techniken tatsächlich auch der Hauptfaktor für den rasanten Durchbruch von AJAX.

Unter dem im Schlagwort AJAX formiert sich ein Standard, auf den sich in kürzester Zeit alle Beteiligten der Entwicklungen rund um das World Wide Web einigen werden und müssen.

Die Ausgangssituation: Client, Server und interaktive Web-Applikationen

Derzeit interessieren sich sehr viele Leute für AJAX. Um die immense Bedeutung von AJAX für die Zukunft des Webs zu verstehen, muss man sich nur die Arbeitsweisen und vor allem die Probleme der konventionellen Webprogrammierungvor Augen führen. Dann sieht man schnell, wie AJAX hilft, diese Probleme zu lösen.

Bereits das WWW war seinerzeit ein riesiger Fortschritt, es machte aus dem bis dahin rein textbasierten Internet mit isolierten Daten eine multimediale Welt. In WWW ließen sich Inhalte miteinander verknüpfen und optisch interessant aufbereiten. Damit wurde auch für technisch nicht versierte Anwendern die Möglichkeit geschaffen, in einem weltweiten Netzwerk auf Informationen zuzugreifen.

Protokoll-Fragen: TCP/IP, HTTP und die Verbindung

Die technische Basis des WWW ist aber die gleiche wie die des Internets. Der gesamte Datenaustausch basiert auf TCP/IP. Dies steht für 'Transmission Control Protocol / Internet Protocol' und bezeichnet eine Paketvermittlung bei der Datenübertragung. Die Daten zwischen den Kommunikationspartnern werden in kleine Dateneinheiten zerlegt und diese unabhängig voneinander vom Sender zum Empfänger geschickt. Zwischen den Kommunikationspartnern gibt es keine permanente Verbindung.

Die auf TCP/IP aufsetzenden Dienstprotokolle des Internets realisieren zwar teilweise eine virtuelle Verbindung, aber das ist nicht bei allen Dienstprotokollen des Internets der Fall. Insbesondere das Protokoll des WWW - HTTP - ist ein verbindungs- oder zustandsloses Protokoll. Während der Kommunikation zwischen einem Webserver und einen Browser wird also keine Verbindung aufrechterhalten. Wenn ein Browser von einem Server eine Webseite anfordert, und in einem zweiten Schritt der gleiche Browser eine weitere Seite von diesem Server anfordert, kann der Webserver nicht erkennen, dass die Anforderung von dem gleichen Client kam.

Sie kennen aus Ihrer Erfahrung im World Wide Web natürlich Situationen, in denen der Webserver erkennen kann, ob ein Client bereits vorher Seiten angefordert hat. Dies ist in allen Situationen der Fall, in denen man sich legitimieren muss, um in einem geschlossenen Bereich Webseiten zu sehen. Dies wird aber nicht über TCP/IP beziehungsweise HTTP gewährleistet, sondern mit Anwendungstechniken, die darauf aufsetzen, zum Beispiel Cookies.

Anfordern & Versenden von Daten

In der Anfangsphase des Webs war ein Anfordern einer Webseite durch einen Client und deren Darstellung nach Erhalt der Antwort vollkommen ausreichend. Aber bereits nach einigen Jahren genügten vielen Leuten rein statische Webseiten nicht mehr. Die mangelnden Möglichkeiten der Interaktion mit einem Betrachter einer Webseite führten dazu, dass Technologien wie JavaScript, Java-Applets, VBScript, oder diverse weitere Techniken entstanden. Diese Technologien werden allesamt in Client ausgeführt. So genannte clientseitige Programmierung ist als erste Optimierung des Webs zu verstehen.

Allerdings kann clientseitige Programmierung selbstverständlich nicht alle Aufgaben des Webs übernehmen. Das Versenden neuer Daten ist natürlich immer noch Aufgabe des Servers. Ebenso werden sicherheitsrelevante Dinge wie die Überprüfung von Zugangsdaten nicht auf den Client verlagert, wenn man nicht ein großes Risiko eingehen will.

Clientseitige Programmierung hat aber darüber hinaus noch weitere Nachteile. Es muss gewährleistet sein, dass die clientseitige Technologie im Rahmen einer Webseite beim Client auch unterstützt wird. Und aufgrund unterschiedlichster Gegebenheiten wurde etwa ab dem Jahr 2000 die clientseitige Programmierung im Web mehr und mehr zurückgedrängt. Zum Teil waren es Sicherheitslücken in clientseitigen Programmiertechniken, zum Teil waren es marktpolitische Überlegungen. Und zum Teil hatten Anwender bestimmte Techniken einfach nicht in dem Client installiert. Dies betraf vor allem proprietäre Standards.

Die Probleme bei clientseitiger Programmierung bewirkten etwa ab dem Jahr 2000 die zunehmende Rückverlagerung von Aktivität auf den Webserver. Mittlerweile jedoch hat sich die Situation normalisiert. Bei komplexeren Webapplikationen ist inzwischen weder das eine Extrem (möglichst viel Aktivität bereits auf dem Client auszuführen) noch das andere Extrem (die komplette Verlagerung auf den Webserver) mehr üblich. Die Aufgaben werden statt dessen mehr und mehr so verteilt, wie sie sinnvoller Weise erledigt werden sollten. Was im Client sinnvoll gemacht werden kann, wird bei allen populären Webseiten heutzutage dort erledigt. Und was sinnvoller Weise auf dem Server zu machen ist, macht man dort, mittels einer geeigneten Programmiertechnik. Insbesondere das Open Source-Projekt PHP hat viel zu der steigenden Popularität von serverseitiger Programmierung beigetragen. In Verbindung mit dem Webserver Apache, der ebenfalls Open Source ist, hat sich der Begriff 'LAMP' beziehungsweise 'WAMP' etabliert und viele Anwender programmieren mittlerweile auch auf den Server.

Wenn Sie sich heute populäre Webseiten ansehen, kommt keine einzige dieser angesagten Seiten ohne JavaScript oder Stylesheets daher. Entsprechend verschwindet auch mehr und mehr die Empfehlung, dass Anwender JavaScript im Browser deaktivieren sollen. Kaum ein Anwender möchte auf den Nutzen populärer Webangebote wie Google, Amazon, eBay, Wikipedia oder ähnlichen Smashern verzichten. Allerdings haben die Probleme der clientseitigen Programmierung in der Vergangenheit dazu geführt, dass es als einzige clientseitige Programmiertechnik im Web heutzutage nur noch JavaScript gibt.

Wie kommt AJAX ins Spiel?

Wenn man heutzutage bei jeder aufwändigeren Webapplikation eine vernünftige Aufteilung zwischen der Arbeit auf dem Webserver und dem Ausführen von Programmierung auf dem Client sieht, wozu braucht man dann noch AJAX?

Nun, das Problem von HTTP ist weder durch clientseitige Programmierung noch durch Programmierung auf Serverseite zu lösen: die Notwendigkeit, bei der Reaktion auf eine Anfrage durch einen Webbrowser immer eine vollständige Webseite als Antwort zu senden. Dies berührt diese Arbeitsteilung überhaupt nicht.

Überlegen Sie als Beispiel ein Webformular, in dem der Anwender eine Postleitzahl eingeben soll. Je nach eingegebener Postleitzahl soll dem Anwender in der Webseite eine ergänzende Information angezeigt werden, und zwar der Name der Stadt, die zu der Postleitzahl passt. Sie können nun bereits beim Anfordern des Webformulars auf Vorrat alle zusammengehörenden Postleitzahlen und Städte zum Client senden und diese Information für JavaScript vorhalten. Dann können Sie aufgrund der Auswahl des Anwenders diese Information mit DHTML-Techniken in der Webseite anzeigen.

Es ist aber offensichtlich, dass so zuerst viele überflüssige Daten zum Client geschickt werden müssen, die später niemals verwendet werden. Das Verschicken von Daten auf Vorrat ist also ineffektiv. Vor allem, wenn das in mehreren Situationen für eine Webseite notwendig ist oder allgemein große Datenmengen betroffen sind. Stellen sich vor, Google sollte seinen gesamten Datenbestand zum Client schicken, um bei Bedarf ergänzende Informationen in der Webseite anzuzeigen. Das ist vollkommen illusorisch.

Hier betritt AJAX die Bühne! Mit AJAX hat man eine zunehmend standardisierte Vorgehensweise zu Verfügung, wie man ohne Vorratshaltung von Daten auskommt und dennoch eine Reaktion der Webapplikation nahezu in Echtzeit gewährleisten kann. Und dies, obwohl neue Daten vom Webserver angefordert werden. Statt der Anforderung einer vollständigen Webseite wird eine AJAX-Datenanfrage dazu führen, dass nur die neuen Daten vom Webserver geschickt und diese dann in die Webseite eingebaut werden, die bereits im Browser geladen ist. Es ist offensichtlich, dass so eine Vorgehensweise die versendete Datenmenge erheblich reduziert und eine Webapplikation gigantisch beschleunigen kann.

Wo stellen sich Probleme?

AJAX ist ohne Zweifel eine Revolution im Web. AJAX bringt das Web voran und wird viele Probleme lösen. Aber AJAX ist weder Selbstzweck noch die Lösung für alle Probleme im Web. Im Gegenteil - es gibt eine Reihe von Problemen, die unmittelbar mit AJAX zusammenhängen.

• Auf der einen Seite wird AJAX das Anwenderverhalten verhindern.

  Je mehr AJAX-Applikationen entstehen, desto mehr werden Anwender von Webapplikationen ein Antwortverhalten erwarten, wie Sie es von einer Desktop-Applikation kennen. Das kann je nach Qualität der Netzwerkverbindung oder der Auslastung des Servers aber nicht garantiert werden. Das muss der Ersteller einer Webseite einkalkulieren. Insbesondere werden Webentwickler neue Formen der Benutzerführung zu entwickeln haben.

• Ein weiteres Problem wird sein, dass viele Leute auf den AJAX-Zug aufspringen und Applikationen entwickeln, die AJAX überhaupt nicht notwendig haben.

  Wie bei jeder neuen Technologie wollen sehr wahrscheinlich viele Leute unter Beweis stellen, dass sie etwas davon verstehen - unabhängig davon, ob es sinnvoll ist oder nicht. Die Entwicklung von Flash ist eines der wohl bekanntesten Beispiele, wie eine im Grunde sehr gute Technologie durch massenhaften Missbrauch in Verruf geraten ist. Erst in der letzten Zeit wird Flash mehr und mehr auf die Anwendungen reduziert, in der die Technik sinnvoll ist. Das wird wahrscheinlich auch mit AJAX geschehen. AJAX wird durch einen Zyklus gehen müssen, indem eine Spielphase irgendwann durch eine produktive Phase abgelöst wird.

Aber es gibt auch rein technische Probleme von AJAX.

• Ein Stichwort ist das barrierefreie Web. Un da bei AJAX Inhalte dynamisch generiert werden, haben auch Suchmaschinen Probleme, die Inhalte von AJAX-Webapplikationen zu indizieren.

• Weiterhin ist problematisch, dass der Browser von dem Datenaustausch per AJAX nicht direkt etwas mitbekommt. Das führt dazu, dass die Funktionalität der 'Zurück'-Schaltfläche im Browser ausgehebelt wird. Das Drücken dieser Schaltfläche stellt bei einer konventionellen Applikationen den vorherigen Zustand der Anwendung wieder hier. Dies wird bei AJAX-Applikationen nicht der Fall sein. Entwickler werden neue Lösung entwickeln müssen, diese Verhaltensweise zu gewährleisten. Hier bieten so genannte AJAX Frameworks eine gewisse Unterstützung. Auch gibt es bei AJAX-Anwendungen unter Umständen Probleme mit Lesezeichen. Aus genau den gleichen Gründen.

• Das größte Problem hat AJAX offensichtlich dann, wenn im Client eine bestimmte vorausgesetzte Technologie nicht aktiviert oder verfügbar ist. Entweder wenn JavaScript deaktiviert ist, ein alter Browser benutzt wird oder aber Sicherheitseinstellungen bestimmte Dinge einfach verhindern.

Die Entwicklung im Web bleibt also spannend - AJAX wird seinen Teil dazu beitragen.

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